aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2026-72-2-199-220aari-856Research ArticleГИДРОЛОГИЯ СУШИ И ГИДРОХИМИЯHYDROLOGY OF LAND AND HYDROCHEMISTRYСток воды, наносов и растворенных веществ в период снеготаяния в активно растущем овраге на побережье моря ЛаптевыхWater, sediment, and dissolved substances runoff during snowmelt in an actively growing gully on the Laptev Sea coasthttps://orcid.org/0000-0003-2001-8147ТарбееваА. М.TarbeevaA. M.

Москва

Moscow

amtarbeeva@geogr.msu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9310-1836ШамовВ. В.ShamovV. V.

Якутск

Владивосток

Moscow

Yakutsk

https://orcid.org/0000-0002-7498-9902ЛебедеваЛ. С.LebedevaL. S.

Якутск

Yakutsk

Московский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationИнститут мерзлотоведения им. П.И. Мельникова CO РАН; Тихоокеанский институт географии ДВО РАНРоссияLomonosov Moscow State University; Melnikov Permafrost InstituteRussian FederationИнститут мерзлотоведения им. П.И. Мельникова CO РАНРоссияMelnikov Permafrost InstituteRussian Federation202609072026722199220Copyright © Тарбеева А.М., Шамов В.В., Лебедева Л.С., 20262026Тарбеева А.М., Шамов В.В., Лебедева Л.С.Tarbeeva A.M., Shamov V.V., Lebedeva L.S.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/856

Для выявления взаимосвязей между динамикой оврага, оттаиванием почвы, стоком воды, наносов и растворенных веществ были проведены наблюдения во время половодья в активно растущем овраге вблизи пос. Тикси. В начале половодья скопление снега в овраге задерживает сток воды и наносов, защищает борта оврага от оттаивания, регулирует температуру воды. На пике половодья малая глубина оттаивания почвы приводит к концентрации поверхностного стока по ложбинам, способствуя росту узкой вершины оврага и размыву дна. По мере оттаивания почвы вода начинает фильтроваться в оттаивающем слое, что приводит к росту ее минерализации. Разгрузка фильтрующихся надмерзлотных вод вдоль бровки оврага способствует увлажнению, оттаиванию и оплыванию отложений на его бортах. После схода снега с водосбора и прохождения пика половодья сохраняющийся в овраге снег становится основным источником питания овражного водотока, способствуя снижению минерализации и охлаждению воды. Однако на фоне снижения расходов воды мощности овражного водотока оказывается недостаточно для выноса поступающего с бортов материала, который откладывается в днище и на конусе выноса. За период половодья из оврага было вынесено 6,4 т наносов, из которых 53 % поступили с водосбора и 47 % из самого оврага. 30 % вынесенных из оврага наносов осели на конусе выноса. Доля органического вещества в составе наносов изменялась от 11 до 80 %, существенно возрастая при малых значениях общей мутности, и в среднем за половодье составила 14 % от стока взвешенных наносов. Вынос растворенных веществ из оврага составил 0,8 т, около 95 % из которых поступили с водосбора.

To identify the relationships between gully dynamics, snowmelt, soil thaw, runoff of water, sediment, and dissolved solids, observations were conducted during a snowmelt in a small catchment near the Tiksi settlement (Arctic Siberia). At the onset of the flood, snow filling the gully impedes water runoff, slowing the thawing of the gully sides and sediment supply to the watercourse. The shallow depth of soil thaw facilitates the concentration of surface flow in hollows, the growth of the narrow gully head, and the erosion of the bed. After the snow has melted from the catchment area and the flood peak has passed, the snow remaining in the gully becomes the main source of stream water, reducing mineralization and cooling of the water. Less than half of the suspended sediment passing through the gully mouth originated within the gully itself; most of it was transported from the catchment area. About 30 % of the removed sediment was deposited immediately downstream of the gully. Suspended organic matter accounted for approximately 14 % of the total suspended sediment discharge during the flood. Over 95 % of the dissolved solids discharge is generated in the catchment area and is determined by processes occurring there; only 5 % comes from the gully itself. The chemical composition of the stream water changes as snow melts and the soil in the catchment thaws. Calcium, magnesium, sodium, and sulfate ions are elevated at the very beginning of snowmelt; their concentrations decrease with increasing water flow, and then begin to increase again with soil thawing. Potassium and chloride ions have maximum concentrations at the beginning of the flow, which then decline. Bicarbonate and ammonium ions show no discernible trend. The active influx of sediment and organic matter released by intensified erosion due to permafrost degradation is limited by the frozen state of the sediments and snow filling the gully at the onset of the flood, and by the insufficient transport capacity of the stream during the subsequent warm period, leading to their accumulation. This inhibits downstream sediment transport under conditions of intensified exogenous processes driven by climate change.

