Аннотация: Наледи являются ключевым элементом в цепи водообменных процессов зоны распространения многолетнемерзлых пород. Гидрологическая роль наледей в формировании речного стока может быть сопоставима с ледниками. Наблюдения за наледями при строительстве Байкало-Амурской магистрали показали, что в годовом стоке рек доля наледного стока может достигать 35% для водосборов площадью до 500 км2. Несмотря на длительную историю изучения наледей, отсутствуют методы прогноза развития наледных процессов, а также гидрологические модели, учитывающие долю наледного питания в речном стоке. Это связано с недостатком данных наблюдений за динамикой и факторами развития наледей. В прошлом веке в Сибири и на Дальнем Востоке на некоторых наледях проводились продолжительные исследования. Одним из таких уникальных объектов является гигантская Анмангындинская наледь (верховье бассейна р. Колыма). Целью исследования является изучение гидрологического режима бассейна р. Анмангында и разработка метода учета наледного стока (блок «Наледь») для распределенной гидрологической модели «Гидрограф». Блок «Наледь» учитывает два фактора разрушения наледи – под действием солнечной радиации и термоэрозионного разрушения. Входными данными являются площадь наледи к началу теплого сезона и суточные метеорологические данные. Параметрами — коэффициенты таяния льда и испарения со льда, а также коэффициент относительной площади наледи в зависимости от периода разрушения, рассчитанный для современного климатического периода. Результатом расчета являются слои наледного стока и характеристики наледи на заданный интервал. На основе исторических данных и материалов собственных полевых исследований, проведена апробация блока «Наледь». Отклонение расчётных и натурных величин составило 2—10% и 1—9% для максимальных величин площади и объема Анмангындинской наледи соответственно. Результаты численных расчетов за период 1967–2022 гг. выявили динамику вклада Анмангындинской наледи в сток реки в различные сезоны. Расширенный функционал модели «Гидрограф» позволил улучшить качество моделирования стока рек, в бассейнах которых формируются наледи. Для бассейна р. Анмангында средний коэффициент Нэша-Сатклиффа и величина ошибки годового стока составили 0,57 и 13,0% по сравнению со значениями 0,41 и 18,0%, когда не использовался блок «Наледь».

Ключевые слова: многолетняя мерзлота, математическое моделирование, модель Гидрограф, наледное питание, наледные ресурсы, наледь, река Анмангында, дистанционное зондирование, водный баланс, криолитозона

Abstract: Aufeis are a key element in the chain of water exchange processes in the permafrost zone. The hydrological role of aufeis in the formation of river flow can be comparable to that of glaciers. Observations of aufeis during the construction of the Baikal-Amur Mainline showed that the share of aufeis runoff in the annual river flow can reach 35% for watersheds with an area of up to 500 km2. Despite the long history of studying aufeis and the results achieved, there are no methods for predicting the development of aufeis processes, as well as hydrological models that take into account the share of aufeis feeding in river runoff. This is due to the lack of observational data on the dynamics and development factors of aufeis. In the last century, long-term studies were carried out on some aufeis in Siberia and the Far East. One of these unique objects is the giant Anmangynda aufeis, which forms in the upper reaches of the Kolyma River basin. The aim of the research is to study the hydrological regime of the Anmangynda river basin and develop a method for accounting of aufeis runoff (module «Aufeis») in the distributed hydrological model «Hydrograph». The module “Aufeis” takes into account two factors of aufeis destruction – under the influence of solar radiation and thermal erosion destruction. The input data is the area of aufeis at the beginning of the warm season and daily meteorological data. The calculation parameters are the coefficients of ice melting and evaporation from ice, as well as the coefficient of the relative area of aufeis depending on the period of destruction, calculated for the modern climatic period. The result of the calculation is the aufeis runoff and the characteristics of aufeis for a given interval. Based on historical data and materials obtained during own field research, the module «Aufeis» was tested. The deviation of the calculated and observed values was 2—10% and 1—9% for the maximum values of the area and volume of the Anmangynda aufeis, respectively. Results of numerical calculations for the period 1967–2022 revealed the dynamics of the contribution of the Anmangynda aufeis to the river flow in different seasons. The expanded functionality of the Hydrograph model has improved the quality of modeling for rivers where aufeis form. For the river basin Anmangynda average Nash-Sutcliffe coefficient and annual runoff error were 0,57 and 13,0% compared to 0,41 and 18,0% when the module «Aufeis» was not used.

