Атмосферная циркуляция и химическое загрязнение ледников Тянь-Шаня

А. Н. Диких, д. г. н., проф.

Ледники Тянь-Шаня – один из стокоформирующих элементов природной среды Центральной Азии. Максимально их влияние на водность рек проявляется в теплую часть года, количественно завися от площади оледенения речного бассейна и интенсивности таяния.

Начиная со второй половины ХIХ столетия размеры ледников направленно сокращаются и немалое количество их растаяло или образовались мелкие за счет распада крупных ледников. Только на северной периферии Тянь-Шаня за период с 1955 по 1990 годы исчезло 57 ледников, а при распаде 56 крупных образовалось 131 новых ледников, при этом площадь оледенения сократилась на 29,2% [4].

Причинами деградации оледенения являются происходящее потепление климата и увеличение загрязненности поверхности ледника, повышающее интенсивность таяния. Загрязнение ледника обусловлено несколькими факторами, но в данной работе рассматривается проявление только одного – циркуляции атмосферы.

Располагаясь в центре Азиатского материка и поднимаясь до 5000-7000 м, горная система Тянь-Шань активизирует циркуляционные процессы, связанные с вторжениями воздушных масс с различных направлений. Содержащиеся в атмосфере аэрозоли выпадают главным образом с осадками, но нередко оседают и в сухом виде. Количественный и качественный состав аэрозолей не одинаков в воздушных массах, пришедших из различных регионов земного шара, и обусловлен физико-географическими условиями районов формирования и прохождения воздушных масс. Поступление аэрозолей в атмосферу происходит как за счет естественных процессов (выветривание пород), так и антропогенных выбросов. Только в результате усыхания Аральского моря подъем пыли в атмосферу с 1975 по 1990 год возрос в два раза и достиг 90 млн. т в год [8]. Важным при этом является не столько общая величина поступающей в атмосферу пыли, сколько ее доля, достигающая ледников Тянь-Шаня. По результатам натурных исследований дальность выноса аэрозолей зависит от их веса и высоты слоя перемешивания атмосферы. Мелкие взвеси в атмосфере могут переноситься на расстояние несколько тысяч километров. По наблюдениям на станциях “Северный полюс” выявлен принос в Российскую Арктику тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов даже из районов юго-восточной Азии и Северной Америки, хотя выбросы промышленных предприятий городов Архангельск, Воркута, Норильск распространяются на расстоянии 80-100 км, а иногда до 250 км [6].

Пыль, поднимаемая в районе Аральского моря, доходит до Хорезма и Ташкента [10]. Исключительное влияние на загрязнение атмосферы оказывают извержения вулканов, когда столб пепла поднимается до 15-35 км, а в отдельных случаях и до 70-80 км, растекается впоследствии по значительной части всех континентов. Так, облако от извержения вулкана Эль-Чичон в 1982 г обошло земной шар за 21 день [5]. На ледниках Тянь-Шаня осаждалась сажа после нефтяных пожаров в Кувейте, возросло количество радиоактивных веществ после Чернобыльской аварии [7]. Большое влияние на загрязнение поверхности льда оказывает перенос пыли из пустынных районов Такла-Макана и Тарима в виде мглы. После ее прохождения от осевшей пыли зона аккумуляции ледника приобретает желтоватый цвет, а интенсивность таяния резко возрастает. На примере изменения повторяемости количества дней с мглой по мере удаления от южной и юго-восточной периферии Тянь-Шаня к северной и северо-западной можно говорить о снижении массы выпадающих аэрозолей в этом же направлении. Если на южной окраине Тянь-Шаня в среднем за год отмечается 9,3 дней с мглой (ГМС Чатыр-Куль), то к северу их повторяемость уменьшается до 8,1 дней (ГМС Тянь-Шань) и 5,7 дней (ГМС Пржевальск) [9].

Число отдельных типов синоптических процессов значительно больше и в целом они должны определять химическую загрязненность поверхности ледников, хотя в их проявлении отмечаются значительные внутри – и межгодовые колебания. Синоптические процессы Средней Азии исследованы достаточно детально и результаты представлены в капитальном труде В. А. Бугаева, В. Н. Джорджио и др. [2]. Со времени выхода этой монографии прошел большой срок и выяснилось, что, несмотря на масштабность процессов, когда в сфере их деятельности оказываются огромные территории, интенсивность вторжения воздушных масс и, соответственно их последствия, в горных регионах не всегда одинаковы. Исходя из этого, для Кыргызстана была скорректирована [11] общая типизация синоптических процессов, в которых нашли отражение региональные особенности. В последние годы конструктивны исследования И. А. Павловой [12, 13], результаты которых являются одной из основ данной работы.

