Аннотация: В работе представлена база данных локальных снегомерных наблюдений по трем речным бассейнам на юге Западной Сибири, рассматриваются методические особенности проведения измерений и производится сравнение полученных данных с наблюдениями на метеостанциях и доступными спутниковыми данными (CGLS SWE). Наблюдения проводились в несколько этапов в течение десяти лет (2011–2021) в небольших речных бассейнах рек Кучук, Касмала и Майма, отражающих переход от Западно-Сибирской равнины к низкогорьям Алтая. Суммарно за все годы было произведено более двадцати пяти тысяч измерений параметров снежного покрова (толщины снега и снегозапасов). База данных снегомерных наблюдений была размещена в открытом доступе. Сравнение со станционными и спутниковыми данными показало как значительные отклонения, так и довольно хорошую согласованность в некоторых водосборных бассейнах. Общая для всех бассейнов среднеквадратическая ошибка снегозапасов по спутниковым данным составила 42,9 мм, что несколько выше заявленной разработчиками продукта (37,4 мм). Ограниченные по временному охвату данные наблюдений на постоянных маршрутах метеостанций показали среднеквадратичную ошибку снегозапасов в среднем 43,5 мм. В течение зимнего периода среднеквадратическая ошибка спутниковых данных постепенно увеличивалась к периоду максимума аккумуляции снега во всех водосборных бассейнах. Кроме этого, ошибки спутниковых данных не зависели от снежности зимнего периода и скорее всего связаны с параметрами микроструктуры снежной толщи в отдельные сезоны.

Ключевые слова: снегозапасы, толщина снежного покрова, снегомерные съемки, плотность снега, база данных, Алтай, Касмала, Майма, Кучук, речной бассейн

Abstract: This article provides a database of the local snow-measuring observations for three river basins in the south of Western Siberia, reviews the methodological peculiarities of the conduct of measurements, and compares the acquired data with the observations at weather stations and available satellite data (CGLS SWE). Observations were carried out in several stages over the period of ten years (2011-2021) in small river basins of Kuchuk, Kasmala, and Mayma Rivers, and reflect the transition from the West Siberian Plain to the Altai lowlands. Total of 25,000 measurements of the parameters of snow deposits (snow mass and snow storage) were made over the years. The database of snow measuring observations is accessible to public. The comparison with station and satellite data indicated significant variances, but also fairly good coherence in some reservoir basins. According to satellite data, the common to basins mean squared error of snow storages was 42.9 mm, which is slightly higher than the claimed by the product engineers (37.4 mm). The time-limited observation data on the permanent routes of weather stations demonstrated the mean squared error of snow storages of 43.5 mm. In winter period, the mean squared error of satellite data gradually increased to the period of maximum accumulation of snow in reservoir basins. Moreover, the errors of satellite data did not depend on the snowiness of the winter period; and most likely, are associated with the parameters of microstructure of the snow mass in separate seasons.

Keywords: Kasmala, Altai, database, snow density, snow surveys, snow depth, snow water equivalent, Mayma, Kuchuck, river basin

Аннотация: Предметом исследования является соотношение изотопных параметров дейтерия м тяжелого кислорода в повторно-жильных льдах. Авторами рассмотрен такой параметр как наклон линии соотношения содержания дейтерия м тяжелого кислорода во льду жил. Близкое к ГЛМВ (или ЛЛМВ) положение точек изотопного состава для жильного льда и наклон линии, близкий к 8, позволяет утверждать, что жила формировалась из атмосферных осадков (зимнего снега). Отдельно выделены примеры аномальных соотношений содержания дейтерия м тяжелого кислорода с очень низким наклоном линий соотношения, которые в сочетании с аномально низкими значениями dexc указывают на процессы изотопного фракционирования в снеге перед его таянием и/или в талой снеговой воде перед заполнением морозобойных трещин. Выделены три основных типа соотношений содержания дейтерия м тяжелого кислорода во льду жил: а) нормальное соотношение δ2H-δ18О (с наклоном линии соотношения близким к ГЛМВ или ЛЛМВ). б) Соотношение содержания дейтерия м тяжелого кислорода с отклонением от ГЛМВ или ЛЛМВ (с признаками изменения первичного изотопного сигнала атмосферных осадков), в) аномальное соотношение содержания дейтерия м тяжелого кислорода. Показано, что первые два типа соотношений характерны для большинства исследованных повторно-жильных льдов на большей части российской криолитозоны от европейского Севера до востока Чукотки, третий тип получен для нескольких жил голоценового возраста в Забайкалье и верховьях р.Енисея, что, возможно, объясняется существенной изотопной трансформацией снежного покрова в условиях резкоконтинентального климата.