Keywords: Anmangynda river, permafrost, mathematical modeling, Hydrograph model, aufeis regulation, remote sensing, aufeis resources, aufeis, water balance, cryosphere

Аннотация: Статья посвящена первым результатам мониторинга температуры в снежном покрове, высоты снежного покрова и температуры атмосферного воздуха в Иркутске. Результаты получены на основе начатых в 2021 году поисковых научно-организационных исследованиях на площадках ИРНИТУ с применением автономного автоматического программно-аппаратурного комплекса, разработанного в институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН. Высота снежного покрова определялась по относительно резкому изменению температуры на границе атмосферный воздух-поверхность снега. Установлено, что происходит изменение температуры в снежном покрове на одной и тоже высоте в течение суток, при этом в интервале высот от 0 до 15 см (0 см – подстилающее основание) колебания температуры между min и max незначительные по сравнению с колебаниями температуры в верхних слоях снежного покрова. Показано, что графически изменения температуры в снежном покрове на высотах, которые ближе к атмосферной поверхности снежного покрова имеют более выраженные амплитудные суточные циклы, в отличие от изменений на низких высотах. Установлена линейная корреляция между температурой воздуха и температурой на различных высотах в снежном покрове, коэффициент корреляции уменьшается с уменьшением высот в снежном покрове, при условии постоянной максимальной высоте снежного покрова, например, в течение суток. Показано явление выхолаживания поверхности снежного покрова в отдельные часы в течение суток, когда температура снежно-атмосферной поверхности ниже, чем температура воздуха. Отмечаем, что фактические физические характеристики снежного покрова, полученные удаленно в автономном автоматическом режиме реального времени, такие как температура воздуха, температура и высота снежного покрова могут иметь прикладное значение и со временем, с развитием цифровизации, могут быть востребованы для управления урбо-экосистемой города и/или отдельных территорий

Ключевые слова: температура, высота, снежный покров, температурный профиль, выхолаживание, снежно-атмосферная поверхность, цифровизация, программно-аппаратурный комплекс, мониторинг, Иркутск

Abstract: The article is devoted to the first results of monitoring the temperature in the snow cover, the height of the snow cover and the atmospheric air temperature in Irkutsk. The results were obtained on the basis of exploratory scientific and organizational research that began in 2021 at the INRTU sites using an autonomous automatic software and hardware complex developed at the Institute for Monitoring Climatic and Ecological Systems of the SB RAS. It has been established that there is a change in temperature in the snow cover at the same height during the day, while in the height range from 0 to 15 cm (0 cm is the underlying base) temperature fluctuations between min and max are insignificant compared to temperature fluctuations in the upper layers snow cover. It is shown that graphically changes in temperature in the snow cover at altitudes that are closer to the atmospheric surface of the snow cover have more pronounced amplitude daily cycles, in contrast to changes at low altitudes. A linear correlation has been established between air temperature and temperature at various heights in the snow cover; the correlation coefficient decreases with decreasing heights in the snow cover, provided that the maximum height of the snow cover is constant, for example, during the day. The phenomenon of cooling of the surface of the snow cover at certain hours during the day, when the temperature of the snow-atmospheric surface is lower than the air temperature, is shown. We note that actual values obtained in autonomous automatic real-time mode, such as air temperature, temperature and snow depth, may have practical significance and over time, with the development of digitalization, may be in demand for managing the urban ecosystem of the city and/or individual territories

Keywords: software and hardware complex, digitalization, cooling, snow-atmospheric surface, temperature profile, snow cover, depth, temperature, monitoring, Irkutsk