Над территорией Кыргызстана проявляются 17 типов синоптических процессов, повторяемость которых изменяется от 0,1% (широкий вынос теплого воздуха) до 15,1% (западное вторжение). Если учесть, что на высотах более 3000 м, т. е. в зоне распространения оледенения, воздушные потоки всех подтипов периферии Сибирского антициклона характеризуются западным или близким к нему направлением, то повторяемость этих воздушных течений достигает 47,5% [13]. В среднем за год смена синоптических процессов происходит 239 раз, что соответствует средней продолжительности процесса в 1,5 суток. В отличие от повторяемости вторжений, количество которых изменяется в широких пределах, продолжительность их проявления однотипна как для часто, так и для редко повторяющихся процессов. Для первых средние значения составляют 1-2 суток, для вторых 0,86-2,59 суток [13].

Для оценки интенсивности загрязнения и его элементного состава кроме рассмотренных средних показателей проявления синоптических процессов важна и их временная изменчивость. Смена преобладающих направлений с широтной на долготную обусловливает изменения в величинах накопления различных химических элементов. Обратимся к данным таблицы 1, в которой представлены результаты определения загрязнения металлами поверхности ледников, расположенных в различных регионах Центральной Азии. Эти данные позволяют выявить временные и пространственные особенности приноса различных аэрозолей в регион. В таблице 1 помещены результаты анализа проб, отобранных различными исследователями [7, 15] и наши данные, полученные при работе по проекту Международного научно-технического центра (МНТЦ)

Анализ величин химических содержащихся во льду и сезонном снеге свидетельствует о значительной временной и пространственной изменчивости геохимической загрязненности ледников. К сожалению, представленные данные к настоящему времени не позволяют сделать однозначный вывод о проявлении превалирующего фактора в годовой аккумуляции металлов на ледниках. За период с 1973 по 1984 год резко возросло содержание химических элементов на леднике Энилчек:: от 3,2 раза свинца до 13,1 раза никеля. Несмотря на значительное повышение величины накопления металлов в годовом слое, за исключением железа, их концентрация была значительно ниже предельно допустимой концентрации (ПДК.) Такую высокую концентрацию элементов в годовом слое можно связать только с неблагоприятным балансовым состоянием ледника и низкой высотой места отбора пробы.

Таблица 1

Содержание металлов в ледниках Центральной Азии, мкг/л

ЛедникГодNiFeCuZnPbCr
Энилчекх1973-745,418003,0696,05
Энилчек1980-8115,630006,5702,417
Бадамистон1980-81314508,52015< 9
Карасу1980-811,08304,499< 2
Энилчек1983-8471212003733519,521
Бадамистон1983-847,05428,482512
Карасу1983-841,5340132113< 2
Бадамистон1987-881513030< 521617679
Карасу1987-885,318407,85022< 2
Карасу1990-914,95416,47029< 2
Айлама1991-921,9Не обн.5,794,7Не обн.1,3
Ашутер северный1991-921,0Не обн.8,022,4Не обн.1,3
Айлама1992-93Не обн.3140,8Не обн.
Ашутер северный1992-93Не обн.3,90,781,0Не обн.
Голубина1998-99160341,274,6
Джеруй2000-011,85502,9900,773,5
Голубина2000-011,20402,82400,324,4
Григорьева2000-012,92603,91701,2415
Сары-Бет2000-011,143202,71800,785
ПДК1005001000100030500

Примечание: расположение ледников и высота места отбора проб – Энилчек – массив пиков Победа и Хантенгри, 4000 м; Бадамистон – юго-западная часть Гиссарского хребта, 3700 м; Карасу – Туркестанский хребет, 4200 м; Айлама – северный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 3930 м; Ашутер северный – северный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 4000 м; Джеруй – Таласский хребет, 4050 м; Голубина – Хребет Киргизский Ала-Тоо, 4180 м; Григорьева – южный склон хребта Терскей Ала-Тоо, 4280 м; Сары-Бет – хребет Адыр-Тор, 4160 м.

