Editors’ Vox — это блог отдела публикаций Американского геофизического союза (AGU).
В Арктике основным путём стока воды являются водные ручьи
В Арктике вода стекает по водным ручьям — ручейкообразным образованиям, которые заполняются водой и направляют её, когда летом почва над вечной мерзлотой оттаивает. Хотя эти водные ручьи важны для перемещения воды и питательных веществ, мало что известно об их формировании и о том, как они могут измениться в будущем.
Новое исследование, опубликованное в журнале Reviews of Geophysics, изучает современное понимание водных ручьёв и то, какие аспекты остаются неясными. Авторы попросили дать обзор водных ручьёв, ведущих теорий об их формировании и нерешённых вопросах.
Что такое водные ручьи и где они образуются?
Водные ручьи — это ручейкообразные образования, которые концентрируют поток воды в холодных местах, где земля зимой замёрзшая. Поскольку промёрзшая земля не пропускает воду, любая вода от дождя, таяния снега или льда движется по поверхности или сразу под верхним слоем, когда он оттаивает летом, например, через мох или почву.
Интересно, что у водных ручьёв нет русла, как у типичного ручья. Для образования водных ручьёв не нужны крутые холмы; достаточно даже небольшого уклона. Водные ручьи в основном встречаются в местах с вечной мерзлотой, включая Арктику, часть Аляски, северную Канаду, Сибирь и даже Антарктиду.
Какую роль играют водные ручьи в полярных регионах?
Водные ручьи перемещают удивительное количество воды по замёрзшим ландшафтам, особенно в местах с холмами или пологими склонами. Поскольку вода попадает в эти узкие пути, она также приносит с собой питательные вещества, делая водные ручьи горячими точками для роста растений и биологической активности в холодных и сухих районах. В этих зонах часто можно увидеть более зелёную и густую растительность, и они могут быть местами, где производится больше углекислого газа и метана.
С точки зрения ландшафта они действуют как псевдоканалы для воды, но, что интересно, они, похоже, не формируют рельеф и не перемещают много наносов. Однако это может измениться при климатических сдвигах, и если эти области начнут разрушаться, это может изменить части арктического ландшафта по-новому.
Как учёные идентифицируют и отслеживают водные ручьи в разных пространственных масштабах?
Водные ручьи были впервые обнаружены с воздуха с помощью аэрофотосъёмки, и сегодня мы по-прежнему в значительной степени полагаемся на дистанционное зондирование для их изучения. На местности учёные могут наблюдать за изменениями растительности, влажностью почвы и признаками поверхностного стока воды, но поскольку водные ручьи могут простираться на сотни метров, спутниковые и дроновые снимки очень полезны. Они хорошо отображаются на снимках высокого разрешения и в определённых типах данных, например, в инфракрасном диапазоне, потому что растения, растущие на водных ручьях, более зелёные и продуктивные. Такие инструменты, как LiDAR, также могут помочь отслеживать изменения высоты, что полезно для выявления тонких сдвигов или эрозии с течением времени. В то время как более грубые спутники, такие как Landsat, могут их не заметить, более новые, такие как Sentinel или PlanetScope, могут обнаружить их гораздо более чётко.
Ведущие теории, описывающие формирование водных ручьёв
В нашем литературном обзоре большинство исследований рассматривают только отдельные водные ручьи, поэтому обобщённых моделей формирования водных ручьёв до нашего обзора не существовало. Но из литературы и нашей собственной работы мы отметили две основные теории:
* Одна теория состоит в том, что они являются результатом таяния подземного льда, такого как клинья льда, которые создают длинные линейные пути для стока воды. По мере таяния льда вода продолжает следовать по этому пути, перенося тепло, которое вызывает дальнейшее таяние, укрепляя русло.