Аннотация: В связи с особенным механизмом повторно-жильного льдообразования, рассмотрена проблема горизонтального и вертикального отбора образцов для палинологического анализа из повторно-жильных льдов. Объект исследований – палиноспектры, полученные из позднеголоценовых повторно-жильных льдов на высокой пойме реки Ляккатосё с полигонально-валиковым рельефом на востоке Ямала. В пределах участка доминируют гемипростратно-кустарничково-лишайниково-моховые полигональные тундры. Повторно-жильные льды вскрыты в береговом обнажении после сильного паводка в результате прилива и нагона со стороны Обской губы. Ширина жил достигает 1,2-1,5 м. В осевой части одной из жил много минеральных примесей, до 40%, формирующих вертикальную слоистость, которая исчезает от центра к краям жилы. Отбор проб для спорово-пыльцевого анализа проводился с учетом морфометрических особенностей ледяных жил: учитывалось количество элементарных жилок и их протяженность. Основной метод исследования палинологический, изучены образцы льда, полученные в скважинах, пробуренных кольцевым ледобуром в повторно-жильном льду. Образцы на палинологический анализ были отобраны вдоль оси жилы и по горизонтали на глубине 1,2 м, образцы на химический анализ отобраны вдоль оси. Высокая концентрация пыльцы и спор – 800-900 экз./л в жилах на р. Ляккатосе позволила провести сопоставление результатов горизонтального и вертикального отбора с достаточной степенью точности. Палиноспектры, характеризующие ледяную жилу по горизонтали и вертикали, продемонстрировали существенные различия в соотношении основных компонентов палиноспектров. Основное различие палиноспектров горизонтального и вертикального отбора в группе древесных пород заключается в различном содержании пыльцы ели и березы. Если вдоль оси жилы пыльца ели (2-13%) и березы (6-14%) отмечается постоянно, то в палиноспектрах горизонтального отбора пыльца ели (2-4%) отмечена только до 0.3 м от оси жилы, а березы (2-14%) до 0.4 м от оси жилы. Вполне естественно, что отсутствует общая последовательность кульминаций тех или иных пыльцевых таксонов.

Ключевые слова: полигональные ландшафты, повторно-жильные льды, многолетнемерзлые породы, ионный состав льда, пыльца, споры, концентрация пыльцевых зерен, пойма, река Лекатосё, полуостров Ямал

Abstract: Study considers horizontal and vertical sampling directions for pollen analysis of ice wedges, taking into account the special mechanism of wedge ice formation. Pollen spectra from the Late Holocene ice-wedges on high polygonal floodplain of the Lyakkatosyo River are studied. Shrub-lichen-moss-polygonal tundra dominates the site. We accounted for the number of elementary veins. The main research methods are pollen and geochemical analyses. We collected samples for pollen analysis along ice wedges' axis and horizontally at depth of 1.20 m, while we also took samples for chemical analysis along the same axis. The high concentration of pollen and spores in ice wedges made it possible to compare results of horizontal and vertical sampling with sufficient degree of accuracy. Pollen spectra characterizing ice wedge horizontally and vertically showed significant differences in the main components. The main difference between horizontal and vertical pollen spectra in AP is the spruce and birch pollen percentages. Along the ice wedge axis, spruce pollen (2.0–13.0%) and birch pollen (6.0–14.0%) are always visible. However, we only find spruce pollen (2.0–4.0%) up to 0.3 m from the vein axis and birch pollen (2.0–14.0%) up to 0.4m from the vein axis. We detected similar-composition pollen spectra in only one case. The sample that is closest to the center of the ice wedge, located at 0.1 m from axis and at depth of 1.2 m, exhibits approximately the same pollen spectra as the sample that is located at depth of 1.2 m from the central part of ice wedge. It is quite natural that certain pollen taxa do not have a general sequence of culminations. Chemical composition of ice wedge suggests that spruce pollen got into the ice due to flooding of the Lyakkatosyo River.

