aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2024-70-3-391-411aari-642Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHРаспространение и динамика термоцирков на ключевом участке Центрального Ямала по материалам дистанционного зондированияSpatial distribution and dynamics of thermocirques in a key area of Central Yamal based on remote sensing datahttps://orcid.org/0000-0002-7581-731XТарасевичИ. И.TarasevichI. I.

Тюмень, Москва

Ilia I. Tarasevich

Tyumen, Moscow

ilya.tarasevich@student.msu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4634-6413ЛейбманМ. О.LeibmanM. O.

Тюмень

Marina O. Leibman

Tyumen

https://orcid.org/0000-0003-4912-1850КизяковА. И.KizyakovA. I.

Москва

Alexander I. Kizyakov

Moscow

https://orcid.org/0000-0001-7055-9852НестероваН. Б.NesterovaN. B.

Nina B. Nesterova

Potsdam

https://orcid.org/0000-0001-8855-3483ХомутовА. В.KhomutovA. V.

Тюмень

Artem V. Khomutov

Tyumen

Институт криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН; Московский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияEarth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАНРоссияEarth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский государственный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера, отделение в Потсдаме; Университет ПотсдамаГерманияAlfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research; University of PotsdamGermany202427092024703391411Copyright © Тарасевич И.И., Лейбман М.О., Кизяков А.И., Нестерова Н.Б., Хомутов А.В., 20242024Тарасевич И.И., Лейбман М.О., Кизяков А.И., Нестерова Н.Б., Хомутов А.В.Tarasevich I.I., Leibman M.O., Kizyakov A.I., Nesterova N.B., Khomutov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/642

В последние десятилетия активно исследуется процесс термоденудации, приводящий к формированию специфических форм рельефа — термоцирков. В разных регионах криолитозоны и на разных временных отрезках наблюдается как активизация, так и затухание термоцирков, при этом, как правило, рассматриваются климатические причины наблюдаемого. В настоящей статье предлагается анализ динамики термоцирков и особенностей рельефа на ключевом участке Центрального Ямала. Для этого на основе разновременных материалов дистанционного зондирования Земли рассмотрена пространственная приуроченность термоцирков к разным геоморфологическим уровням. Прослежена их динамика за 14 лет, с 2009 по 2023 г. Установлено, что суммарная площадь термоцирков на участке увеличилась на 296 %. Они развиты исключительно на склонах крутизной 5–12°. 90 % исследованных форм приурочено к склонам III аллювиально-морской равнины, а их суммарная площадь больше на склонах западной экспозиции, которые преобладают на этом уровне в пределах участка. Наибольшие средние значения площади и протяженности термоцирков, определенной как кратчайшее расстояние между бровкой и подошвой, отмечаются на склонах южной экспозиции.

Т. In recent decades, the distribution and activation of thermodenudation, which leads to the formation of specific landforms — thermocirques (also referred to as retrogressive thaw slumps, RTS), have been intensively studied. In different regions of the cryolithozone and at different time intervals, both activation and stabilization of thermocirques are observed. As a rule, studies focus on the climatic controls of the phenomena observed, the environmental controls are discussed less often. This study presents an analysis of the dynamics of thermocirques in relation to the relief features in a specific key area of Central Yamal. To achieve this aim, the spatial distribution of thermocirques at different geomorphological levels is considered based on multi-temporal remote sensing data. Satellite images obtained in 2009, 2018, and 2023, as well as a global digital elevation model (ArcticDEM), were used. We outlined five geomorphic levels and determined their parameters: area, altitude, steepness, and the aspect of the slopes. Thermocirques were identified in the images and their parameters were measured. The dynamics of the thermocirques were analyzed by their number, area, length, width, slope aspect and angle for the periods 2009–2018 and 2018–2023, and for 14 years in total, separately for each geomorphic level. It was found that thermocirques predominate on the slopes of the III alluvial-marine plain, 5–12° steep. In 14 years, the total area of thermocirques increased by 296 %, and their number — by 61 %. A larger increase in the total area and number of thermocirques occurred during the period 2009–2018 in response to climate extremes in 2012 and 2016. Thermocirques that face west cover a higher total area, partly due to the predominance of such slopes over the area of the key site. In all the years of observation, the average areas and lengths of thermocirques are maximum on south-facing slopes. Some of the results are close to those obtained in other regions of Russia and in North America. In many of the areas studied, the increase in the total area of thermocirques exceeded the increase in their number, which means that the expansion of the existing forms prevails over the inception of the new ones. The discrepancies observed in different studies in the results of assessing the effect of relief on thermocirques are due to both the regional features and differences in satellite imagery and methods of its processing.

