История исследований

Изучение современного оледенения Камчатки началось относительно недавно. Немногочисленные публикации русских и зарубежных путешественников о природе и населении Камчатки XVIII–XIX вв. содержит сведения о многоснежности полуострова (Дитмар, 1901; Крашенинников, 1949). Известный исследователь, русский геолог К.И. Богданович, путешествуя по Камчатке, обратил внимание на своеобразие ледников полуострова, связанное с вулканической деятельностью (Богданович, 1899) и предложил Русскому географическому обществу организовать изучение современного оледенения полуострова. Изучение камчатских ледников было поручено петропавловскому уездному врачу В.Н. Тюшову. К.И. Богданович (1906) подтверждает выполнение гляциологических работ, сообщая о составленном В.Н. Тюшовым топографическом описании р. Камчатки и ледников Ключевской группы вулканов . Однако эта работа не была опубликована и оказалась утрачена.

Существенный вклад в изучение ледников Камчатки внесли работы геологического отдела Камчатской экспедиции Русского географического общества 1908–1910 гг. (Конради, Келль, 1925; Келль, 1928). Довольно подробно описаны ледники Ключевской группы вулканов (в том числе ледники Эрмана, Богдановича и Жёлтый) и ледники в кратере Мутновского вулкана (см. рис. 137). Вулкан Шивелуч рассматривался как самостоятельный центр оледенения, с которого спускаются шесть ледников (крупнейший из них – ледник Тюшова) до высот 800–900 м (Виноградов, 1965а). Кроме того, был описан висячий ледник Комарова на южном склоне Жупановского вулкана и отмечены ледники на Чажминском хребте (Отчет…, 1982).

Важный вклад в изучение оледенения Ключевской группы вулканов внёс Б.И. Пийп. Используя данные полевых наблюдений и первые крупномасштабные карты, Б.И. Пийп определил площадь оледенения района, выделил морфологические типы ледников и привёл данные о состоянии отдельных ледников (Пийп, 1956). Он приводит данные о наступании в 1945–1951 гг. ледника Эрмана на 300 м, отмечает стационарное состоянии ледников Богдановича и Жёлтый и отступание ледников Келля и Бильченок. Кроме того, Б.И. Пийп обращает внимание на сильную заморененность поверхности ледников вулканогенным материалом, а также о наличии на Авачинском вулкане фирнового поля в кольцевой долине между гребнем соммы и действующим конусом (Пийп, 1946). Пийп отметил, что с этого фирнового поля берут начало ледники, спускающиеся на северный и южный склоны вулкана.

В целом, до 1958 г. изучение ледников и снежного покрова Камчатки не было непосредственной целью работ. Гляциологические данные получали попутно, при проведении геологических, вулканологических, ботанических и иных исследований.

В 1958 г. была опубликована работа П.А. Иванькова (1958), в которой дана характеристика современного оледенения Камчатки; при этом использованы данные описаний ледников полуострова и обработки материалов аэрофотосъёмок и карт. По подсчётам автора, общая площадь оледенения Камчатки составляла 866 км2, из них на Срединный хребет приходилось 484 км2, на вулканы Восточной и Южной Камчатки – 262 км2, на Кроноцкий полуостров – 86 км2, на Восточный хребет – 34 км2. Однако В.Н. Виноградов (1965б) считал, что приведённые П.А. Иваньковым площади оледенения сильно занижены. Площадь оледенения Ключевской группы вулканов П.А. Иваньков оценивал в 160 км2, а В.Н. Виноградов – в 300 км2. По мнению В.Н. Виноградова, П.А Иваньков занизил площади ледников из-за того, что принимал многие заморененные вулканогенным материалом ледники за лавовые потоки (на старых аэрофотоснимках визуально они часто очень похожи). Кроме того, в работе П.А. Иванькова не было сведений об оледенении Авачинской группы вулканов , площадь которого, по оценке В.Н. Виноградова, составляла не менее 20 км2.

В конце 1950-х – начале 1960-х годов опубликовано несколько работ, содержащих данные об оледенении Ичинского вулкана на Срединном хребте (Виноградов, 1965а, б). Э.Н. Эрлих (1958) выделил в оледенении Ичинского вулкана северную и южную группы, отметив, что с ледяного плато спускаются долинные ледники. А.Е. Святловский (1960) описал область питания долинных ледников Ичинского вулкана, расположенную на его вершине и прилегающем к ней плато. Т.Ю. Маренина (1962) описала три крупных (длиной 4–4,5 км) долинных ледника, спускающиеся с плато Ичинского вулкана на север до высот 1500–1600 м. Она также упоминает каровые и висячие ледники на склонах вулкана. Все три упомянутых автора пишут об отступании ледников Ичинского вулкана.