Keywords: flood plain, pollen grain concentration, spores, pollen, macroelements, permafrost, ice wedge, polygonal landscapes, Lekatosyo River, Yamal Peninsula

Аннотация: Цель статьи – определить качественный и количественный ионный состав изучаемых трех пластовых ледяных залежей в центральной и южной частях Ямала: а) Бованенково, на берегу оз.Ханикосито; б) в верховьях р. Мордыяха и в) в долине р. Еркутаяха, сравнить его с ионным составом известных пластовых льдов Ямала (Бованенково, Харасавэй, Марре-Сале, Нейто, Юрибей, Сабетта) и сопряженных территорий (Гыда, Танама, Усть-Порт, Ледяная Гора) и на основании этого выявить генетическое сходство изучаемых залежей с пластовыми льдами, природа которых более определенна. Все они относятся к ультрапресным льдам с концентрацией основных ионов от 20 до 40 мг/л. В ионном составе пластового льда Бованенково, на берегу оз. Ханикосито заметно преобладают катионы натрия, достигая 38,95 мг/л и калия до 21,76 мг/л в сильнопузырчатом прозрачном льду. В ионном составе пластового льда в верховьях р. Мордыяха заметно преобладают катионы натрия, достигая 68,51 мг/л в ледогрунте и 6,1 мг/л в чистом льду. Средняя концентрация анионов хлора в пластовой ледяной залежи в верховьях р. Мордыяха заметно варьирует в разных типах льда и составляет 2,27 мг/л. В ионном составе пластового льда в долине р. Еркутаяха наблюдается примерно равное количество катионов натрия, достигающих 3,64 мг/л и калия и магния до 2,71 и 2,56 мг/л. Средняя концентрация анионов хлора в пластовой ледяной залежи в долине р. Еркутаяха варьирует в разных типах льда и составляет 0,76-1,48 мг/л. Ионный состав 3 изученных мощных залежей пластового льда в центральной и южной частях Ямала ближе всего к ионному составу голоценовых внутригрунтовых пластовых ледяных залежей близ пос. Сабетта и позднеплейстоценовых инфильтрационно-сегрегационных льдов у пос. Гыда. Это является основанием для вероятностного отнесения изучаемых пластовых льдов к залежам внутригрунтового типа, возникших при автохтонном промерзании межмерзлотных водоносных горизонтов.

Ключевые слова: многолетнемерзлые попроды, пластовый лед, макроэлементы, катионы натрия, катионы калия, анионы сульфатов, анионы хлора, река Еркутаяха, река Мордыяха, Бованенково

Abstract: The article aims to ascertain the qualitative and quantitative ion composition of three massive ices in the central and southern regions of Yamal: a) Bovanenkovo, situated on the shore of Lake Hanikoshito; b) in the upper reaches of the Mordyyakha River; and c) in the Erkutayakha River valley. We compared the results with the ionic composition of the known massive ice of the Yamal Peninsula (Bovanenkovo, Kharasavey, Marre-Sale, Neito, Yuribey, Sabetta) and adjacent territories (Gyda, Tanama, Ust-Port, Ledyanaya Gora) to identify the genetic similarity of the three studied massive ices, thereby establishing a more definitive nature. Samples from all three massive ices are ultra-fresh, with ion concentrations ranging from 20 to 40 mg/l. In the ionic composition of the Bovanenkovo massive ice, sodium cations noticeably predominate, reaching 38.95 mg/l in turbid ice and potassium cations up to 21.76 mg/l in highly bubbly transparent ice. Sodium cations noticeably predominate in the Mordyyakha River valley, reaching 68.51 mg/l in ice with soil and 6.1 mg/l in crystal ice. In the ionic composition of massive ice in the Erkutayakha River, approximately equal amounts of sodium cations are observed, reaching 3.64 mg/l. The average concentration of chlorine anions in the massive ice of the Erkutayakha River valley varies: in crystal and milky white ice, 0.76 mg/l; in gray ice of horizontal layers, 1.46 mg/l; and in vertically layered ice of the central stock, 1.48 mg/l. The ionic compositions found in the three thick massive ice lenses that were studied are most similar to those found in Holocene intrasedimental massive ice lenses near Sabetta village and infiltration-segregation thick ice lenses near Gyda village. This is the basis for the classification of the studied massive ice as intrasedimental massive ice.