криогенные процессымноголетнемерзлые породытермоденудациятермоциркполуостров Ямалperiglacial processespermafrostthermocirquethermodenudationYamal PeninsulaСотрудники Института криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН И.И. Тарасевич, М.О. Лейбман и А.В. Хомутов выполнили работу в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FWRZ-2021-0012). Сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова А.И. Кизяков поддержан государственным заданием «Эволюция криосферы при изменении климата и антропогенном воздействии» (#121051100164-0). Сотрудница Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера Н.Б. Нестерова поддержана стипендией DAAD (Грант #57588368)I.I. Tarasevich, M.O. Leibman, and A.V. Khomutov, researchers at the Earth Cryosphere Institute of the Tyumen Scientific Center of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, carried out the work within the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (topic No. FWRZ-2021-0012). A.I. Kizyakov, a researcher at Moscow State University, was supported by the state assignment «Evolution of the cryosphere under climate change and anthropogenic impact» (#121051100164-0). N.B. Nesterova, a researcher at the Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research, was supported by a DAAD fellowship (Grant #57588368)ReferencesВоскресенский К.С. Современные рельефообразующие процессы на равнинах Севера России. М.: Изд-во географического ф-та МГУ; 2001. 262 с.Воскресенский К.С. Современные рельефообразующие процессы на равнинах Севера России. М.: Изд-во географического ф-та МГУ; 2001. 262 с.Лейбман М.О., Кизяков А.И. Криогенные оползни Ямала и Югорского полуострова. М.: Институт криосферы земли СО РАН; 2007. 206 с.Лейбман М.О., Кизяков А.И. Криогенные оползни Ямала и Югорского полуострова. М.: Институт криосферы земли СО РАН; 2007. 206 с.Segal R.A., Lantz T.C., Kokelj S.V. Acceleration of thaw slump activity in glaciated landscapes of the Western Canadian Arctic. Environmental Research Letters. 2016;11(3):034025. https://doi.org/10.1088/1748-9326/11/3/034025Segal R.A., Lantz T.C., Kokelj S.V. Acceleration of thaw slump activity in glaciated landscapes of the Western Canadian Arctic. Environmental Research Letters. 2016;11(3):034025. https://doi.org/10.1088/1748-9326/11/3/034025Khomutov A., Leibman M., Dvornikov Yu., Gubarkov A., Mullanurov D., Khairullin R. Activation of cryogenic earth flows and formation of thermocirques in Central Yamal as a result of climate fluctuations. In: Mikoš K., Vilímek V., Yin Y., Sassa K. (eds). Advancing culture of living with landslides. WLF 2017. Cham: Springer International Publishing AG; 2017. P. 209–216. https://doi.org/10.1007/978-3-319-53483-1_24Khomutov A., Leibman M., Dvornikov Yu., Gubarkov A., Mullanurov D., Khairullin R. Activation of cryogenic earth flows and formation of thermocirques in Central Yamal as a result of climate fluctuations. In: Mikoš K., Vilímek V., Yin Y., Sassa K. (eds). Advancing culture of living with landslides. WLF 2017. Cham: Springer International Publishing AG; 2017. P. 209–216. https://doi.org/10.1007/978-3-319-53483-1_24Ramage J.L., Irrgang A.M., Herzschuh U., Morgenstern A., Couture N., Lantuit H. Terrain controls on the occurrence of coastal retrogressive thaw slumps along the Yukon Coast, Canada. Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2017;122(9):1619–1634. https://doi.org/10.1002/2017JF004231Ramage J.L., Irrgang A.M., Herzschuh U., Morgenstern A., Couture N., Lantuit H. Terrain controls on the occurrence of coastal retrogressive thaw slumps along the Yukon Coast, Canada. Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2017;122(9):1619–1634. https://doi.org/10.1002/2017JF004231Бабкина Е.А., Лейбман М.О., Дворников Ю.А., Факащук Н.Ю., Хайруллин Р.Р., Хомутов А.