Одним из главных источников энергии в рельефообразовании является солнечное излучение. Оно запускает процессы энергетической трансформации и движения вещества в земной коре. Неравномерное поступление солнечной радиации на земную поверхность обусловлено не только суточными и сезонными колебаниями потока лучистой энергии Солнца, но и разнообразием форм рельефа. При этом, как отмечено в [8], неравномерное распределение солнечной энергии по различным склонам оказывается часто решающим фактором, определяющим интенсивность многих экзогенных процессов. Изменчивость инсоляции, обусловленная рельефом, определяется в первую очередь различием в экспозиции и крутизне склонов, степени их взаимного затенения. Выявление закономерностей распределения по конкретной территории поступающей солнечной радиации в зависимости от морфометрических характеристик рельефа особенно важно для горной местности, большую часть которой составляют склоны со значительными уклонами. Северо-Чуйский горный хребет Центрального Алтая характеризуется большим перепадом абсолютных высот, сложностью рельефа, контрастностью ландшафтов и большим разнообразием местных климатических условий, обусловленным в первую очередь радиационным режимом склонов. На этой территории расположены многочисленные объекты спортивного, научного, приключенческого туризма, огромные запасы минеральных, водных ресурсов. Поэтому количественные данные об изменчивости приходящей солнечной радиации и пространственное распределение областей с различной плотностью гелиоресурса необходимы для решения многих научно-теоретических и практических задач, в том числе и для анализа природно-ресурсных возможностей территории и её освоения.
Объекты и методы исследования
Район исследований охватывает северный макросклон Северо-Чуйского хребта общей площадью около 140,0 км2. В пределах исследуемого района расположены 6 горноледниковых бассейнов (Тетё, Актру, Кызылташ, Ян-Карасу, Корумду и Куркурек). Это один из крупнейших центров современного горного оледенения Русского Алтая. Основной характеристикой района является его густое эрозионное расчленение и постепенное снижение высот в северном направлении. В центральной части преобладают альпийские формы рельефа (кары, ледниковые цирки), а все речные долины имеют характерные формы трогов. В восточной части (бассейн р. Тетё) сохранились разновысотные поверхности выравнивания мелового и третичного времени. Средние высоты района составляют 3000– 3100 метров над уровнем моря, а максимальные превышают 4000 м. (Маашей-Баш – 4173 м., Актру-Баш – 4075 м.). В условиях сложного рельефа поступление солнечной энергии к склонам на различных высотах существенно зависит и от закрытости горизонта. Так, склоны в районе гидрометеостанции, расположенной в узкой долине реки Актру, в различные месяцы из-за большой закрытости горизонта недополучали от 5 % до 37 % суммарной солнечной радиации [6]. С ростом угла наклона для склонов северной экспозиции потери прямой солнечной радиации увеличиваются на треть.
Для анализа особенностей дифференциации солнечной радиации на склонах были рассчитаны прямая, рассеянная и суммарная радиации, приходящие на склоны различной крутизны и экспозиции 6 исследуемых горноледниковых бассейнов при средних условиях облачности за год. Потери прямой и рассеянной радиации вследствие закрытости горизонта для склонов не учитывались. Для расчета были использованы методические рекомендации К.Я. Кондратьева, З.И. Пивоваровой, М.П. Федоровой [5], К.Я. Кондратьева [4], М.С. Аверкиева [1], Б.А. Айзенштат [2,3], С.И. Сивкова [7].
Результаты и обсуждение
На первом этапе исследования были выделены и охарактеризованы водосборные бассейны северного макросклона Северо-Чуйского хребта как геоморфологические комплексы (системы), которые включают в себя определенный набор взаимосвязанных элементов, обладающий целостностью и закономерностью устройства. Проведена типизация современных геоморфологических процессов исследуемого района для выявления опасных процессов, скорости их протекания и пространственного распространения. Определены морфометрические характеристики участков склонов внутри этих бассейнов и выполнено их картирование. На рисунке 1 представлено пространственное распределение одной из основных морфометрических характеристик склонов – углов наклона поверхности северного макросклона Северо-Чуйского хребта.
Рис. 1. Углы наклона поверхности северного макросклона Северо-Чуйского хребта
Склоны, а также диапазон уклонов, обозначенных в легенде карты, выделены по принципу развития определенного геоморфологического процесса, преобладающего на отдельных участках исследуемой территории. Так, склоны 0°–5° занимают 13 % от общей площади исследуемой территории; данные уклоны поверхности наблюдаются в пределах днищ долин и на плоских водораздельных поверхностях. Это места преимущественного распространения флювиальных процессов, развития структурных грунтов (на склонах 2°-2,5°) и криогенных форм рельефа (каменные розетки, многоугольники, бугры пучения, проявление термокарста и т.д.). Уклоны между 5° и 7° (10 % от общей площади северного макросклона) – это территории в основном днищ долин (например, долина р. Тете), а также участков в высокогорье (от 2800 м. – 3000 м), где наблюдается переходная зона каменных медальонов в сортированные полосы. В условиях среднегорья (в лесной зоне) на данных склонах проявляется солифлюкционное сползание грунтов. Зарождение оползневых очагов происходит на участках, которые лишены древесно-кустарникового покрова. Склоны крутизной 8°-10° составляют 14 % от общей площади. Данные склоны преимущественно южных экспозиций покрыты плащом элювия, на них происходит формирование нагорных террас. В среднегорье это районы распространения оползневых процессов.
