Большая вода в Арктике: половодье и наводнение

Фото Игоря Георгиевского, GeoPhoto.ru

Половодье или наводнение

Климатические изменения в северных широтах нашей планеты, в том числе в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ), всё чаще заставляют говорить об угрозе наводнений как о крайних проявлениях половодий. В отличие от паводков, возникающих, как правило, вследствие продолжительных ливневых осадков в летнее время, половодья возникают весной и носят сезонный и регулярный характер. Как раньше было принято считать, причин у наводнения во время половодья две: избыточный объём воды в реке и ледовые заторы на ней. Объём воды можно спрогнозировать, но очень приблизительно, поскольку площади бассейнов некоторых арктических и субарктических рек огромны и составляют до 1 млн. кв. км. Более того, высоту снежного покрова и его плотность в труднодоступных районах измерить практически невозможно. А именно их произведение даёт объём при классических расчётах. Второй предвестник наводнения – ледовые заторы – спрогнозировать ещё сложнее. Затор представляет собой скопление льда в русле реки, ограничивающее её течение. В результате уровень воды поднимается и происходит залив прилегающих низин. Затор возникает при скоростях течения воды свыше 2 км/ч. Они образовываются на реках, вскрывающихся вниз по течению, под влиянием формирующегося в верхней части бассейна реки избыточного давления. Это как раз свойственно рекам Сибири и АЗРФ, протекающим с юга на север. Заторы образуются при столкновении больших объёмов льда с естественными и искусственными препятствиями, такими как излучина или сужение русла реки, острова, плавники (плавающие в реке деревья) и т.п. Для образования затора необходимы и определённые температурные условия, а именно – резкое понижение температуры воздуха в районе вскрытия реки. Наиболее распространены заторы торошения. Они формируются при интенсивном подъёме уровня реки, когда после образования трещин вдоль её берегов ледяной покров разламывается на отдельные льдины. В результате их столкновения одни льдины наползают на другие, затем они примерзают друг к другу и превращаются в торосы.

Затор торошения. Фото: Полиграф, fishki.net

Наиболее разрушительные наводнения характерны для субарктических регионов, формально не относящихся к АЗРФ. Так, в мае 2001 года было зафиксировано первое сильнейшее в современной истории наводнение в Якутии, в результате которого сильно пострадал город Ленск и исчезли сёла Бордой (Томпонской улус) и Салдыкель (Ленский улус). Уровень воды поднимался до 20 метров. Столицу республики тогда спасла срочно укреплённая дамба, а для вскрытия льда были впервые задействованы фронтовые бомбардировщики Су-24. Паводки с разрушениями и пострадавшими были зафиксированы в 2007, 2010, 2013 и 2018 годах. При этом ещё в 2010 году было отмечено, что причиной паводка стали не столько заторы, как в 1998 и 2001 годах, сколько «аномальные природные явления». По словам тогдашнего руководства республики, «в верховьях реки Лены накопилось большое количество снега при минимальной толщине льда, тогда как ниже по течению реки, в центральных районах республики, например, в Хангаласском улусе, ситуация была противоположной – минимальные накопления снега при максимальной толщине льда.» А вот в 2020 году разрушительного паводка, к счастью, не случилось. При этом, именно 20 июня 2020 года на одном из полюсов холода Северного полушария – в Верхоянске – была зафиксирована рекордная температура +38°С. 

Отчего растёт температура

В целом, 2020 год стал вторым рекордно тёплым за всю историю наблюдений в Арктике. Температура здесь росла быстрее, чем где бы то ни было на земном шаре, но точного объяснения этому пока нет. Замечено, что за последние полвека Арктика теплеет в два раза быстрее, чем остальной мир. К 2030 году Северный Ледовитый океан может полностью освободиться ото льда в летнее время года, а к 2050 лёд может и вовсе исчезнуть из его акватории. Как отмечает российский исследователь Арктики академик Леопольд Лобковский, сотрудник Института океанологии РАН, наблюдались два пика потепления – с 1920-х по 1940-е и с 1980-х по настоящее время. Однако эти пики сложно связать исключительно с выбросами парниковых газов антропогенного характера поскольку они коррелируют с общим трендами на глобальное повышение температуры. 