На этом леднике фирновая линия практически нигде не опускается ниже 4200 м, а летом 1984 года она поднялась до 4600 м. При таком режиме таяния происходит освобождение склонов от снега и возрастает перенос выветренной породы на ледник. В данном случае проба бралась с самого верхнего горизонта, а на других ледниках, где слой 1983-84 годов был перекрыт более поздними отложениями, содержание элементов было далеким от экстремальных величин. Но общая тенденция увеличения концентрации отдельных металлов достаточно четкая. На леднике Бадамистон с 1980 по 1988 годы за исключением меди возросло содержание всех элементов, представленных в таблице 1. Подобный процесс с некоторыми нюансами проявляется и на леднике Карасу. Кроме хрома здесь увеличилось накопление всех металлов, а концентрация цинка и свинца возрастала до 1991 г.

В условиях происходящего потепления климата и устойчивом с 1972 года отрицательном балансе массы ледников [16] следует предположить, что из-за происходящей миграции элементов из верхних слоев в нижние и даже выноса их за пределы ледника, разновременной отбор проб повлиял на результаты оценки содержания металлов в слоях каждого конкретного года. Тем не менее, основные особенности накопления, свойственные регионам, сохраняются и отражают геологию района и режим циркуляции атмосферы тех лет, в которые формировался конкретный годовой слой.

Установлено, что химизм льда [3, 7] в значительной степени соответствует составу атмосферных осадков, отражающих уровень химического и радиоактивного загрязнения тех районов, над которыми они сформировались или проходили воздушные массы. Поэтому при постоянстве геологического строения различия в загрязненности долины должны связываться с изменениями циркуляционных процессов. Важным является не только годовое, но и внутригодовое проявление повторяемости одних или других процессов, так как в зависимости от прохождения воздушных масс над территориями покрытыми снеговым покровом, или свободными от него, содержание аэрозолей в атмосфере будет неодинаковым. Поступление металлов на поверхности ледников Тянь-Шаня следует связать с такими предприятиями Казахстана как свинцово-цинковый комбинат в Усть-Каменогорске, свинцово-фосфатным в Чимкенте, хромовым в Актюбинске [14] и Кыргызстана – ртутным производством в Хайдаркане и сурьмяным в Кадамжае. В связи с этим привнос тяжелых металлов в высокогорную зону Тянь-Шаня происходит с разной интенсивностью при западных, юго-западных, северо-западных и северных вторжениях. При этом следует учесть, что вторжения с южных направлений приурочены к холодному периоду и в районы Внутреннего Тянь-Шаня почти не проникают, сокращая возможное значительное поступление аэрозолей.

Исследованиями [12] определена средняя величина повторяемости различных типов синоптических процессов как за год, так и отдельные сезоны. Учитывая, что отбор проб, проводимый лабораторией гляциологии института геологии НАН КР, приурочивался к периоду максимального снегонакопления, к анализу привлечены данные по циркуляции атмосферы за зимне-весенний период 1998, 1999, 2001 годов и накоплению химических элементов на леднике Голубина.

Таблица 2

Повторяемость типов синоптических процессов, %

Тип процесса199819992001Норма
1Южно-каспийский циклон3,30,92,6
2Мургабский циклон5,10,81,72,2
3Верхнеамударьинский циклон1,02,54,31,6
4Широкий вынос теплого воздуха0,90,2
5Северо-западное вторжение5,14,13,43,1
6Северное вторжение2,04,93,42,5
7Волновая деятельность16,74,14,38,5
8Малоподвижный циклон над Средней Азией4,03,7
9Юго-западная периферия антициклона10,211,515,413.4
Южная периферия антициклона9,113,918,812,7
Юго-восточная периферия антициклона10,18,28,57,9
10Западное вторжение16,218,015,414,7
12Малоградиентное поле пониженного давления2,02,55,15,8
12аМалоградиентное поле повышенного давления8,19,03,46,4
13Центральная часть антициклона0,3
14Теплый сектор циклона или предфронтальное положение11,117,214,514,4
Общее число случаев99122117106

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в пробах снега на леднике Голубина, мкг/л

ГодAlCrFeNiCuZnPb
1998Не обн.< 1Не обн.Не обн.52,6414
1999154,6601341,3
200184,6401,202,82400,32

Примечание: Результаты анализа проб для ледников Тянь-Шаня за исключением ледника Энилчек, представленные в таблице 1 и 3, получены методами атомно-абсорбционной спектрометрии и эмиссионного спектрального анализа.

