Арктические реки нарушают законы эрозии

Фото из открытых источников

Учёные должны следовать данным, даже если они кажутся им бессмысленными. В такой ситуации недавно оказались исследователи, анализируя течение рек в канадской Высокой Арктике.

Ученые из Университета Саймона Фрейзера и Университета Британской Колумбии в Канаде исследовали речную эрозию. Отправной точкой для них послужила идея о том, что мерзлая земля замедляет эрозию, поскольку, как считалось, заключенный внутри нее лед действует как клей, удерживая окружающие отложения на месте.

Однако полевые исследования указывают на то, что происходит нечто иное: новые русла рек в Арктике могут формироваться на удивление быстро, что позволяет предположить, что эрозия может фактически опережать эрозию в умеренных климатических зонах.

В ходе контролируемых лабораторных экспериментов исследователи, к своему удивлению, обнаружили, что это действительно так. Результаты исследования были опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Эрозия наносов происходила примерно в 10 раз быстрее, чем можно было бы ожидать на незамерзшей почве – результаты, которые противоречили тому, что, как считалось, было известно об эрозии рек.

«Мы буквально ожидали увидеть полную противоположность тому, что увидели в итоге», — говорит эколог Йонас Эшенфельдер из Университета Саймона Фрейзера. «Мы повторяли эксперименты множество раз, пока мой руководитель наконец не поверил результатам».

В лаборатории команда сконструировала стеклянный «канал», наклоненный под углом, длиной 120 сантиметров и шириной 2 сантиметра. Внутри канала стеклянные бусины заменяли речной гравий.

При исследовании замерзшей воды на замерзших и незамерзших осадочных породах были получены неожиданные результаты эрозии. То, что ранее считалось странными аномалиями в полевых условиях, повторялось снова и снова.

«Мы увидели результаты, посмотрели на себя и сказали: „Этого не может быть“», — говорит Шон Чартранд из Университета Саймона Фрейзера. «Я написал нескольким коллегам по электронной почте. Они мне не поверили. Мы провели второй эксперимент. Результат тот же».

Исследователи разработали математические модели, чтобы объяснить наблюдаемые явления, основываясь на движении шариков и воды в ходе моделирования. Они также отправились на арктический остров Таллурутит (остров Девон), чтобы проверить свои модели на практике.

Вот что, по всей видимости, происходит: в периоды полного промерзания почвы эрозия, как и ожидалось, ограничена. Ничего не может сдвинуться с места. Однако с началом сезонного оттаивания тонкий слой осадочных пород тает, в то время как под ним остается мерзлая земля.

Текущая вода не может пройти сквозь оставшуюся вечную мерзлоту, поэтому она разделяется в разных направлениях, унося с собой все больше частиц песка и почвы. Это объясняет ускоренную эрозию, зафиксированную в данном исследовании.

«Вы думаете, что понимаете основы того, как всё работает, но иногда это не так», — говорит Шартран.

Эти знания крайне важны для исследователей, стремящихся понять и предсказать, что произойдет с Арктическим регионом по мере продолжения изменения климата и исчезновения льда с ландшафта, который был замерзшим на протяжении тысячелетий.

По словам исследователей, Арктика «пробуждается» по мере повышения температуры, и это пробуждение включает в себя появление большего количества речных систем.

В качестве возможных дальнейших шагов можно рассмотреть более детальные полевые исследования в Арктике, проводимые в течение всего года и при различных температурных условиях, чтобы подтвердить ускоренный процесс эрозии.

«Арктика становится все более важным местом с точки зрения геополитики, экологических проблем и инфраструктурных проектов, — говорит Эшенфельдер. — Но мы, очевидно, до конца не знаем, как она реагирует на изменение климата. Наша наука пытается преодолеть этот разрыв, чтобы мы могли прогнозировать будущие условия и отвечать на вопросы о том, как меняется ландшафт».