В. Активизация криогенных процессов на территории Центрального Ямала как следствие региональных и локальных изменений климата и теплового состояния пород. Метеорология и гидрология. 2019;4:99–109. https://doi.org/10.3103/S1068373919040083Babkina E.A., Leibman M.O., Dvornikov Yu.A., Fakashuk N.Yu, Khairullin R.R., Khomutov A.V. Activation of cryogenic processes in Central Yamal as a result of regional and local change in climate and thermal state of permafrost. Russian Meteorology and Hydrology. 2019;44(4):283–290. https://doi.org/10.3103/S1068373919040083Wang B., Paudel B., Li H. Retrogression characteristics of landslides in fine-grained permafrost soils, Mackenzie Valley, Canada. Landslides. 2009;6:121–127. https://doi.org/10.1007/s10346-009-0150-yWang B., Paudel B., Li H. Retrogression characteristics of landslides in fine-grained permafrost soils, Mackenzie Valley, Canada. Landslides. 2009;6:121–127. https://doi.org/10.1007/s10346-009-0150-ySéjourné A., Costard F., Fedorov A., Gargani J., Skorve J., Massé M., Mège D. Evolution of the banks of thermokarst lakes in Central Yakutia (Central Siberia) due to retrogressive thaw slump activity controlled by insolation. Geomorphology. 2015;241:31–40. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.03.033Séjourné A., Costard F., Fedorov A., Gargani J., Skorve J., Massé M., Mège D. Evolution of the banks of thermokarst lakes in Central Yakutia (Central Siberia) due to retrogressive thaw slump activity controlled by insolation. Geomorphology. 2015;241:31–40. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.03.033Ward Jones M.K., Pollard W.H., Jones B.M. Rapid initialization of retrogressive thaw slumps in the Canadian high Arctic and their response to climate and terrain factors. Environmental Research Letters. 2019;14(5):055006. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab12fdWard Jones M.K., Pollard W.H., Jones B.M. Rapid initialization of retrogressive thaw slumps in the Canadian high Arctic and their response to climate and terrain factors. Environmental Research Letters. 2019;14(5):055006. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab12fdSwanson D.K., Nolan M. Growth of retrogressive thaw slumps in the Noatak Valley, Alaska, 2010–2016, measured by airborne photogrammetry. Remote Sensing. 2018;10(7):983. https://doi.org/10.3390/rs10070983Swanson D.K., Nolan M. Growth of retrogressive thaw slumps in the Noatak Valley, Alaska, 2010–2016, measured by airborne photogrammetry. Remote Sensing. 2018;10(7):983. https://doi.org/10.3390/rs10070983Nitze I., Grosse G., Jones B.M., Romanovsky V.E., Boike J. Remote sensing quantifies widespread abundance of permafrost region disturbances across the Arctic and Subarctic. Nature communications. 2018;9(1):5423. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07663-3Nitze I., Grosse G., Jones B.M., Romanovsky V.E., Boike J. Remote sensing quantifies widespread abundance of permafrost region disturbances across the Arctic and Subarctic. Nature communications. 2018;9(1):5423. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07663-3Zwieback S., Kokelj S.V., Günther F., Boike J., Grosse G., Hajnsek I. Sub-seasonal thaw slump mass wasting is not consistently energy limited at the landscape scale. The Cryosphere. 2018;12(2):549–564. https://doi.org/10.5194/tc-12-549-2018Zwieback S., Kokelj S.V., Günther F., Boike J., Grosse G., Hajnsek I. Sub-seasonal thaw slump mass wasting is not consistently energy limited at the landscape scale. The Cryosphere. 2018;12(2):549–564. https://doi.org/10.5194/tc-12-549-2018Yang Y., Rogers B.M., Fiske G., Watts J., Potter S., Windholz T., Mullen A., Nitze I., Natali S.M. Mapping retrogressive thaw slumps using deep neural networks. Remote Sensing of Environment. 2023;288:113495. https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113495Yang Y., Rogers B.M., Fiske G., Watts J., Potter S., Windholz T., Mullen A., Nitze I., Natali S.M. Mapping retrogressive thaw slumps using deep neural networks. Remote Sensing of Environment. 