Учёный считает, что дело в каком-то природном механизме. По его мнению, причиной могла послужить серия землетрясений. Их источник расположен на Алеутской дуге, в 2-3 тыс. км. от Скверного Ледовитого океана. Здесь проходит зона субдукции, где одна тектоническая плита подныривает под другую, примерно так же, как ведёт себя лёд во время речных заторов. Крупнейшие землетрясения с магнитудой более 8 баллов произошли на Алеутах в конце 19-го – начале 20-го веков. Через некоторое время началась первая волна аномального потепления в Арктике. Ещё одна серия мощнейших толчков произошла между 1957 и 1965 годом, также вызвавшая через определённое время повышение арктической температуры. Энергетические волны, вызванные землетрясениями, могли способствовать образованию на арктическом дне трещин, приведших к высвобождению большого количества метана из шельфовых газовых гидратов, что усилило парниковый эффект в регионе и, как следствие, ускорило потепление. Как поясняет академик «возможно, это связано с тем, что во вторую фазу, начиная с 1980 года, эффективно заработала обратная положительная связь климатической системы, обусловленная значительным уменьшением площади ледового покрова Арктики, особенно начиная со второй половины нулевых. Это привело к уменьшению альбедо арктического региона и, соответственно, к его дополнительному нагреву». В 1986-м и 1996-м на Алеутской дуге наблюдались новые сильные толчки, которые добавили выбросов метана после 2006 и 2016 годов.

Согласно «Обзору гидрометеорологических процессов», подготовленному Арктическим и антарктическим научно-исследовательским институтом, средняя температура воздуха в АЗРФ в 2021 году повысилась на 2,9°С. Но при этом превышение нормы было на 1,1°С ниже, чем в 2020 году, а температура воздуха по трассе Северного морского пути и вовсе снизилась на те же 2,9°С: с 4,9°С в 2020 году до 2°С в 2021 году. То есть речь идёт о процессе, имеющем волновой характер. Это частично подтверждается результатами недавних исследований физиков Санкт-Петербургского государственного университета, согласно которым, в атмосфере происходят глобальные колебания ключевых параметров (давление, плотность, температура, скорость ветра), так называемые «планетарные волны». По их мнению, подобные «приливы» и «отливы» могут длиться до 30 дней. Учёные СПбГУ с помощью методов математического моделирования исследовали влияние на глобальную циркуляцию атмосферы ряда планетарных волн с периодами от 3 до 16 суток. Особое внимание было уделено планетарной волне длительностью 16 суток, которая регулярно наблюдается в атмосфере, усиливаясь в зимний период, особенно в северном полушарии. Такие волны исследовали и раньше, с помощью данных, получаемых со спутников и радаров, однако ранее никто не оценивал вклад именно шестнадцатисуточной волны в изменение скорости ветра и температуры на планете. Результаты многочисленных экспериментов показали, что возмущения, вызванные такими волнами, могут вести к волнообразным экстремальным потеплениям и похолоданиям, особенно в Арктике.

В целом, спутники давно используются для мониторинга и прогнозирования природно-климатических изменений на планете, в том числе специализированные GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), изучающие изменения гравитационного поля Земли и связанные с ними процессы изменения климата. В частности, с высокой точностью было измерено таяние ледников Гренландии. По данным спутников, накопленным за 15 лет, ледниковый покров этого арктического острова ежегодно терял 240 гигатонн своей массы, что выразилось в повышении уровня моря примерно на 0,7 мм в год. Полученные данные были использованы учёными и для приблизительного расчета общей массы воды в речных бассейнах Сибири. Оказалось, что, в отличие от других северных рек, в некоторых притоках Лены количество воды каждый год увеличивается. К возможным причинам относят увеличение толщины слоя сезонного протаивания и содержания воды в нём. Увеличение водонасыщенности почвы подтверждается и результатами исследований группы учёных Уральского федерального университета, которые зафиксировали в том же 2020 году максимальную глубину протаивания вечной мерзлоты на Южном Ямале, причиной которого стала многоснежная зима и ранняя весна. То есть раннее таяние снегов позволило солнечным лучам интенсивней нагревать почву. По словам директора ботанического сада названного университета Виктора Валдайских, «за девятилетний срок наблюдений на Южном Ямале мы фиксируем устойчивую тенденцию к увеличению глубины сезонно-протаивающего слоя почвы. Мягкая и многоснежная зима, ранняя весна и тёплое лето 2020 года привели к тому, что глубина протаивания в конце тёплого сезона оказалась максимальной за последние годы, а скорее всего, и за всё время наблюдений за этим показателем». В целом, согласно исследованию, результаты которого были опубликованы в журнале Scientific Reports, арктическая весна теперь приходит на 16 дней раньше, чем 10 лет назад. Любопытный факт: если двигаться к северу от экватора, весна стала приходить в среднем на 4 дня раньше на каждые 10 градусов широты.