овражная термоэрозиявзвешенные наносыионный паводокдинамика оврагатоннельная эрозиясезонное оттаиваниеповерхностный стокнадмерзлотный стоквзвешенное органическое веществоснег в оврагеgully thermal erosionsuspended sedimentsalt dilution gauginggully dynamicstunnel erosionseasonal thawingsurface runoffsuprapermafrost runoffsuspended organic mattersnow in the gullyИсследование выполнено по планам НИР (ГЗ) научно-исследовательской лаборатории эрозии почв и русловых процессов географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова «Эрозионно-русловые системы: гидрологический режим, природно-антропогенные трансформации и прогноз опасных проявлений» и в рамках Программы фундаментальных научных исследований ИМЗ СО РАН № 126020516689-6 «Подземные воды криолитозоны, особенности их взаимодействия с поверхностными водами и мерзлыми породами».The work was carried out according to the State Task of the Makkaveev Laboratory of Soil Erosion and Fluvial Processes at Moscow State University “Erosion-channel systems: hydrological regime, natural and anthropogenic transformations, and forecast of hazardous processes” and within the Fundamental Scientific Research Program of the Melnikov Permafrost Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences No. 126020516689-6 “Groundwater of the cryolithozone, features of their interaction with surface waters and frozen rocks”.ReferencesLafrenière M.J., Lamoureux S.F. Effects of changing permafrost conditions on hydrological processes and fluvial fluxes. Earth-Science Reviews. 2019;191:212–223. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.02.018Lafrenière M.J., Lamoureux S.F. Effects of changing permafrost conditions on hydrological processes and fluvial fluxes. Earth-Science Reviews. 2019;191:212–223. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.02.018Bowden W.B., Gooseff M.N., Balser A., Green A., Peterson B.J., Bradford J. Sediment and nutrient delivery from thermokarst features in the foothills of the North Slope, Alaska: Potential impacts on headwater stream ecosystems. Journal of Geophysical Research. 2008;113 (G02026). https://doi.org/10.1029/2007JG000470Bowden W.B., Gooseff M.N., Balser A., Green A., Peterson B.J., Bradford J. Sediment and nutrient delivery from thermokarst features in the foothills of the North Slope, Alaska: Potential impacts on headwater stream ecosystems. Journal of Geophysical Research. 2008;113 (G02026). https://doi.org/10.1029/2007JG000470Gooseff M.N., Balser A., Bowden W.B., Jones J.B. Effects of hillslope thermokarst in Northern Alaska. Eos. 2009;90(4):29–36.Gooseff M.N., Balser A., Bowden W.B., Jones J.B. Effects of hillslope thermokarst in Northern Alaska. Eos. 2009;90(4):29–36.Rowland J.C., Jones C.E., Altmann G., et al. Arctic landscapes in transition: responses to thawing permafrost. Eos. 2010;91(26):229–236.Rowland J.C., Jones C.E., Altmann G., et al. Arctic landscapes in transition: responses to thawing permafrost. Eos. 2010;91(26):229–236.Zhang T., Li D., East A.E., Walling D.E., Lane S., Overeem I., Beylich A.A., Koppes M., Lu X. Warming-driven erosion and sediment transport in cold regions. Nature Reviews Earth & Environment. 2022;3:832–851. https://doi.org/10.1038/s43017-022-00362-0Zhang T., Li D., East A.E., Walling D.E., Lane S., Overeem I., Beylich A.A., Koppes M., Lu X. Warming-driven erosion and sediment transport in cold regions. Nature Reviews Earth & Environment. 2022;3:832–851. https://doi.org/10.1038/s43017-022-00362-0Тарбеева А.М., Ефремов В.С., Лебедева Л.С., Шамов В.В. Эрозионные процессы на малых тундровых водосборах севера Якутии (район дельты р. Лены). Криосфера Земли. 