В сентябре и октябре 1960 г. в горах Кроноцкого полуострова работал гляциологический отряд Института географии АН СССР. Основное внимание было сосредоточено на леднике Корыто. Здесь проводились метеорологические наблюдения, были сделаны описания разрезов снежно-фирновой толщи (Преображенский, Модель, 1965), измерялась температура снега и льда до глубины 10 м. Была проведена фототеодолитная съёмка ледника и определена скорость движения льда на поверхности ледника (Цветков, 1963).

Летом 1964 г. Камчатский отдел Географического общества СССР организовал экспедицию на северную часть Срединного хребта (массив Острая-Хувхойтун) с целью изучения вулканов и ледников. Ранее П.А. Иваньков (1958) отмечал в этом районе крупный очаг современного оледенения, а В.Н. Виноградов (1965а) определил количество ледников и дал краткую характеристику крупнейших из них. В работе (Виноградов, Огородов, 1966) сделан вывод, что массив Острая–Хувхойтун – это крупнейший узел оледенения Камчатки, включающий 84 ледника общеё площадью 245 км2. Судя по морфологическим признакам, большинство ледников района находились в стационарном состоянии или незначительно отступали; было много снежников-перелетков, состоящих, как правило, из наложенного льда. Они располагались ниже снеговой границы и, по мнению авторов, не могли относиться к зарождающимся ледникам. Детальные исследования велись на леднике Гречишкина, где были определены снегозапасы за зиму 1963/64 г. и измерена поверхностная скорость движения льда (25 м/год в районе фирновой линии).

С 1963 г. Институтом вулканологии АН СССР было начато систематическое изучение современного оледенения вулканических районов Камчатки. Работы проводились главным образом на ледниках Авачинской и Ключевской групп вулканов: определяли высоты концов ледников, фирновой линии и морен, изучали разрезы снежных и ледовых толщ и распределение снежного покрова на склонах вулканов и в нижних частях ледников.

В работе (Виноградов, Мелекесцев, 1966) поднята проблема специфики оледенения вулканических районов и влияния вулканизма на снежный покров и ледники. Авторы показали, что крупные стратовулканы, наиболее высокие на Камчатке, служат основными центрами современного оледенения полуострова. Отрицательные формы вулканического рельефа особенно благоприятны для возникновения ледников; в некоторых из них ледники могут существовать значительно ниже снеговой линии. Вулканическая деятельность, а также особенности вулканического рельефа, по мнению авторов, оказывают большое влияние на динамику, морфологию и строения ледников, однако такое влияние сильно ограничено из-за локального и асинхронного проявления. В.Н. Виноградов (1967) отметил уничтожение снега и льда в зоне извержений, сокращение сроков залегания снежного покрова, покрытого пеплом, и сохранение мёртвого льда под мощным слоем шлака.

В 1968 г. был опубликован 20-й том Каталога ледников СССР, содержащий сведения о ледниках Камчатки (Каталог…, т. 20, чч. 2-4, 1968), полученные по материалам аэрофотосъёмок 1949–1950 гг., данным исследований Института географии АН СССР в 1960 г., Института вулканологии АН СССР в 1963–1965 гг. и литературных источников. Часть Каталога, охватывающая ледники Кроноцкого полуострова, составлена по материалам аэрофотосъёмок 1957 г. с использованием карт крупного масштаба и данных исследований экспедиции Института географии АН СССР 1960 г.

Наиболее полно результаты исследований ледников Камчатки 1959–1970 гг. (в основном они касаются Авачинской и Ключевской групп вулканов) представлены В.Н. Виноградовым (1975). А в работе Н.Ф Каразия (1976) приведена хронология исследований ледников, снежного покрова, лавин и селей Камчатки и библиография за 1958–1974 гг.

В 1971 г. Институт географии АН СССР совместно с Институтом вулканологии ДВНЦ АН СССР вернулся к работам на леднике Корыто. Изучали водно-ледовый баланс и стратиграфию фирновой толщи, измеряли температуру фирна и льда в области питания ледника (Виноградов, Ходаков, 1973), выполнен комплекс метеорологических, актинометрических и теплобалансовых наблюдений (Маркин, 1976).

