Эрозия арктических рек связана с таянием вечной мерзлоты

Вечная мерзлота, толстый слой вечномерзлой почвы, покрывающий большую часть Арктики, замедляет миграцию арктических рек, согласно новому исследованию Калифорнийского технологического института. Миграция рек — это распространенный процесс, при котором путь реки со временем извивается из-за эрозии берегов. Это изменение маршрута, которое также может происходить при внезапных наводнениях, представляет угрозу для многих сообществ, которые живут вдоль рек и зависят от них. Результаты также имеют значение для того, как на Арктический регион повлияет потепление климата по мере таяния вечной мерзлоты с течением времени.

Исследование проводилось в лаборатории Майкла Лэмба, профессора геологии, в Калифорнийском технологическом институте и описано в статье, опубликованной в журнале Nature.

Под руководством Эмили Гейман исследование было сосредоточено на реке Коюкук, крупном притоке реки Юкон, которая петляет на сотни миль через внутреннюю Аляску. В научном сообществе шли дебаты о том, служит ли мерзлая почва вдоль берегов реки для укрепления берегов от эрозии или способствует ей.

«Крупные реки, такие как Юкон или Амазонка, могут перемещаться на десятки и сотни футов в год», — говорит Гейман. «Арктические реки в частности отличаются от умеренных рек, потому что им нужно растопить материал своих берегов, прежде чем они смогут поднять этот материал и переместить его».

Из-за изменения климата вечная мерзлота медленно тает в течение десятилетий. Но река может испытывать резкие естественные изменения в течение одного года, при этом условия течения меняются от очень холодных и быстрых ранней весной до теплых и медленных несколько месяцев спустя. Гейман и ее коллеги использовали эти крупные изменения, которые происходят в течение одного сезона, чтобы получить представление о том, как реки будут вести себя в ответ на изменение климата через десятилетия или столетия в будущем. 

Весной река Коюкук наполняется водой от таяния снегов, быстро течет и холодная вода. Для более умеренных рек быстрый поток означает большую эрозию. Но в Арктике температура воды имеет значение — холодная вода не может растопить замерзшие берега, чтобы мигрировать.

В новом исследовании Гейман и ее коллеги использовали спутниковые снимки реки Коюкук за последние несколько лет и разработали методику декодирования изменений высокого разрешения на снимках. Команда выдвинула гипотезу, что если вечная мерзлота замедляет миграцию реки, они должны увидеть миграцию только позже летом, когда речная вода прогреется. Их гипотеза совпала со спутниковыми данными, что говорит о том, что вечная мерзлота действительно замедляет миграцию реки.

Затем команда сравнила участки реки, протекающие через вечную мерзлоту, с теми, которые не протекают. Коюкук особенный, поскольку пересекает лоскутное одеяло из вечной мерзлоты и незамерзшей земли. Команда отправилась в Арктику, чтобы составить карту эрозии на различных изгибах реки, и обнаружила, что участки без вечной мерзлоты мигрировали в два раза быстрее, чем аналогичные изгибы реки через вечную мерзлоту.

Исследование является частью более масштабной работы по изучению динамики рек и того, как они транспортируют углерод, питательные вещества и другие материалы, содержащиеся в почве.

«Речная миграция имеет последствия для местных сообществ и инфраструктуры, а также для окружающей среды Арктики», — говорит Лэмб. «В вечной мерзлоте хранится около 1500 гигатонн углерода — для сравнения, примерно в два раза больше углерода, чем в атмосфере. В почве также заморожена ртуть, которая может высвобождаться в реки по мере таяния вечной мерзлоты. В конечном итоге мы пытаемся понять, что происходит с этими элементами в контексте речной эрозии».