2023;27(3):15–30. https://doi.org/10.15372/KZ20230302Tarbeeva A.M., Efremov V.S., Lebedeva L.S., Shamov V.V. Erosional processes in small tundra catchments in the north of Yakutia. Earth’s Cryosphere. 2023;3:14–27. https://doi.org/10.15372/KZ20230302Tarbeeva A., Tikhonravova Y., Lebedeva L., Kut A., Shamov V. Causes and processes of thermo-erosional gully initiation near Tiksi settlement, arctic Eastern Siberia. Permafrost and Periglacial Processes. 2024;35(3):357–372. https://doi.org/10.1002/ppp.2229Tarbeeva A., Tikhonravova Y., Lebedeva L., Kut A., Shamov V. Causes and processes of thermo-erosional gully initiation near Tiksi settlement, arctic Eastern Siberia. Permafrost and Periglacial Processes. 2024;35(3):357–372. https://doi.org/10.1002/ppp.2229Godin E., Fortier D. Geomorphology of a thermo-erosion gully, Bylot Island, Nunavut, Canada. Canadian Journal of Earth Sciences. 2012;49:979–986. https://doi.org/10.1139/e2012-015Godin E., Fortier D. Geomorphology of a thermo-erosion gully, Bylot Island, Nunavut, Canada. Canadian Journal of Earth Sciences. 2012;49:979–986. https://doi.org/10.1139/e2012-015Beel C. R., Lamoureux S.F., Orwin J.F. Fluvial response to a period of hydrometeorological change and landscape disturbance in the Canadian High Arctic. Geophysical Research Letters. 2018;45. https://doi.org/10.1029/2018GL079660Beel C. R., Lamoureux S.F., Orwin J.F. Fluvial response to a period of hydrometeorological change and landscape disturbance in the Canadian High Arctic. Geophysical Research Letters. 2018;45. https://doi.org/10.1029/2018GL079660Сидорчук А.Ю., Баранов А.В. (ред). Эрозионные процессы центрального Ямала. СПб.: РНИИ Культурного и природного наследия; 1999. 350 с.Сидорчук А.Ю., Баранов А.В. (ред). Эрозионные процессы центрального Ямала. СПб.: РНИИ Культурного и природного наследия; 1999. 350 с.Сидорчук А.Ю. Антропогенная овражная эрозия и термоэрозия в западной части центрального Ямала. Геоморфология. 2000;3:95–103.Sidorchuk A.Y. Human-induced gully erosion and thermoerosion in the west part of Central Yamal. Geomorfologiya = Geomorphology. 2000;3:95–103. (In Russ.).Познанин В.Л. Влияние снежного покрова на некоторые криогенные процессы в зоне БАМ. Материалы гляциологических исследований. 1986;56:125–128.Познанин В.Л. Влияние снежного покрова на некоторые криогенные процессы в зоне БАМ. Материалы гляциологических исследований. 1986;56:125–128.Познанин В.Л. Льдообразование в процессе развития овражной термоэрозии. Материалы гляциологических исследований. 1988;64:53–58.Познанин В.Л. Льдообразование в процессе развития овражной термоэрозии. Материалы гляциологических исследований. 1988;64:53–58.Chalov S., Prokopeva K., Efimov V., Ivanov V., Koffi B., Botavin D., Babinski Z., Zimov N., Pavlyukevich E., Habel M. Implications of Yedoma bank outcrop on the Arctic river sediment transport. Scientific Reports. 2025;15:19320. https://doi.org/10.1038/s41598-025-02614-7Chalov S., Prokopeva K., Efimov V., Ivanov V., Koffi B., Botavin D., Babinski Z., Zimov N., Pavlyukevich E., Habel M. Implications of Yedoma bank outcrop on the Arctic river sediment transport. Scientific Reports. 2025;15:19320. https://doi.org/10.1038/s41598-025-02614-7Konstantinov P., Basharin N., Fedorov A., Iigima Y., Andreeva V., Semenov V., Vasiliev N. Impact of climate change on the ground thermal regime in the lower Lena region, Arctic Central Siberia. Land. 2023;12(1):19. https://doi.org/10.3390/land12010019Konstantinov P., Basharin N., Fedorov A., Iigima Y., Andreeva V., Semenov V., Vasiliev N. Impact of climate change on the ground thermal regime in the lower Lena region, Arctic Central Siberia. Land. 2023;12(1):19. https://doi.org/10.3390/land12010019Белозерова Е.В., Чалов С.Р. Определение мутности речных вод оптическими методами. Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2013;6:39–45.Belozerova E.V., Chalov S.R. Assessment of river water turbidity using the optic methods. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya.= Bulletin of Moscow University. Series 5: Geography. 2013;6:39–45. (In Russ.).Тананаев Н.И., Лебедева Л.С. Органическая составляющая взвешенного вещества малых водотоков Енисейского Севера в летне-осенний период. География и природные ресурсы. 2018;2:87–95. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2018-2(87-95)Tananaev N.I., Lebedeva L.S. The organic component of particulate matter in small streams of the Northern Yenisei region during the summer-autumn period. Geography and Natural Resources. 2018;39(2):140–147. https://doi.org/10.1134/S1875372818020063Woo M-К. Hydrology of a drainage basin in the Canadian High Arctic. Annals of the Association of American Geographers. 1983;73(4):577–596.Woo M-К. Hydrology of a drainage basin in the Canadian High Arctic. Annals of the Association of American Geographers. 1983;73(4):577–596.Favaro E.A., Lamoureux S.F. Downstream patterns of suspended sediment transport in a High Arctic river influenced by permafrost disturbance and recent climate change. Geomorphology. 2015;246:359–369. https://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.06.038Favaro E.A., Lamoureux S.F. Downstream patterns of suspended sediment transport in a High Arctic river influenced by permafrost disturbance and recent climate change. Geomorphology. 2015;246:359–369. https://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.06.038McDonald D.M., Lamoureux S.F. Hydroclimatic and channel snowpack controls over suspended sediment and grain size transport in a High Arctic catchment. Earth Surface Processes and Landforms. 2009;34:424–436. https://doi.org/10.1002/esp.1751McDonald D.M., Lamoureux S.F. Hydroclimatic and channel snowpack controls over suspended sediment and grain size transport in a High Arctic catchment. Earth Surface Processes and Landforms. 2009;34:424–436. https://doi.org/10.1002/esp.1751Costa D., Sexstone G.A., Pomeroy J.W., Campbell D.H., Clow D.W., Mast A. Preferential elution of ionic solutes in melting snowpacks: Improving process understanding through field observations and modeling in the Rocky Mountains. Science of the Total Environment. 2020;710(136273). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136273Costa D., Sexstone G.A., Pomeroy J.W., Campbell D.H., Clow D.W., Mast A. Preferential elution of ionic solutes in melting snowpacks: Improving process understanding through field observations and modeling in the Rocky Mountains. Science of the Total Environment. 2020;710(136273). https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136273Chen Q., Mirrielees J.A., Thanekar S., et al. Atmospheric particle abundance and sea salt aerosol influence from blowing snow and leads at an Arctic coastal tundra site. Atmospheric Chemistry and Physics. 2022;22:15263–15283. https://doi.org/10.5194/acp-22-15263-2022Chen Q., Mirrielees J.A., Thanekar S., et al. Atmospheric particle abundance and sea salt aerosol influence from blowing snow and leads at an Arctic coastal tundra site. Atmospheric Chemistry and Physics. 2022;22:15263–15283. https://doi.org/10.5194/acp-22-15263-2022Quinton W.L., Pomeroy J.W. Transformations of runoff chemistry in the Arctic tundra, Northwest Territories, Canada. Hydrological Processes. 2006;20(14):2901–2919. https://doi.org/10.1002/hyp.6083.Quinton W.L., Pomeroy J.W. Transformations of runoff chemistry in the Arctic tundra, Northwest Territories, Canada. Hydrological Processes. 2006;20(14):2901–2919. https://doi.org/10.1002/hyp.6083.

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