2023;288:113495. https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113495Bernhard P., Zwieback S., Bergner N., Hajnsek I. Assessing volumetric change distributions and scaling relations of retrogressive thaw slumps across the Arctic. The Cryosphere. 2022;16(1):1–15. https://doi.org/10.5194/tc-16-1-2022Bernhard P., Zwieback S., Bergner N., Hajnsek I. Assessing volumetric change distributions and scaling relations of retrogressive thaw slumps across the Arctic. The Cryosphere. 2022;16(1):1–15. https://doi.org/10.5194/tc-16-1-2022Runge A., Nitze I., Grosse G. Remote sensing annual dynamics of rapid permafrost thaw disturbances with LandTrendr. Remote Sensing of Environment. 2022;268:112752. https://doi.org/10.1016/j.rse.2021.112752Runge A., Nitze I., Grosse G. Remote sensing annual dynamics of rapid permafrost thaw disturbances with LandTrendr. Remote Sensing of Environment. 2022;268:112752. https://doi.org/10.1016/j.rse.2021.112752Leibman M.O., Khomutov A.V., Gubarkov A.A., Dvornikov Y.A., Mullanurov D.R. The research station “Vaskiny Dachi”, Central Yamal, West Siberia, Russia — a review of 25 years of permafrost studies. Fennia. 2015;193(1):3–30. https://doi.org/10.11143/45201Leibman M.O., Khomutov A.V., Gubarkov A.A., Dvornikov Y.A., Mullanurov D.R. The research station “Vaskiny Dachi”, Central Yamal, West Siberia, Russia — a review of 25 years of permafrost studies. Fennia. 2015;193(1):3–30. https://doi.org/10.11143/45201Данилов И.Д. Плейстоцен морских субарктических равнин. М.: Изд-во МГУ; 1978. 198 с.Данилов И.Д. Плейстоцен морских субарктических равнин. М.: Изд-во МГУ; 1978. 198 с.Дубиков Г.И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. М.: ГЕОС; 2002. 246 с.Дубиков Г.И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири. М.: ГЕОС; 2002. 246 с.Esri. World Imagery Basemap. URL: https://www.arcgis.com/apps/mapviewer/index.html (accessed 17.04.2024).Esri. World Imagery Basemap. URL: https://www.arcgis.com/apps/mapviewer/index.html (accessed 17.04.2024).Porter C., Howat I., Noh M.-J., Husby E., Knuvis S., Danish E., Tomko K., Gardiner J., Negrete A., Yadav B., Klassen J., Kelleher C., Cloutier M., Bakker J., Enos J., Arnold G., Bauer G., Morin P. ArcticDEM — Strips, Version 4.1. 2022. URL: https://doi.org/10.7910/DVN/C98DVS (accessed 16.04.2024).Porter C., Howat I., Noh M.-J., Husby E., Knuvis S., Danish E., Tomko K., Gardiner J., Negrete A., Yadav B., Klassen J., Kelleher C., Cloutier M., Bakker J., Enos J., Arnold G., Bauer G., Morin P. ArcticDEM — Strips, Version 4.1. 2022. URL: https://doi.org/10.7910/DVN/C98DVS (accessed 16.04.2024).Leibman M., Nesterova N., Altukhov M. Distribution and morphometry of Ttermocirques in the north of West Siberia, Russia. Geosciences. 2023;13(6):167. https://doi.org/10.3390/geosciences13060167Leibman M., Nesterova N., Altukhov M. Distribution and morphometry of Ttermocirques in the north of West Siberia, Russia. Geosciences. 2023;13(6):167. https://doi.org/10.3390/geosciences13060167Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 год. URL: https://www.meteorf.gov.ru/upload/pdf_download/doklad_klimat2020.pdf (дата обращения: 11.06.2024).Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 год. URL: https://www.meteorf.gov.ru/upload/pdf_download/doklad_klimat2020.pdf (дата обращения: 11.06.2024).Тарасевич И.И., Письменюк А. А., Нестерова Н. Б., Хайруллин Р. Р. Комплексные исследования термоцирков на Центральном Ямале по данным дистанционных и полевых наблюдений. В кн.: Материалы XXII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, с международным участием в г. Нерюнгри, посвященной 30-летнему юбилею Технического института (филиала) СВФУ им. М.К. Аммосова, 28–29 октября 2022 г. Якутск; 2021. С. 170–175. https://doi.org/10.52994/9785751333737_042Тарасевич И.