Рис. 2. Экспозиции склонов северного макросклона Северо-Чуйского хребта
Уклонами от 10° и до 15° (8 % от общей площади) характеризуются участки моренного рельефа, днища долин, занятые каменными глетчерами.
Анализ экспозиций склонов исследуемых горноледниковых бассейнов (рис. 2) показал,
что на территории преобладают склоны северо-восточной ориентации; они составляют 33,8 % от общего количества склонов. На склоны северной и северо-западной ориентации приходится более 41 % территории, тогда как доля южных склонов составляет всего чуть более 16 %. Все это определяет режим и характер экзогенных процессов. Так, на северных склонах дольше не тает снег, активнее нивация, а на южных склонах быстрее оттаивают мёрзлые грунты, развивается солифлюкция. Экспозиционно обусловленное разнообразие эрозионно-денудационных процессов на склонах обусловлено различием в радиационных характеристиках склонов.
На следующем этапе определена количественная характеристика поступления солнечной радиации на поверхность склонов – плотность гелиоресурса (МДж/м2) на территории северного макросклона Северо-Чуйского хребта – суммарная радиация, приходящая на 1 квадратный метр поверхности склона за год. На основе топографических карт и проведенных расчетов осуществлено районирование данной территории по величине гелиоресурса в зависимости от геоморфологических особенностей (рис. 3).
Рис.3. Плотность гелиоресурса северного макросклона Северо-Чуйского хребта
Было установлено, что максимальные значения суммарной радиации, приходящейся на квадратный метр поверхности склона, соответствуют склонам южной, юго-западной, юго-восточной экспозиции, причем с увеличением угла наклона количество солнечной энергии резко возрастает. Так, в бассейне реки Тетё максимум солнечной энергии приходится на склоны юго-восточные экспозиции и крутизной 25°. Здесь отношение между значениями суммарной радиации на склонах южной и северной экспозиций достигает 2,7 раза. Наиболее неравномерно гелиоресурс распределяется в зимние месяцы, выражена дифференциация по экспозиции и крутизне; экспозиционная контрастность составляет 700 %, значительную долю солнечной энергии получают восточные склоны. Расчеты также позволили установить, что 35 % площади территории в бассейне реки Тетё получают солнечной энергии более 100 % от количества, приходящегося на горизонтальную площадку, что является одним из главных факторов, обеспечивающих развитие современных экзогенных процессов в данном районе.
В бассейне реки Актру, самом большом на исследуемой территории, максимальные величины поступающей солнечной радиации соответствуют участкам рельефа юго-западной и юго-восточной экспозиции с углами наклона от 20° до 35°; минимумы относятся к крутым склонам (более 30°) северной, северо-восточной экспозиции – с увеличением угла наклона значение приходящей солнечной энергии резко сокращается. Наиболее равномерно значения гелиоресурса распределяются в июне и июле по склонам крутизной до 10° независимо от экспозиции. Также было установлено, что 68 % территории горноледникового бассейна реки Актру получает солнечной энергии более 100 % от количества, приходящегося на горизонтальную площадку, а на 19 % склонов количество суммарной радиации в 1,5 раза больше, чем на горизонтальной площадке. Экспозиционная дифференциация между склонами северной и южной экспозиции крутизной 40° за год составляет 53 %, наибольшее различие в приходе суммарной радиации отмечается в октябре – на склоны южной экспозиции поступает в 9,6 раз больше солнечной энергии.
Распределение плотности гелиоресурса по склонам различной крутизны носит выраженный азимутальный характер. Так, если для склонов северо-восточной экспозиции с ростом угла наклона величина прихода суммарной солнечной радиации уменьшается, максимум соответствует крутизне в 5°-8°, то для юго-восточных склонов с ростом угла наклона количество поступающей солнечной радиации увеличивается, максимумы приходятся на склоны с углами в 30°-35°, значимое уменьшение прихода радиации наблюдается только к уклонам в 45°. В случае западных склонов приход радиации вплоть до уклонов в 20° практически такой же, как и на горизонтальную поверхность, а для восточных склонов с увеличением крутизны склона, начиная с углов наклона в 18°, наблюдается небольшое снижение энергообеспеченности в 4–5 % на каждые 10°.
Наиболее контрастны склоны южной и северной экспозиции. Так, с ростом угла наклона от 20° до 45° поступающая суммарная радиация уменьшается на северных склонах на 40 %, а на южных склонах такого же диапазона уменьшение происходит постепенно и только для углов более 35°.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования позволили раскрыть некоторые особенности природно-климатических условий региона и проанализировать влияние морфометрических характеристик склонов на особенности пространственно-временного распределения суммарной солнечной радиации. Разработанная методика районирования дает возможность выявления специфики гелиоресурсной неоднородности территории. Установлено, что более 70 % площади территории характеризуется высокими значениями ресурсов солнечной радиации, что и обеспечивает развитие современных экзогенных процессов.
Составленные карто-схемы выполнены в крупном масштабе (1:50000), что позволяет проводить достаточно подробный анализ фациальных элементов ландшафтных комплексов северного макросклона Северо-Чуйского хребта, устанавливать основные параметры прихода солнечной энергии в зависимости от экспозиции склонов и их крутизны, а также характеризовать современную динамику геоморфологических процессов в данном регионе.
Рецензенты:
Дюкарев А.Г., д.г.н., заведующий отделением экологических исследований, Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук, г. Томск;
Поздняков А.В., д.г.н., главный научный сотрудник Института мониторинга климатических и экологических наук Сибирского отделения Российской академии наук, г. Томск.