В 1972–1981 гг. сотрудники Института вулканологии ежегодно проводили наблюдения на леднике Козельский в Авачинской группе вулканов . Основной задачей было изучение взаимодействия оледенения и вулканизма на фоне климатических изменений. Результаты этих работ за 1972–1973 гг. опубликованы (Виноградов, 1975; Виноградов и др., 1976). По материалам летних наблюдений 1976 г. в области питания ледника на метеостанции Седловина выполнен расчёт теплового баланса ледника Козельский в период абляции в условиях глубоких, средних и слабых инверсий (Виноградов, Мартьянов, 1979). Наиболее полно результаты исследований ледника Козельский изложены в монографии (Виноградов, Муравьев, 1992), где также приводятся данные по оледенению и климату Авачинской группы вулканов в целом. Результаты наблюдений передавались во Всемирную службу мониторинга ледников. Данные передаются и в настоящее время, однако сейчас это – расчётные значения, так как с 1988 г. прямых наблюдений за составляющими баланса массы на леднике не ведётся.

В 1970-х годах проводились широкие обследования ледников Ключевской группы вулканов, получены данные о подвижках ледников Бильченок, Эрмана, Сопочный, Влодавца, произошедших в период с 1959 по 1973 г. (Виноградов, 1974). В качестве причин этих подвижек автор называет неустойчивое динамическое состояние ледниковых систем и автоколебания (для ледников Бильченок и Эрмана); вулканические процессы, прорывы побочных кратеров в районе ледников, соприкосновение раскалённого каменного материала со льдом и снегом с образованием жидкой воды и пара (для ледников Сопочный и Влодавца).

В 1974 г. велись наблюдения за побочным извержением Ключевского вулкана, происходившим в области питания ледника Богдановича (Виноградов и др., 1977). Впервые исследователи имели возможность наблюдать на вулканах Камчатки процесс и результат взаимодействия вулканизма и оледенения в таких масштабах. В 1976 г. проводили наблюдения на ледниках Будникова, Института вулканологии, Толбачинский на склонах вулканов Острый Толбачик и Плоский Толбачик во время Большого Толбачинского трещинного извержения. В результате просадки и обрушения внутренней кальдеры вулкана Плоский Толбачик было уничтожено две трети Толбачинского ледника, который до извержения занимал почти всю внутреннюю кальдеру на площади 1,54 км2, а в результате извержения его площадь сократилась до 0,5 км2 (Виноградов, Муравьев, 1982).

В 1979 г. Институт вулканологии провёл наблюдения на леднике Гречишкина, расположенном в северной части Срединного хребта. Со времени предыдущих работ 1964 г. язык ледника отступил примерно на 50 м, высота фирновой линии поднялась на 40 м (до 1550 м), а баланс массы ледника оказался слабо отрицательным (Виноградов, Муравьев, 1985).

В 1980-х годах продолжалось изучение ледников вулканических районов Камчатки. В.Н. Виноградов (1985) рассмотрел связь вулканических и ледниковых процессов на вулканах Авачинский, Корякский, Ключевской и Плоский Толбачик. Исследован целый ряд процессов: 1) механическое уничтожение ледников при взрывах, обрушении и проседании вулканических построек; 2) термическое воздействие на ледники при извержении вулканов; 3) подвижки ледников, вызванные вулканической деятельностью; 4) роль пирокластического материала в режиме ледников; 5) условия образования селевых потоков.

В середине и второй половине 1980-х годов внимание исследователей было приковано к изучению колебаний ледников вулканических районов Камчатки. По данным балансовых работ на ледниках и рядов наблюдений ближайших метеостанций рассчитан баланс массы ледников Козельский (Авачинская группа вулканов) и Гречишкина (массив Острая-Хувхойтун) за длительный период. Расчёты показали, что годовой баланс массы ледника Козельский в среднем за 90 лет (1891–1980 гг.) составил –46 г/см2, ледника Гречишкина за 44 года (1936–1980 гг.) –38 г/см2. Вместе с тем было отмечено, что со времени крупного извержения Мутновского вулкана в 1945 г. площадь оледенения в его кратерах увеличилась на 0,4 км2, или на 17% (Виноградов, Муравьев, 1985).