* Другая теория — это несколько иной механизм обратной связи: углубление или нарушение в таблице вечной мерзлоты, возможно, из-за снежного заноса, растительности или другого небольшого углубления, собирает больше воды, что вызывает ещё большее таяние и ещё больший приток воды, создавая самоподдерживающийся цикл.
Обе теории не только объясняют, как образуются водные ручьи, но и почему они имеют тенденцию появляться в регулярных, повторяющихся узорах по всему ландшафту.
Как ожидается, изменение климата повлияет на водные ручьи?
Это всё ещё большой вопрос, но у нас появляются некоторые идеи. По мере потепления ландшафтов с вечной мерзлотой снег тает раньше, а земля оттаивает глубже, что может изменить характер и место стока воды. Если вода начнёт двигаться через более глубокие, менее пористые слои почвы, это может вызвать эрозию в местах, которые раньше были стабильными, превращая мягкие, губчатые маты в каналы, врезающиеся в землю. Это может привести к высвобождению накопленных наносов и углерода и даже изменить то, как водные ручьи соединяются и осушают ландшафт.
Мы также наблюдаем признаки того, что водные ручьи пересыхают или объединяются в меньшее количество более глубоких оврагов, что со временем может привести к ещё более драматичным изменениям.
Как водные ручьи можно использовать для понимания гидросферы на Марсе?
Изучение водных ручьёв помогает нам по-новому взглянуть на то, как вода может появляться и течь на других планетах.
Учёные давно сравнивают водные ручьи на Земле с тёмными полосами, видимыми на склонах Марса, такими как повторяющиеся наклонные линии (RSL), особенно с учётом того, что обе появляются и меняются сезонно в холодных, сухих условиях. Такие места, как Антарктида и канадская Арктика, часто служат аналогами Марса для геологов, где наблюдаются похожие полосатые узоры, которые некоторые исследователи называют водными ручьями. Хотя недавние исследования показывают, что эти марсианские особенности могут быть вызваны пылью и ветром, а не водой, водные ручьи Земли всё ещё дают подсказки. Они показывают, что даже в замёрзших условиях вода может перемещаться по поверхности, не оставляя заметных следов эрозии, что, возможно, происходило на Марсе в прошлом.
Каковы некоторые из нерешённых вопросов, для решения которых необходимы дополнительные модели, данные или исследования?
Мы подробно изучили лишь несколько водных ручьёв, поэтому наше понимание основано на небольшом участке Арктики. Существует острая необходимость в сборе дополнительных полевых данных и улучшении дистанционного зондирования для охвата огромных территорий, где на самом деле существуют водные ручьи. Нам также необходимо больше моделирования, чтобы выяснить, что на самом деле определяет их поведение и как оно изменится в более тёплом климате, будь то снег, растительность или сток воды.
Вопросы о том, как водные ручьи «помнят» прошлые годы или как они развиваются с течением времени, всё ещё остаются открытыми. Таким образом, более подробные данные и улучшенные модели являются ключом к пониманию того, как эти объекты работают и как они могут измениться в будущем.
— Джоанмари Дель Веккио (joanmarie@wm.edu, 0000-0003-3313-6097), Колледж Уильяма и Мэри, Соединённые Штаты; и Сара Г. Эванс (0000-0001-5383-8382), Аппалачский государственный университет, Соединённые Штаты.
Примечание редактора: политика публикаций AGU заключается в том, чтобы приглашать авторов статей, опубликованных в Reviews of Geophysics, написать резюме для Eos Editors’ Vox.
Citation: Del Vecchio, J., and S. G. Evans (2025), Water tracks: the veins of thawing landscapes, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO255021. Опубликовано 25 июня 2025 года.
Эта статья не представляет собой мнение AGU, Eos или каких-либо его аффилированных лиц. Это исключительно мнение авторов.
Текст © 2025. Авторы. CC BY-NC-ND 3.0.
За исключением случаев, когда указано иное, изображения защищены авторским правом. Любое повторное использование без явного разрешения владельца авторских прав запрещено.