resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2024-29-2-224-234resar-405Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceРеконструкция палеотемператур грунтов ледового комплекса Центральной Якутии в голоценеReconstruction of the paleotemperature of the Central Yakutia Ice Complex during the Holocene periodhttps://orcid.org/0000-0003-4632-9840НовоприезжаяВ. А.NovopriezzhayaV. A.

Новоприезжая Варвара Андреевна, младший научный сотрудник, аспирант 

г. Якутск 

Novopriezzhaya Varvara Andreevna, Junior Researcher, Post-Graduate Student

Yakutsk 

schwarz999@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4016-2149ФедоровА. Н.FedorovA. N.

Федоров Александр Николаевич, доктор географических наук, главный научный сотрудник, заместитель директора по науке

ResearcherID: K-2478-2016, Scopus Author ID: 22957332600  

г. Якутск 

Fedorov Alexander Nikolaevich, Dr. Sci. (Geogr.), Chief Researcher, Deputy Director for Science

ResearcherID: K-2478-2016, Scopus Author ID: 22957332600

Yakutsk 

fedorov@mpi.ysn.ruИнститут мерзлотоведения им П.И. Мельникова СО РАНРоссияMelnikov Permafrost Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202429062024292224234Copyright © Новоприезжая В.А., Федоров А.Н., 20242024Новоприезжая В.А., Федоров А.Н.Novopriezzhaya V.A., Fedorov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/405

Современное потепление климата вызывает изменения мерзлотных ландшафтов на нарушенных участках вследствие активизации криогенных процессов, что отрицательно влияет на несущую способность грунтов, устойчивость зданий и линейных сооружений. Реконструкция объектов является нагрузкой на экономику республики и влияет на качество жизни населения. В Центральной Якутии эти процессы обширно распространены, ввиду высокой плотности населения и воздействия человека на мерзлоту. Изучение эволюции криолитозоны при изменении климата в прошлые эпохи необходимо для отождествления будущих преобразований мерзлотных ландшафтов, динамики температурного режима грунтов при современном потеплении климата и оценки устойчивости верхней части криолитозоны. На основе хронологии эволюции климата Центральной Якутии в голоцене проведена реконструкция температурного режима грунтов ледового комплекса посредством математического моделирования. Математическое моделирование температурного режима грунтов ледового комплекса произведено на основе климатических и теплофизических характеристик грунтов, которые подобраны по литологическим разрезам Центральной Якутии. Произведены анализ и выборка климатических характеристик, таких как средняя годовая и месячная температуры воздуха, мощность снежного покрова по архивным данным метеостанций. В периоды потеплений расчетные температуры грунтов на глубине нулевых теплооборотов составляли –2,1…–2,7 °C с разницей от современных в 0,4–1 °C, а в периоды похолоданий –5,2…–12,3 °C с разницей от современных 2,1–9,2 °C. Анализ расчетных моделей показывает зависимость динамики теплового состояния грунтов ледового комплекса от мощности снежного покрова и устойчивость ледового комплекса Центральной Якутии в самые теплые периоды голоцена.

The increase in worldwide temperatures is leading to changes in permafrost landscapes in disturbed areas, which are causing the onset of cryogenic processes. Central Yakutia has a high population density and human impact on the permafrost, which contribute to the widespread occurrence of these processes. Studying the changes in permafrost over past periods is crucial for predicting future landscape changes, monitoring soil temperature changes in current warming conditions, and evaluating the stability of the upper permafrost layer. We reconstructed the temperature regime of the soils in the Ice Complex using mathematical modeling based on the chronology of climate evolution in Central Yakutia during the Holocene. Mathematical modeling of the temperature regime of the ice complex’s soils is based on climatic and thermophysical characteristics of the soils selected from the lithological sections of Central Yakutia. Archive data from weather stations was used for the analysis and sampling of climatic characteristics such as average annual and monthly air temperatures and snow cover thickness. During periods of warming, the calculated ground temperatures at the depth of zero heat turnover were between –2.1 and –2.7 °C, showing a difference of 0.4–1 °C from the current temperatures. Conversely, during cooling periods, the temperatures ranged from –5.2 to –12.3 °C, with a variance of 2.1–9.2 °C from the current soil temperatures. Thus, the examination of computational models indicates that the thermal conditions of the soils within the Ice Complex in Central Yakutia during the most significant periods of the Holocene are impacted by the thickness of the snow cover and the integrity of the Ice Complex. 