Цена большой воды

АЗРФ огромна по протяжённости, и половодья в регионах происходят по-разному. Например, в заполярном Мурманске в конце мая 2020 года с объёмом талых вод не справилась река Роста и в зоне затопления оказалась городская промзона. В Полярных Зорях на кладбище паводковые воды заполнили свежевыкопанные могилы. Вышедшие из берегов водоёмы перекрыли федеральные трассы. 

Фото: ИА СеверПост.RU

Серьёзным ударом стихии стало повреждение опоры железнодорожного моста через Колу. Уровень воды в реке побил исторический максимум за дюжину лет наблюдения. Сильнейший напор воды сдвинул одну из опор, и город остался без прямого железнодорожного сообщения. Пассажиров из Мурманска доставляли до станции «Выходной» автобусами, где они пересаживались в поезда. Как сообщили власти региона, одной из причин такого развития событий стало отсутствие своевременного ремонта фундамента моста, который не ремонтировали с момента его постройки в 1930-м году.

Отсюда напрашивается вывод: половодья и наводнения как их крайние проявления неизбежны. Более того, их частота и сила могут увеличиваться. Следовательно, необходимо предпринимать меры по минимизации их возможного воздействия. В некоторый арктических странах, например, в Канаде, также взрывают лёд на реках (после согласования с рыбинспекцией), но считают, что существенную часть финансирования целесообразней потратить на ликвидацию последствий наводнений, а не на их предотвращение. Этому есть своё объяснение. В той же Канаде, в отличие от СССР, транспортная инфраструктура, в том числе мосты, ремонтировались регулярно, а практически 100% домовладений застрахованы. Россия же, как преемница Советского Союза, получила непростое наследство. В 80-е годы, с крушением социалистических идеалов, начался серьёзный экономический спад. И дело тут не только в изматывающей гонке вооружений. Например, в совхозах все работники исправно получали зарплату, при этом работали с нормальной производительностью не более половины, а реально выкладывались максимум 5%, на которых смотрели, как на дураков. Поэтому в бюджете было всё меньше и меньше денег, в том числе на поддержание инфраструктуры в нормативном состоянии. Страна начала проедать сама себя. Но наибольшие просчёты были допущены в 30-е – 50-е годы ХХ века при проектировании (если оно вообще имело место быть) новых поселений Сибири для депортированных из других регионов, коллективизации и последующего принуждения коренного населения к оседлому образу жизни. Зачастую они строились в низинах, в непосредственной близости от рек. До 80-х годов, то есть до начала очередной волны потепления, проблем в виде наводнений не было, зато сейчас прежние ошибки сказываются в полной мере. К слову, сохранившиеся до наших дней сибирские дореволюционные поселения таких проблем не имеют. В итоге, федеральному центру и регионам современной России, подверженным наводнениям, приходится тратить огромные средства на их предотвращение, а также на компенсации пострадавшему населению, поскольку привычки добровольно страховать свою недвижимость нет. А ведь оно не такое уж и обременительное. Например, ежегодный платёж за страхование дома стоимостью 1 млн. руб. в той же Якутии чуть превысит 8 тыс. руб.      

Прогнозы на половодье 

Прогнозы касательно половодья сезона 2023 года у разных специалистов могут отличаться. Так, например, сложную ситуацию с половодьем в этом мае в районах, где протекают сибирские реки Обь, Енисей и Лена, в 20-х числах апреля спрогнозировал научный руководитель Гидрометцентра России Роман Вильфанд. Прогнозы касательно Лены подтверждает Якутский Гидрометцентр, сообщая, что Лена начнет освобождаться ото льда в пределах Ленского и Олекминского районов 8-15 мая. Ледоход на реках севера и северо-востока республики будет наблюдаться в третьей декаде мая, а в устьях рек – в начале июня. В Якутске уровень воды не должен превысить 800 мм, при опасной отметке 827 мм, но если допустить образование заторов, то появится угроза возникновения закритических показателей. Частично в зону подтопления попадают 326 частных домов в девяти населённых пунктах: Якутск, Табага, Хатассы, Пригородное, Даркылах, Сырдах, Тулагино, Капитоновка и Кангалассы. При этом и.о. руководителя администрации Обского бассейна внутренних водных путей Павел Мешков в конце марта сообщил, что «по прогнозу Западно-Сибирского УГМС, максимальные уровни весеннего половодья на реках Оби ожидаются около или ниже нормы на 30-50 см. Говорить о полноводном периоде и глобальном половодье не приходится».