Keywords: Bovanenkovo, upper Mordyyakha River, Erkutayakha River valley, chlorine anions, sulfate anions, potassium cations, sodium cations, macroelements, massive ice, permafrost

Аннотация: Предметом исследования является распределение изотопного состава кислорода и водорода во льду сезонных бугров пучения в долине р. Чара. В центральной части Восточной Сибири распространены сплошные по вертикали и латерали многолетнемёрзлые породы, их свойства неоднократно изменяются на относительно небольших участках территории, особенно на территории Чарской котловины, расположенной в северном Забайкалье в окружении горных хребтов Кодар и Удокан. На территории котловины общей площадью не более 130 кв. км широко распространены криогенные процессы, оказывающие значительное влияние на мосты, дорожное полотно, ЛЭП и объекты горнодобывающей промышленности (ГМК «Удоканская медь» и др.). Одним из таких процессов является криогенное (морозное) пучение грунтов. Летом 2023 г. авторами были описаны два сезонных бугра пучения в заболоченных залесённых понижениях на периферии Чарских песков (в термосуффозионных воронках). Были отобраны образцы льда из ядер бугров, изучен изотопный состав кислорода и водорода во льду ядер сезонных бугров пучения. Установлено, что сезонные бугры пучения формируются преимущественно за счет промерзания переувлажненного сезонно-талого слоя сверху-вниз, иногда часть льда намерзает снизу-вверх при встречном промерзании пород на нижней границе СТС. Распределение значений изотопного состава по вертикали, его облегчение сверху-вниз, а также соотношение δ2H-δ18O во льду указывает на сравнительно быстрое промерзание воды, сверху-вниз, в условиях закрытой системы, в течение одного цикла. В слоях льда, отобранных по горизонтали, получены очень близкие значения изотопного состава (например в бугре 1 по значениям δ18О от –17,51 до –17,32‰), что указывает на последовательное горизонтальное намораживание слоев льда. Наклоны линий соотношения δ2H-δ18О для льда бугров составляют 5,82 (бугор 1) и 5,95 (бугор 2). Наклон линии соотношения δ2H-δ18О меньше 8-7,3 указывает на промерзание воды в условиях закрытой системы, в течение одного цикла, без подтока влаги. Распределение изотопных значений во льду бугра 2 может указывать на одновременное двустороннее промерзание объема воды.

Ключевые слова: сезонно-талый слой, инъекционное ледяное ядро, сегрегационное ледяное ядро, изотопы водорода, изотопы кислорода, ледяное ядро, сезонные бугры пучения, многолетнемерзлые попроды, Чарская котловина, Северное Забайкалье

Abstract: The study's focus is on the distribution of oxygen and hydrogen isotopes in the ice cores of frost blisters in the Chara River valley, Transbaikalia. The Kodar and Udokan mountain ranges surround the Chara Depression. Cryogenic (frosty) heaving is common in high humidity areas with loamy, clay, and peaty sediments. In summer 2023, the authors described two seasonal frost blisters in swampy, forested depressions on the periphery of the Charsky Sands (in the so-called thermosuffusion funnels). Oxygen and hydrogen isotopic compositions of oxygen  (δ18O) and hydrogen (δ2H) in blister ice were analyzed. It has been established that seasonal frost blisters are formed mainly due to downward freezing of the water-saturated active layer sediments, but in some cases, ice was formed as well due to upward freezing from the lower boundary of the active layer. The vertical distribution of the isotope values, as well as the δ2H-δ18O ratio in ice, indicates a relatively rapid freezing of water in closed system conditions during one cycle of freezing. In the ice layers sampled horizontally, very similar isotopic composition values were obtained (for example, in blister ice 1, δ18О values ranged from –17.51 to –17.32‰), which indicates consistent horizontal freezing of ice layers. The slopes of the δ2H-δ18О ratio lines for blister ice are 5.82 (blister ice 1) and 5.95 (blister ice 2). A decrease of the δ2H and δ18О values of blister ice on frost mounds with depth and a slope of the δ2H-δ18O ratio line less than 8–7.3 indicates water freezing under closed system conditions during one cycle without moisture inflow. The distribution of isotopic values in the blister ice of seasonal frost mound 2 may indicate simultaneous bilateral freezing of the water volume.

Keywords: Northern Transbaikalia, Chara basin, seasonal active layer, injected blister ice, segregated blister ice, hydrogen isotope, oxygen isotope, blister ice, seasonal frost mounds, permafrost