Исследованы особенности аккумуляции на современных ледниках Авачинской и Ключевской групп вулканов, а также накопление моренного материала вулканического происхождения на поверхности и в толще ледников (Краевая, Кураленко, 1985). В эти же годы показана большая роль особенностей процессов вулканизма в развитии ледников на склонах Ключевского вулкана. Отмечено, что все известные случаи подвижек или сокращения ледников на его склонах в той или иной мере связаны с вершинными или побочными извержениями (Виноградов, Муравьев, 1989).

В 1980–1983 гг. была исследована подвижка пульсирующего ледника Бильченок (Ключевская группа вулканов). Обоснован вынужденный характер этой подвижки, связанной с усилением сейсмической и тепловой активности Ушковского вулкана (гора Плоская Дальняя). Сделан важный вывод, что ледники на активных вулканах служат чуткими индикаторами сейсмических и вулканических процессов (Муравьев и др., 1987).

Начатые в 1972 г. ежегодные измерения составляющих баланса массы ледника Козельский прервались в 1981 г. и были повторены лишь единожды в 1988 г. (Виноградов, Муравьев, 1992). В 1983 г. сотрудниками Института вулканологии АН СССР и Института геологии АН Эстонии было проведено изотопное опробование снега, фирна и льда в Авачинском узле оледенения (Вайкмяэ и др., 1989).

Интересна работа Г.Е. Глазырина с соавторами (1985), в которой анализируется мера однородности климатических условий, определяющих режим и распределение ледников на Камчатке. Рассматриваются два основных показателя, от которых зависит характер оледенения: сумма осадков за гидрологический год и средняя летняя температура воздуха, многолетние ряды которых были обработаны в пространственном и временнóм разрезе. Построенные пространственные корреляционные функции показали, что изменения этих элементов от года к году почти синхронны вдоль побережий, но связь ухудшается по мере удаления от берега. Из-за защищённости горными хребтами климат в долине р. Камчатки более устойчив, чем в других частях полуострова. Анализ данных станций, имеющих длинные ряды наблюдений, показал, что за последние 30–40 лет средняя летняя температуры воздуха устойчиво понижается, а годовые суммы осадков растут.

В конце 1980-х годов появились гляциологические работы, анализирующие результаты моделирования. Была предложена теплофизическая модель стационарного состояния ледника в активном кратере Ушковского вулкана (Муравьев, Саламатин, 1989). Анализ составляющих баланса массы льда показал повышенный геотермический поток (среднее значение 10 Вт/м2) в пределах вершинного конуса и слабую его изменчивость за последние 40 лет. В другой работе (Муравьев, Саламатин, 1993) проведён теоретический расчёт процессов тепло- и массопереноса в нестационарном леднике на склоне Ключевской сопки. Для оценок параметров критического состояния ледяных массивов, заполняющих вулканотектонические желоба, были использованы данные полевых исследований. Тепловой поток в верхней зоне постройки вулкана оценивается величиной ~1 Вт/м2, а критическая мощность ледника в Крестовском желобе составляет около 70 м после 100 лет аккумуляции льда.

В 1996–1999 гг. на Ушковском вулкане работала российско-японская экспедиция. В леднике, заполняющем кратер Горшкова в вершинной части вулкана (максимальная высота 3903 м), было пробурено две скважины глубиной 27 и 240 м (Shiraiwa et al., 2001). Мелкая скважина использовалась для температурных наблюдений в 1996–1997 гг. Выяснилось, что на глубине 10 м температура равна –15,8 °С с сезонной амплитудой 1,3°С. Сезонный ход температуры полностью затухает на глубине 27 м, где постоянная температура равна –14,6 °С. По данным другой, глубокой скважины авторы предполагают, что возраст льда на глубине 240 м составляет 640–830 лет. В районе кратера Горшкова была проведена радиолокационная съёмка с применением видеоимпульсного локатора и по её данным построена карта толщины льда и подлёдного ложа ледникового купола (Василенко и др., 2003).

В 1996–2001 гг. на леднике Корыто российско-японская экспедиция изучала составляющие баланса массы, стратиграфию фирновой толщи, измеряла температуру фирна и льда и скорость движения льда на поверхности (Muravyev et al., 1999). В 2000 г. была выполнена топографическая съёмка поверхности ледника (Yamaguchi et al., 2003). В результате сравнения карты, построенной по данным этой съёмки, с картой 1960 г., составленной Д.Г. Цветковым, исследователи заключили, что с 1960 по 2000 г. конец ледника Корыто отступил на 450 м, его поверхность опустилась в среднем на 30 м, а объём сократился на 2,4·108 м3.