Касательно арктических и субарктических территорий консолидированный прогноз ФГБУ «Гидрометцентр России» по состоянию на середину марта 2023 года был следующий.   

Значительные запасы снега наблюдаются в среднем и нижнем течении Лены, Алдана, Амги, Яны, в бассейнах рек Анабар и Оленёк. На остальной территории Якутии запасы воды в снежном покрове около и ниже нормы. На большей части территории Магаданской области запасы воды в снежном покрове составили 60-110% от нормы. Согласно прогнозу, в третьей декаде мая вскроются устьевые участки Оби, нижнее течение Енисея (до Игарки), р. Оленёк, верхнее и среднее течение рек Яна, Индигирка, Колыма. Произойдёт вскрытие реки Анадырь и других рек южной половины Чукотского автономного округа (около нормы или до четырёх дней раньше нормы в Анадырском районе, около нормы или на 2-7 дней раньше нормы в Билибинском районе).

В первой декаде июня вскроются Енисей ниже Игарки, а также низовья и устьевые участки Лены, Яны, Индигирки и Колымы.

Ожидаемые сроки вскрытия ото льда рек России по прогнозу ФГБУ «Гидрометцентр России».

Формирование опасных заторов льда возможно при вскрытии рек Ямало-Ненецкого автономного округа (в т.ч. Оби, Надыма, Пура, Таза); реки Лена в пределах Ленского, Олекминского, Хангаласского, Намского, Кобяйского районов и Якутска; реки Алдан в пределах Усть-Майского и Томпонского районов; реки Амга в Амгинском и Таттинском районах; реки Колыма в Среднеколымском районе; реки Тауй (участок с. Талон – с. Балаганное) Магаданской области; рек Анадырь, Майн (Анадырский район) и Малый Анюй (Билибинский район) Чукотского автономного округа.

   Ожидаемые места формирования опасных заторов льда по прогнозу ФГБУ «Гидрометцентр России».

Половодья выше нормы прогнозируются в центральных районах Якутии и на Чукотке, а именно: в среднем течении реки Лена, в бассейнах рек Амги и Алдана (на 1,0-1,5 м) и на реках Анадырского района Чукотского автономного округа. Преимущественно близкими к норме или несколько выше её ожидаются максимальные уровни половодья в бассейне Верхней Оби, в верховьях Енисея, на реках Магаданской области.

Прогноз ФГБУ «Гидрометцентр России» касательно максимальных уровней воды весеннего половодья на реках России в 2023 году.

В итоге, в случае формирования мощных заторов льда возможны подтопления низинных участков населённых пунктов, хозяйственных объектов, автодорог и мостов на р. Северная Двина в районе с. Красноборск и д. Орлецы, в рукавах Холмогорского разветвления, в устьевой области и в дельте Северной Двины (Архангельская область); подтопление низинных прибрежных участков населённых пунктов, хозяйственных построек в бассейне реки Кола в пределах Кольского района, а также подтопление автодороги Кандалакша –Умба – Варзуга (Мурманская область); подтопления населённых пунктов на реке Лена в пределах Ленского, Олекминского, Хангаласского, Намского, Кобяйского районов, а также в пригороде Якутска, на реке Алдан в пределах Усть-Майского и Томпонского районов, на реке Амга в Амгинском и Таттинском районах и на реке Колыме в Среднеколымском районе (Якутия), а также подтопление поймы рек Анадырь у села Марково и у села Усть-Белая, Майн у с. Ваеги и М. Анюй у с. Илирней (Чукотский автономный округ).

Прогноз ФГБУ «Гидрометцентр России» касательно подтоплений населённых пунктов в период прохождения пиков половодья 2023 года.

Как известно, последствия наводнений могут носить катастрофический характер. Они могут стать причиной гибели людей, домашних и диких животных, разрушить или сделать непригодными к дальнейшей эксплуатации здания и сооружения. Помимо этого, в местах затоплений могут вскрываться скотомогильники и прочие объекты особого санитарного режима. Вместе с тем, достоверно прогнозировать «большую воду» даже в относительно спокойной в этом отношении АЗРФ очень непросто. Необходимо учитывать множество факторов, таких как температура воздуха, солнечная инсоляция, скорости ветра и течения рек, землетрясения, вулканы и другие малоизученные глобальные и вселенские процессы, включая изменение наклона земной оси и гравитационные волны, а также их взаимодействие. 

Автор: Владимир Тишак, специально для GoArctic.