криолитозонаЦентральная Якутияголоценпотеплениеклиматамоделированиеpermafrost zoneCentral YakutiaHoloceneclimate warmingmodelingРабота выполнена в рамках проекта СО РАН «Криогенные процессы и формирование природных рисков освоения мерзлотных ландшафтов Восточной Сибири» (№ 122011400152-7).This study was conducted within the framework of the SB RAS project “Cryogenic processes and formation of natural risks of the development of permafrost landscapes of Eastern Siberia” (No. 122011400152-7).ReferencesФедоров А.Н., Ботулу Т.А., Варламов С.П. Мерзлотные ландшафты Якутии (Пояснительная записка к Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР масштаба 1: 2 500 000). Новосибирск: ГУГК; 1989. 170 с.Fedorov A.N., Botulu T.A., Varlamov S.P. Permafrost landscapes of Yakutia (Explanatory note to the Permafrost-landscape map of the Yakut Autonomous Soviet Socialist Republic, scale 1: 2,500,000). Novosibirsk: GUGK; 1989. 170 p. (In Russ.)Босиков Н.П. Эволюция аласов Центральной Якутии. Якутск: ИМЗ СО РАН; 1991. 127 с. Bosikov N.P. Evolution of the Alases in Central Yakutia. Yakutsk: IMZ SB RAS; 1991. 127 р. (In Russ.)Bosikov N.P. Evolution of the Alases in Central Yakutia. Yakutsk: IMZ SB RAS; 1991. 127 р. (In Russ.)Конищев В.Н. Реакция вечной мерзлоты на потепление климата. Криосфера Земли. 2011;15(4):15–18.Konishchev V.N. Permafrost response to climate warming. Kriosfera Zemli. 2011;15(4):15–18. (In Russ.)Колпаков В.В. Эоловые четвертичные отложения приленской Якутии. Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. 1983;52:123–131.Kolpakov V.V. Eolian Quaternary deposits of the Lena Yakutia. Bulletin of the Commission for the Study of the Quaternary Period. 1983;52:123–131. (In Russ.)Торговкин Я.И., Шестакова А.А. Пространственный анализ криогенных форм рельефа северной части Лено-Амгинского междуречья (на примере аласов Усть-Алданского улуса). Вестник СВФУ. Серия «Науки о Земле». 2019;4(16):102–112. https://doi.org/10.25587/SVFU.2020.16.49746Torgovkin Y.I., Shestakova A.A. Spatial analysis of cryogenic forms of the relief in the northern part of the Leno-Amga interfluve: the case of alaases in the UstAldansky District. Vestnik of North-Eastern Federal University Series “Earth Sciences”. 2019;4(16):102–112. (In Russ.). https://doi.org/10.25587/SVFU.2020.16.49746Фотиев С.М. Геокриологические летописи Сибири. Криосфера Земли. 2009;13(3):3–16.Fotiyev S.M. Geocryological chronicles of Siberia. Kriosfera Zemli. 2009;13(3):3–16. (In Russ.)Ulrich M., Matthes H., Schmidt J., et al. Holocene thermokarst dynamics in Central Yakutia – A multi-core and robust grain-size endmember modeling. Quaternary Science Reviews. 2019;218:10–33. https://doi.org/:10.1016/j.quascirev.2019.06.010.Ulrich M., Matthes H., Schmidt J., et al. Holocene thermokarst dynamics in Central Yakutia – A multi-core and robust grain-size endmember modeling. Quaternary Science Reviews. 2019;218:10–33. https://doi.org/:10.1016/j.quascirev.2019.06.010.Качурин С.П. Термокарст на территории СССР. М.: Изд-во АН СССР; 1961. 291 c.Kachurin S.P. Thermokarst on the territory of the USSR. Moscow: USSR Academy of Sciences Publishing House; 1961. 291 р. (In Russ.)Andreev A.A., Klimanov V.A., Sulerzhitsky L.D. Younger Dryas pollen records from central and southern Yakutia. Quaternary international. 1997:41(42):111-117.Andreev A.A., Klimanov V.A., Sulerzhitsky L.D. Younger Dryas pollen records from central and southern Yakutia. Quaternary international. 1997:41(42):111-117.Andreev A.A., Tarasov P.E. Northern Asia. In: Elias S.A. (ed.). The Encyclopedia of Quaternary Science, 4. Elsevier, Amsterdam. 2013, pp. 164–172. https://doi.org/10.13140/2.1.3263.3929.Andreev A.A., Tarasov P.E. Northern Asia. In: Elias S.A. (ed.). The Encyclopedia of Quaternary Science, 4. Elsevier, Amsterdam. 2013, pp. 164–172. https://doi.org/10.13140/2.1.3263.3929.Fradkina A.F., Alekseev M.N., Andreev A.A., Klimanov V.A. East Siberia. In: Velichko A.A., Nechaev V.P. (eds.). Cenozoic Climatic and Environmental Changes in Russia. The Geological Society of America. London; 2005, pp. 105–120.Fradkina A.F., Alekseev M.N., Andreev A.A., Klimanov V.A. East Siberia. In: Velichko A.A., Nechaev V.P. (eds.). Cenozoic Climatic and Environmental Changes in Russia. The Geological Society of America. London; 2005, pp. 105–120.