Ключевые слова: повторно-жильные льды, поздний плейстоцен, голоцен, многолетнемерзлые породы, изотопы кислорода, изотопы водорода, полуостров Ямал, поселок Черский, низовья Колымы, Чукотка

Abstract: The subject of this research is the ratio of isotopic parameters of deuterium of heavy oxygen in ice wedges. The authors considered such parameter as inclination of the line of the ration of deuterium of heavy oxygen in ice wedges. Proximal to GMLV (or LLMV) position of isotope values for ice wedge and inclination of the line proximate to 8 suggests that the ice wedge was formed from atmospheric precipitation (winter snow). The article provides separate examples of anomalous deuterium ratios of heavy oxygen with very low ration of line inclination, which in combination with the abnormally low dexc values indicate the indicate isotopic fractionation processes in snow before melting and/or melting snow water before filling frost-cutting cracks. Three author determines the three main types of ratios of deuterium m of heavy oxygen content in ice wedge: a) normal ratio δ2H-δ18O (with line inclination of the ratio proximate to GLMV or LLMW). b) ratio of deuterium  of heavy oxygen to deviation from GLMV or LLMW (with signs of change in the primary isotope signal of atmospheric precipitation), c) anomalous ratio of deuterium of heavy oxygen. It is shown that the first two types  are characteristic to most ice wedge under study in the vast part of the Russian cryolithozone from the European North to the east of Chukotka; the third type is obtained for several Holocene ice wedge in Transbaikal and upper Yenisei River. This may be explained by significant isotope transformation of snow cover in the conditions of distinctly continental climate.

Keywords: Chersky town, Yamal Peninsula, deuterium, oxygen isotope, permafrost, Holocene, Late Pleistocene, Ice wedge, Lower Kolyma River, Chukotka

Аннотация: Предметом исследования является оценка изменения изотопного состава повторно-жильного льда в ледяных жилах в результате самодиффузии. Предложен сравнительно простой метод учета влияния процессов самодиффузии на перераспределение палеоизотопного состава, который позволяет быстро, просто и с приемлемой точностью оценить изменение значений δ18О и δ2H в ледяных жилах на различные временные интервалы четвертичного этапа (1000 лет, 10000 лет, 100000 лет и 1 000000 лет). Закономерности протекания процесса диффузии в физико-химических системах описываются двумя дифференциальными формами законов диффузии Фика, которые преобразованы в интеграл Гаусса, при расчете граничных значений которого использовались шестизначные таблицы Чемберса. При расчете граничных значений полученного интеграла Гаусса использованы экспериментально определенные реальные значения коэффициента самодиффузии во льду – D=(2–10)×10-15 м2/с. Рассчитаны значения интеграла Гаусса, для ряда временных отрезков, на разных расстояниях между образцами с различной концентрацией. Для периода в 1000 лет его значения во всех случаях больше 0,99. Для более же длительных временных интервалов они существенно меняются. Расчетные вероятностные значения изменения концентрации тяжелых изотопов кислорода, в повторно-жильных льдах под действием самодиффузии на различных расстояниях и при разных градиентах концентрации заметны только для периода времени более 100000 лет.