И., Письменюк А. А., Нестерова Н. Б., Хайруллин Р. Р. Комплексные исследования термоцирков на Центральном Ямале по данным дистанционных и полевых наблюдений. В кн.: Материалы XXII Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, с международным участием в г. Нерюнгри, посвященной 30-летнему юбилею Технического института (филиала) СВФУ им. М.К. Аммосова, 28–29 октября 2022 г. Якутск; 2021. С. 170–175. https://doi.org/10.52994/9785751333737_042Стрелецкая И.Д., Лейбман М.О. Криогеохимическая взаимосвязь пластовых льдов, криопэгов и вмещающих их отложений Центрального Ямала. Криосфера Земли. 2002;33(12):15–24.Streletskaya I.D., Leibman M.O. Сryogeochemical interrelation of massive ground ice, cryopegs, and enclosing deposits of Сentral Yamal. Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2002;33(12):15– 24. (In Russ.)Архив погоды в Марресале. URL: https://rp5.ru/Архив_погоды_в_Марресале (дата обращения: 02.07.2024)Архив погоды в Марресале. URL: https://rp5.ru/Архив_погоды_в_Марресале (дата обращения: 02.07.2024)Хомутов А.В., Бабкина Е.А., Хайруллин Р.Р., Дворников Ю.А. Факторы активизации термоденудации и активность термоцирков на Центральном Ямале в 2010–2018 гг. Проблемы Арктики и Антарктики. 2024;70(2):222–237. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-2-222-237Khomutov A.V., Babkina E.A., Khairullin R.R., Dvornikov Yu.A. Factors of thermal denudation activation and thermocirques activity on central Yamal in 2010–2018. Arctic and Antarctic Research. 2024;70(2):222–237. (In Russ.). https://doi.org/10.30758/0555-2648-2024-70-2-222-237Нестерова Н.Б., Хомутов А.В., Лейбман М.О., Сафонов Т.А., Белова Н.Г. Инвентаризация термоцирков на Севере Западной Сибири по данным мозаики спутниковых снимков 2016–2018 годов. Криосфера Земли. 2021;25(6):41–50. https://doi.org/10.15372/KZ20210604Nesterova N.B., Khomutov A.V., Leibman M.O., Safonov T.A., Belova N.G. The inventory of retrogressive thaw slumps (thermocirques) in the north of West Siberia based on 2016–2018 satellite imagery mosaic. Earth’s Cryosphere. 2021;25(6):34–41. https://doi.org/10.15372/KZ20210604Максимов В.В. Итоги многолетних наблюдений за термоденудацией бортов карьеров в отложениях ледового комплекса. Методы изучения криогенных физико-геологических процессов. Сб. науч. тр. М.: ВСЕГИНГЕО; 1992. С. 60–71.Максимов В.В. Итоги многолетних наблюдений за термоденудацией бортов карьеров в отложениях ледового комплекса. Методы изучения криогенных физико-геологических процессов. Сб. науч. тр. М.: ВСЕГИНГЕО; 1992. С. 60–71.Пижанкова Е.И. Термоденудация в береговой зоне Ляховских островов (результаты дешифрирования аэрокосмических снимков). Криосфера Земли. 2011;15(3):61–70.Pizhankova E.I. Termodenudation in the coastal zone of the Lyakhovsky Islands (interpretation of aerospace images). Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2011;15(3):61–70. (In Russ.)Kokelj S.V., Lantz T.C., Kanigan J., Smith S.L., Coutts R. Origin and polycyclic behaviour of Tundra thaw slumps, Mackenzie delta region, Northwest Territories, Canada. Permafrost and periglacial processes. 2009;20(2):173–184. https://doi.org/10.1002/ppp.642Kokelj S.V., Lantz T.C., Kanigan J., Smith S.L., Coutts R. Origin and polycyclic behaviour of Tundra thaw slumps, Mackenzie delta region, Northwest Territories, Canada. Permafrost and periglacial processes. 2009;20(2):173–184. https://doi.org/10.1002/ppp.642Lewkowicz A.G. Nature and importance of thermokarst processes, sand hills moraine, Banks island, Canada. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. 1987;69(2):321–327. https://doi.org/10.1080/04353676.1987.11880218Lewkowicz A.G. Nature and importance of thermokarst processes, sand hills moraine, Banks island, Canada. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography. 1987;69(2):321–327. https://doi.org/10.1080/04353676.1987.11880218

The authors declare that there are no conflicts of interest present.