Андреев А.А. История растительности и климата Центральной Якутии в голоцене и позднеледниковье. В кн.: Материалы международной конференции «Озера холодных регионов». Часть 4: Вопросы палеоклиматологии, палеолимнологии и палеоэкологии. Якутск; Изд-во Якутского университета; 2000. С. 15–19.Andreev A.A. History of vegetation and climate of Central Yakutia in the Holocene and Late Glacial. In: Proceedings of the Lakes of Cold Regions International Conference. Part 4: Paleoclimatology, paleolimnology and paleoecology issues. Yakutsk: Yakutsk State University Publishing House; 2000, pp. 15–19. (In Russ.)Ершов Э.Д., Гарагуля Л.С., Гордеева Г.И. и др. Основы геокриологии. Ч. 6. Геокриологический прогноз и экологические проблемы в криолитозоне. М.: Изд-во МГУ; 2008. 768 c.Ershov E.D., Garagulya L.S., Gordeeva G.I., et al. Fundamentals of geocryology. Part 6. Geocryological forecast and environmental problems in the permafrost zone. Moscow: MSU Publishing House; 2008. 768 p. (In Russ.)Научно-прикладной справочник по климату СССР, выпуск 24, часть II, IV. Л.: Гидрометеоиздат; 1989.Scientific and applied reference book on the climate in the USSR. Issue 24, Part II, IV. Leningrad: Hydrometeorological Publishing House; 1989. (In Russ.)Справочник по климату СССР, выпуск 24, часть II, IV. Л.: Гидрометеоиздат; 1968.Handbook on the climate of the USSR. Issue 24, Part II, IV. Leningrad: Hydrometeorological Publishing House; 1968. (In Russ.)Справочно-информационный портал «Погода и климат». URL: http://www.pogodaiklimat.ruReference and information portal “Weather and Climate”. URL: http://www.pogodaiklimat.ruСпециализированные массивы для климатических исследований. URL: http://aisori-m.meteo.ruSpecialized arrays for climate research. URL: http://aisori-m.meteo.ruТурбина М.И. Оценка геокриологических условий долины средней Амги в связи с сельскохозяйственным освоением территории (на примере района с. Бетюнь). В кн.: Павлов А.В. (ред.). Термика почв и горных пород в холодных регионах: Сборник научных трудов. Якутск: ИМ СО АН СССР; 1982. С. 135–141.Turbina M.I. Assessment of the geocryological conditions of the Middle Amga valley in connection with the agricultural development of the territory (on the example of the area of the village of Betyun). In: Pavlov A.V. (ed.). Thermals of soils and rocks in cold regions: Collection of research papers. Yakutsk: Permafrost Institute SB AS USSR; 1982, pp. 135–141. (In Russ.)Турбина М.И. Сельскохозяйственное освоение ландшафтов с подземными льдами в Центральной Якутии. В кн.: Возин В.Ф. (ред.). Охрана природы Центральной Якутии: Сборник научных трудов. Якутск: ЯФ СО АН СССР; 1985. С. 31–42.Turbina M.I. Agricultural development of landscapes with underground ice in Central Yakutia. In: Vozin V.F. (ed.). Nature Protection of Central Yakutia: Collection of research papers. Yakutsk: YaF SB AS USSR;1985, pp. 31– 42. (In Russ.)Босиков Н.П. Изменение климата и эволюция термокарстовых образований. В кн.: Балобаев В.Т. (ред.). Влияние климата на мерзлотные ландшафты Центральной Якутии. Якутск: ИМЗ СО РАН; 1996. С. 106–122.Bosikov N.P. Climate change and evolution of thermokarst formations. In: Balobaev V.T. (ed.). Influence of climate on the permafrost landscapes of Central Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute SB RAS; 1996, pp. 106– 122. (In Russ.)Гаврильев Р.В. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН; 1998. 280 c.Gavriliev R.V. Thermophysical properties of rocks and ground covers in the permafrost zone. Novosibirsk: Publishing House SB RAS; 1998. 280 p. (In Russ.)Фельдман Г.М., Тетельбаум А.С., Шендер Н.И. и др. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии. Якутск: Изд-во ИМЗ СО АН СССР; 1988. 240 с.Feldman G.M., Tetelbaum A.S., Shender N.I., et al. Handbook on the forecast of the temperature regime of the soils of Yakutia. Yakutsk: Permafrost Institute SB AS USSR; 1988. 240 p. (In Russ.)Новоприезжая В.А., Федоров А.