Ключевые слова: повторно-жильные льды, поздний плейстоцен, голоцен, многолетнемерзлые породы, изотопы кислорода, самодиффузия, законов диффузии Фика, интеграл Гаусса, изменения изотопного состава, градиент концентрации изотопов

Abstract:   The subject of this research is the assessment of changes of the isotopic composition of ice wedge as a result of self-diffusion. The author offers a relatively simple method of considering the impact of the process of self-diffusion upon redistribution of paleo-isotopic composition that allows accurately and quickly estimating the changes in the values δ18О and δ2H values in ice wedges at different periods of the quaternary (1000 years, 10,000 years, 100,000 years, and 1,000,000 years). The patterns of diffusion process in physico-chemical systems are described by two differential forms of Fick's diffusion laws, which are transformed into Gaussian integral, using six-digit Chambers charts for calculation of the threshold values δ18О. The article applies the experimentally determined real values of self-diffusion coefficient in the ice – D=(2–10)×10-15 m2/s. The values of the Gaussian integral are calculated for time intervals, at different distances between samples with different concentration; for the period of 1,000 years its values in all cases exceed 0.99. For longer time intervals, these values change significantly. The calculated probabilistic values of changes in the concentration of heavy oxygen isotopes in ice wedge under the impact of self-diffusion at different distances and concentration gradients are noticeable only for the time period of over 100,000 years.  

Keywords: change of the isotopic abundance ratio, Gaussian integral, Fick's diffusion laws, self-diffusion, oxygen isotope, permafrost, Holocene, Late Pleistocene, Ice wedge, isotope concentration gradient

Аннотация: Предметом исследования являются мёрзлые породы, слагающие воронки газового выброса на севере Западной Сибири. Объектом исследования является криогенный фактор, обуславливающий формирование воронок газового выброса. Авторы указывают и обосновывают тезис, что воронки газового выброса являются криогенным феноменом и процессы подготавливающие взрыв не могут быть правильно осмыслены без учёта этих особенностей. Тепловые потоки, преобразования среды под действием давлений, фильтрация газа и другие процессы реализуются в мёрзлых породах, и проявляются в их структурных изменениях. Анализ материалов исследования воронок газового выброса, обнаруженных на севере Западной Сибири, позволил сделать обоснованный вывод, что поверхностные условия могут оказывать значительное влияние на формирование воронок газового выброса. Приводятся материалы, показывающие, что причиной возникновения высоких давлений в мёрзлой толще может являться разложение газогидратов. В статье особое внимание уделено рассмотрению гипотезы формирования воронок газового выброса за счёт локального прогрева и подачи газа с глубины. Показаны необходимые условия для этого. Приведены примеры использования геофизических методов для выделения газоподводящих каналов. В результате проведённого исследования делается вывод о том, что воронки газового выброса являются результатом саморазвития флюидодинамических геосистем, представляющих из себя локальные, ледогрунтовые газонасыщенные образовании, находящиеся в неравновесном термодинамическом состоянии по отношению к вмещающим многолетнемёрзлым породам. Развитие выделенных геосистем определяется парагенетическими связями между процессами фильтрации газа и деформаций газонасыщенного ледогрунтового материала (от вязкопластического движения до хрупкого разрушения). Особым вкладом авторов в исследование темы является рассмотрение поверхностных и глубинных механизмов возникновения неравновесных условий запускающих механизм подготовки взрыва. Новизна исследования заключается в разработке методики выявления процессов, обуславливающих выброс подземного газа, на основе анализа криогенных образований слагающих стенки воронок газового выброса.

Ключевые слова: многолетнемёрзлые породы, пластические деформации, тепловой поток, диссоциация газогидратов, фильтрация газа, газовые флюиды, флюидогеодинамика, ледогрунтовые газонасыщенные геосистемы, стадии развития, парагенетические связи

Abstract: The subject of this research is frozen rocks that compose gas emission funnels in the north of Western Siberia. The object of this research is the cryogenic factor that causes the formation of gas emission funnels. The authors substantiate the thesis that gas emission funnels are cryogenic phenomenon, and the processes preparing the explosion cannot be accurately interpreted without taking these features into account. The analysis of research materials on gas emission funnels, discovered in the north of Western Siberia, allows concluding that surface conditions may have a significant impact upon the formation of gas emission funnels. Special attention is given to consideration of the hypothesis of formation of gas emission funnels due to local heat penetration and gas supply from the depth. The necessary conditions are described. The article provides the examples of using geophysical methods for detecting of gas supply channels. It is concluded that gas emission funnels are the result of self-development of fluid-dynamic geosystems, which represent local, ice subsurface gas-saturated formations that are in a inequilibrium thermodynamic state with respect to the enclosing permafrost formations. The authors' special contribution consists in examination of the external and hidden mechanisms of the emergence of inequilibrium conditions od the mechanism that launches an explosion. The novelty of this research lies in the development of technique for determining the processes that cause the emission of underground gas, based on the analysis of cryogenic formations, which compose the walls of gas emission funnels.