Представленные в таблицах 2 и 3 данные позволяют сделать некоторые предварительные выводы о зависимости уменьшения или увеличения тяжелых металлов от изменения повторяемости отдельных типов синоптических процессов. Повышенное содержание меди и свинца в 1998 году связывается с увеличением повторяемости синоптических процессов с южного направления (Мургабский циклон, волновой деятельности и прихода воздушных масс с северо-запада). В 1999 году появление алюминия, рост аккумуляции хрома и железа следует отнести за счет увеличившихся вторжений с севера и запада. Возрастание хрома и особенно цинка в 2001 г. можно объяснить возросшими вторжениями верхнеамударьинского циклона, активностью южной периферии антициклона и большей повторяемостью северных вторжений. Повышение концентрации химических элементов на леднике может происходить и при числе случаев вторжений, не выходящих за пределы нормы, но в условиях обусловливающих высокий выброс аэрозолей в атмосферу. Примером могут быть значительные поступления сажи в атмосферу во время пожаров Ирако-Кувейтского конфликта [1] и радиоактивных элементов при Чернобыльской аварии [7]. В обоих случаях на ледниках Тянь-Шаня отмечено увеличение концентрации сажи, цезия, церия, лантана.

Завершая изложенное, необходимо обратить внимание на следующее. Полученные выводы являются предварительными, но позволяющие связать режим циркуляционных процессов над территорией Кыргызстана с аккумуляцией химических элементов на ледниках. Работа такого плана для ледников Тянь-Шаня выполнена впервые и ее необходимо продолжить. Результаты анализа проб взятых со снежных толщ накопленных за холодный период и весь год в сопоставлении с материалами наблюдений за синоптическими процессами позволят надежно определять загрязнение высокогорной зоны Республики различными аэрозолями с выявлением естественных и антропогенных, местных и внешних источников выбросов химических элементов.

Список литературы

Боконбаев К. Дж., Диких А. Н., Детыненко Л. А. Примеси в снежном покрове ледников Внутреннего Тянь-Шаня. //География и природные ресурсы, №2, Новосибирск. 1995, с. 181-183.

Бугаев В. А., Джорджио В. А., Козик Е. М. и др. Синоптические процессы Средней Азии. Ташкент, Изд-во АН Узб. ССР, 1957, 477 с.

Вилесов Е. Н., Токмагамбетов Г. А, Черкасов П. А. Химический состав и качество талых вод ледников Казахстана. //МГИ, вып. 38, М. 1980, с.162-166

Вилесов Е. Н., Уваров В. Н. Современная деградация оледенения северного склона Заилийского Ала-Тау. // МГИ, вып.84, М.1998, с.52-59

Вулканы, стратосферный аэрозоль и климат Земли. Л. ГИМИЗ, 1986, 256 с.

Глазов М. В., Горячкин С. В. Изменение природных зон Российской Арктики. //Природа, №5, 1997, с.32-47

Головин А. В., Ивлев К. А., Кондратьев К. Я., Кудряшов В. И. Исследования запыленности ледников Памира и Тянь-Шаня. // Изв. РГО, т.125, вып.4. 1993, М. с.54-61

Григорьев А. А., Кондратьев К. Я. Спутниковый мониторинг природных и антропогенных катастроф. // Исслед. из космоса, №3, М. 1996, с.68-78

Диких А. Н. Некоторые результаты исследований естественной загрязненности эоловым мелкоземом поверхности ледников Тянь-Шаня. // Гляциологические исследования на Тянь-Шане, Фрунзе, “Илим”, 1975, с 81-89

Иванова Л. А. Гидрологические аспекты проблемы Аральского моря. //Водные ресурсы №2, М. 1992, С.39-49

Курбаткин В. П., Скиба Е. С., Ушинцева В. Ф. Характеристика синоптических процессов Киргизии. //Тр. САНИГМИ, вып. 75(156), Л. 1980, с.61-73

Павлова И. А. Повторяемость типов синоптических процессов в Чуйской долине. //Метеорология и гидрология в Кыргызстане, вып.1, Бишкек, 2001, с.102-110

Павлова И. А. Продолжительность типов синоптических процессов в Чуйской долине. //Метеорология и гидрология в Кыргызстане, вып.1, Бишкек, 2001, с.119-125.

Раисова А., Сартбаева А. Предотвращение изменения климата: переход от дискуссий к практическим шагам. Алматы, 1999, 123 с.

Усубалиев Р. А. Антропогенная составляющая геохимии ледников Тянь-Шаня. //Изв. НАН КР, №1, Бишкек, 1999, с.48-51

GLACIER MASS BALANCE BULLETIN. Bulletin 2 (1990-1991) IAHS-UNEP-UNESCO. Zurich 1993 p.74


Атмосферная циркуляция и химическое загрязнение ледников Тянь-Шаня