Н. Модельная реконструкция грунтов Центральной Якутии в голоцене. В кн.: Мотенко Р.Г. (ред.). Сборник докладов Шестой конференции геокриологов России «Мониторинг в криолитозоне» с участием российских и зарубежных ученых, инженеров и специалистов, г. Москва, 14–17 июня 2022 г. М.: «КДУ», «Добросвет», 2022. С. 9020906.Novopriezzhaya V.A., Fedorov A.N. Model reconstruction of soils of Central Yakutia in the Holocene. In: Motenko R.G. (ed.) Collection of reports of the Sixth Conference of geocryologists of Russia with participation of Russian and foreign scientists, engineers and specialists, June 14–17, 2022. Moscow: University Book House, Dobrosvet; 2022, pp. 902–906.Самсонова В.В., Федоров А.Н. Анализ мерзлотно-климатической динамики криогенных геосистем Центральной Якутии в голоцене средствами численного геокриологического прогноза. В кн.: Климат и мерзлотные экосистемы: Труды Девятого международного симпозиума «Баланс углерода, воды и энергии и климат бореальных и арктических регионов с особым акцентом на Восточную Евразию», посвященного 25-летию начала совместных Российско-Японских исследований по изучению изменения климата в криолитозоне, г. Якутск, 1–4 ноября 2016. Якутск; 2016. С. 232–235.Samsonova V.V., Fedorov A.N. Analysis of permafrost-climatic dynamics of cryogenic geosystems in Central Yakutia in the Holocene by means of numerical geocryological forecasting. In: Climate and permafrost ecosystems: Proceedings of IXth International Symposium “C/H 20/energy balance and climate over the boreal and Arctic regions with special emphasis on Eastern Eurasia” dedicated to the 25th anniversary of the joint Russian-Japanese research on climate change in the cryolithozone, Yakutsk, 1–4 November 2016. Yakutsk; 2016, pp. 232–235. (In Russ.)Величко А.А. Климаты и ландшафты Северной Азии в условиях глобального потепления. Ретроспективный анализ и сценарии. Вып. III. М.: ГЕОС; 2010. 220 c.Velichko A.A. Climates and landscapes of Northern Eurasia under conditions of global warming. Retrospective analysis and scenarios. Issue III. Moscow: GEOS; 2010. 220 p. (In Russ.)Климанов В.А. Палеоклимат Северной Евразии при повышении среднеглобальной температурына 0,6–0,8 °С. В кн.: Климаты и ландшафты Северной Евразии в условиях глобального климата. Ретроспективный анализ и сценарии. Вып. III. М.: ГЕОС; 2010. С. 70–86.Klimanov V.A. Paleoclimate of Northern Eurasia with an increase in the average global temperature by 0.6–0.8 °C. Climates and landscapes of Northern Eurasia under conditions of global warming. Retrospective analysis and scenarios. Issue. III. Moscow: GEOS; 2010, pp. 70–86. (In Russ.)Босиков Н.П. Аласность Центральной Якутии. В кн.: Некрасов И.А., Климовский И.В. (ред.). Геокриологические условия в горах и на равнинах Азии. Якутск: Ин-т мерзлотоведения; 1978. С. 113–118.Bosikov N.P. Alasnost of Central Yakutia. In: Nekrasov I.A., Klimovskii I.V. (eds.) Geocryological conditions in the mountains and plains of Asia. Yakutsk: Permafrost Institute, 1978, pp. 113–118. (In Russ.)Каплина Т.Н. Аласные комплексы Северной Якутии. Криосфера Земли; 2009;13(4):3–17.Kaplina T.N. Alas complexes of North Yakutia. Kriosfera Zemli. 2009;13(4):3–17. (In Russ.)Katamura F., Fukuda M., Bosikov N.P., et al. Thermokarst formation and vegetation dynamics inferred from a palynological study in central Yakutia, Eastern Siberia, Russia. Arctic, Antarctic, and Alpine Research. 2006; 38(4):561–570.Katamura F., Fukuda M., Bosikov N.P., et al. Thermokarst formation and vegetation dynamics inferred from a palynological study in central Yakutia, Eastern Siberia, Russia. Arctic, Antarctic, and Alpine Research. 2006; 38(4):561–570.Katamura F., Fukuda M., Bosikov N.P, Desyatkin R.V. Charcoal records from thermokarst deposits in central Yakutia, eastern Siberia: Implications for forest fire history and thermokarst development. Quaternary Research. 2009;71:36–40.Katamura F., Fukuda M., Bosikov N.P, Desyatkin R.V. Charcoal records from thermokarst deposits in central Yakutia, eastern Siberia: Implications for forest fire history and thermokarst development. Quaternary Research. 2009;71:36–40.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.