Keywords: ice ground saturated geosystems, fluid geodynamics, gas fluids, gas filtration, dissociation of gas hydrates, heat flux, plastic deformations, permafrost, stage of development, paragenetic relationships

Аннотация: Объектом исследования являются криогенные почвы территории, расположенной Центральной Якутии, в среднем течении реки Вилюй вблизи тукулана Махатта, ландшафты которой представлены среднетаёжными лиственничниками. В июле 2021 года на правом и левом берегах Вилюя были заложены 12 разрезов почв, относящихся к дерново-подзолам и дерново-подбурам иллювиально-железистым, серогумусовым и аллювиальным серогумусовым, псаммозёмам и стратозёмам, согласно классификации и диагностике почв России 2004 г. Также на склоне речной долины была заложена почвенная катена, включающая элементарные геохимические ландшафты поверхностей и склонов I и II надпойменных террас Вилюя, а также среднюю и высокую поймы Вилюя. Помимо этих, почвенные разрезы были заложены в заболоченном днище балки, хорошо дренированном днище оврага, на субгоризонтальной поверхности тукулана Махатта и в днищах, и на склонах термосуффозионных воронок. Всего в процессе исследования было отобрано 46 почвенных образцов, в которых были проведены измерения кислотности (pH), электропроводности (EC) и содержания легкорастворимых солей (TDS). Рассмотренные почвы характеризуются значениями pH от 2,81 до 7,78, при этом наиболее часто значения колебались около 5,5 – 5,6. Таким образом, почвы имеют реакцию профиля от сильнокислой до нейтральной. Значения TDS чаще всего находились в пределах 10 мг/л, редко превышая этот порог, однако, в единичных случаях встречались и значения выше 50 мг/л. Наиболее засолёнными являлись поверхностные и приповерхностные органогенные горизонты, тогда как глубинные горизонты почв были обеднены легкорастворимыми солями. Соответственно, наибольшие значения EC (выше 100 мкС/см) наблюдались именно в поверхностных и приповерхностных горизонтах с высоким содержанием органического вещества, тогда как преимущественно минеральным горизонтам были свойственны значения EC в пределах 20 мкС/см.

Ключевые слова: почвы, многолетнемерзлые породы, элементарные геохимические ландшафты, почвенно-геохимическая катена, кислотность, электропроводность, содержание легкорастворимых солей, содержание органического вещества, река Вилюй, Якутия

Abstract: The object of this research is the cryogenic soils of the territory located in Central Yakutia, in the middle reach of Vilyuy River nearby Makhatta Tukulan with middle-taiga larch woods landscapes. In July 2021, on the right and left banks of the Vilyuy River, twelve soil sections have been formed, which relate to turf-podzols and turf-sub-units of the illovial-ferruginous, sod and alluvial sod, psammozems and stratozems according to to classification and diagnostics of Russian soils (2004). On the slope of the river valley was also formed the soil catena that included elementary geochemical landscapes of river terraces tops and slopes surfaces, as well as middle and high floodplains on the slopes of thermofusional funnels. Soil sections were also formed in flooded beam bottom and well-drained ravine bottom, on sub-horizontal Makhatta Tukulan surface, bottoms and  slopes of thermo-suffosional funnels. The study involves 46 soil samples for measuring the acidity level (pH), electric conductivity (EC), and concentration of total disolved solids (TDS). The explored soils are characterized with pH ranging from 2.81 to 7.78, with most common fluctuations of 5.5–5.6. TDS rates were often within the limit of 10 mg L-1 and rarely exceeded that threshold, however, there were single valyes higher than 50 mg L-1. Thus, the highest EC values (over 100 μS/cm) were measured in surface and subsurface horizons with high organic matter content, whereas mostly mineral horizons had typical EС values within the limit of 20 μS/cm.

Keywords: dissolved and soluble salts concentrations, electric conductivity, acidity, soil-geochemical catena, elementary geochemical landscapes, Permafrost, soils, organic matter content, Vilyuy River, Yakutia