В статье (Голуб, Муравьев, 2005) изучены колебания ледника Кропоткина на вулкане Большой Семячик (см. рис. 137) за последние четыре столетия. Сокращение ледника в первой половине ХХ в. сменилось его продвижением во второй половине 1960-х – начале 1970-х годов, вызванным положительным балансом массы. За последующие 25 лет фронт ледника отступил на 90–100 м, и в конце 1990-х годов началось формирование современной морены отступания. По восстановленным значениям баланса массы ледника авторы определили короткопериодные колебания климата в ХХ в. на восточном побережье Камчатки.

Исследована эволюция пульсирующего ледника Бильченок в Ключевской группе вулканов с конца XIX в. до 2011 г. (Муравьев и др., 2012). После отступания в начале ХХ в. ледник активизировался и в конце 1940-х годов стал наступать. В 1959–1960 гг. произошла подвижка ледника, в ходе которой его язык продвинулся на 2 км и спустился до высоты 615–630 м в берёзовый лес. Масштабы следующей подвижки, произошедшей в 1982–1984 гг., были меньше. Объём перенесённой массы составил 35–40 млн тонн, что в 3,5 раза меньше, чем при подвижке 1959–1960 гг.

В последние годы для исследования ледников Камчатки проводится анализ данных дистанционного зондирования Земли. Выполнена оценка изменения площади оледенения северной части Срединного хребта с 1950 по 2002 г. с использованием космических снимков ASTER и данных Каталога ледников СССР (Муравьев, Носенко, 2013). Оценено изменение площади оледенения Кроноцкого за 1957–2013 гг. и массива Алней-Чашаконджа за 1950–2010 гг. (Муравьев, 2014). Проанализированы изменения площадей и колебания фронтов ледников Ключевской группы вулканов в период с 1950 по 2010–2015 гг. (Муравьев и Муравьев, 2016). В работе (Муравьев, 2017) выполнена оценка изменения площади оледенения остальных районов и узлов оледенения Камчатки с 1950 по 2007–2015 гг.

В рамках данного проекта было актуализированы данные о современном состоянии оледенения северной части Срединного хребта и Кроноцкого полуострова.[Муравьев А.Я., Муравьев Я.Д. 2016] Пространственное положение границ ледников было определено по спутниковым снимкам Sentinel-2 2016–2019 гг. Районы и узлы оледенение Камчатки рассредоточены по большей части полуострова, площадь которого составляет порядка 270 тыс. км2. В сочетании с высокой повторяемостью дней с облачностью это делает практически невозможным получение информации о пространственном положении границ ледников всей Камчатки за короткий период порядка 1–2 лет. Дополнительно процесс дешифрирования границ ледников усложняется наличием развитой поверхностной морены на ледниках районов активного вулканизма, что существенно повышает требования к техническим параметрам используемых спутниковых снимков. Разрешающей способности снимков Sentinel-2, Landsat и ASTER часто недостаточно для качественного дешифрирования границ ледников данных районов. Пространственное положение границ большей части (72%) ледников Камчатки было определено в результате дешифрирования спутниковых снимков Sentinel-2 2016–2019 гг. Границы остальных 28% ледников, расположенных, преимущественно, в районах активного вулканизма, дешифрировались по широкому спектру спутниковых снимков (WorldView-2, GeoEye-1, Landsat 8, ASTER) 2010–2015 гг. Границы пяти ледников Валагинского хребта были определены по спутниковым снимкам IKONOS 2007 г.

В результате на Камчатке обнаружено 732 ледника общей площадью около 680 км2. Изменения площади оледенения различных районов Камчатки со времени каталогизации (середина XX в.) крайне неравномерны. Это связано с разнообразием природных условий полуострова. Так площадь оледенения Кроноцкого полуострова за 1957–2013 гг. сократилась на 27,6%. Оледенение вулканического массива Алней-Чашаконджа потеряло 19,5% площади за 1950–2010 гг. Площадь оледенения Ичинского вулкана с 1950 по 2010–2014 гг. практически не изменилась благодаря мощному моренному покрову, бронирующему языки ледников. В пределах Ключевской группы вулканов, наоборот, наблюдается небольшой рост площади оледенения – 4,3% (8,7 км2) с 1950 по 2010–2015 гг. Такая неоднородность в поведении ледников в разных районах Камчатки обусловлена разнообразием сочетаний форм макрорельефа, климатических характеристик и наличия (или отсутствия) современной вулканической активности.