Funkcjonowanie geoekosystemów glacjalnych i peryglacjalnych NW

Funkcjonowanie geoekosystemów glacjalnych
i peryglacjalnych NW części Ziemi Wedela Jarlsberga
(rejon Calypsobyen), Spitsbergen
Stefan BARTOSZEWSKI 1, Stanisław CHMIEL 1, Stanisław CHIBOWSKI 2,
Grzegorz GAJEK 1, Andrzej GLUZA 1, Kazimierz PĘKALA 1,
Janina REPELEWSKA−PĘKALOWA 1, Marek RESZKA 2 i Piotr ZAGÓRSKI 1
1
Instytut Nauk o Ziemi, Uniwersytet Marii Curie−Skłodowskiej, Al.Kraśnicka 2cd, 20−718 Lublin
<[email protected]>
2
Zakład Radiochemii i Chemii Koloidów, Uniwersytet Marii Curie−Skłodowskiej,
Pl. Marii Curie−Skłodowskiej 2/1 2R, 20−031 Lublin
<Stanisł[email protected]> <[email protected]>
Badania związane z realizacją projektu zamawianego PBZ−KBN−108/PO4/2004
„Struktura, ewolucja i dynamika litosfery, kriosfery i biosfery w europejskim sek−
torze Arktyki i Antarktyce” były prowadzone w celu poznania reakcji geoekosys−
temów (zlewni) zlodowaconych i niezlodowaconych na zmiany klimatu w ob−
szarze NW części Ziemi Wedela Jarlsberga ,w rejonie Calypsobyen na Spits−
bergenie. Dotyczyły one warunków klimatycznych rejonu Calypsobyen, bilansu
masy, procesów ablacji i recesji lodowców (na przykładzie lodowców: Scotta
i Renarda), procesów hydrograficznych i hydrochemicznych w zlewni Lodowca
Scotta i zlewni peryglacjalnej rzeki Wydrzycy, dynamiki czynnej warstwy zmarz−
liny, skutków morfologicznych reakcji wieloletniej zmarzliny na zmiany klimatu
oraz transferu i stanu zanieczyszczeń środowiska w warunkach narastającej antro−
popresji.
Klimat południowego obramowania Bellsundu kształtowany jest przez proce−
sy związane z dopływem promieniowania słonecznego, cyrkulacją atmosferyczną
oraz wpływem morza, lodowców i rzeźby terenu. Warunki meteorologiczne, prze−
bieg pogody i fluktuacje klimatu były rejestrowane tylko podczas sezonów letnich
w stacji bazowej, zlokalizowanej na równinie nadmorskiej w Calypsobyen. W la−
tach 2004–2007, przy zastosowaniu aparatury do rejestracji ciągłej, uzyskano
dane dotyczące temperatury również z okresu zimy. Rejestrację podstawowych
elementów meteorologicznych prowadzono od 1986 roku. Oprócz stacji bazowej
założono sieć pomiarów mających za zadanie określenie warunków topoklimatu
oraz mikroklimatu zarówno obszarów tundrowych jak i lodowców powyżej i po−
niżej granicy firnu.
Uzyskane wyniki świadczą, że przebieg pogody rejonu Calypsobyen był bar−
dzo zmienny w poszczególnych latach, ze średnią temperaturą powietrza z wielo−
lecia (1986–2006) wynosząca 5,6 C (Gluza, Siwek 2005). Na uwagę zasługują wa−
54
Stefan Bartoszewski i in.
runki anemometryczne związane zarówno z cyrkulacją atmosferyczną jak i wa−
runkami orograficznymi, które sprzyjają powstawaniu wiatrów foehnowych. Naj−
bardziej zróżnicowanym elementem meteorologicznym, zarówno pod względem
wielkości jak i częstotliwości występowania, są opady. Najwyższa suma opadu
(w sezonie letnim 1994) wyniosła 54 mm, zaś najwyższa suma dobowa – 36,3 mm,
natomiast średnia suma z wielolecia wynosi 17.5 mm (Bartoszewski i in. 2006).
Celem badań hydrograficznych było poznanie zmian rytmu obiegu wody
w zlewniach zlodowaconych i peryglacjalnych, zasilanych ze zmarzliny. Dokona−
no oceny warunków akumulacji i ablacji pokrywy śnieżnej na lodowcach oraz
kształtowania się warunków wodnych w czynnej warstwie zmarzliny. Zwrócono
uwagę na procesy odpływu w zlewniach o zróżnicowanej alimentacji, związanej
z innymi komponentami środowiska.
Podstawowymi (modelowymi) obiektami był Lodowiec Renarda, zlewnia rze−
ki Scotta, gdzie lodowiec zajmuje 50% powierzchni i zlewnia rzeki Wydrzycy.
Zlewnia Lodowca Renarda ma powierzchnię 39 km2, w tym lodowiec, którego
czoło dociera do poziomu morza, zajmuje 28 km2. Jest to lodowiec politermalny
i wykazuje skomplikowany system drenażu z pokrywami naledzi w strefie margi−
nalnej. Lodowiec Renarda objęty jest recesją frontalną w tempie do 50m/rok.
Pomiary ablacji i pokrywy śnieżnej wykazują że jego bilans masy jest ujemny (Ja−
nia 2006; Reder i Zagórski 2007a, b).
Zlewnia rzeki Scotta charakteryzuje się dobrze rozwiniętym systemem drena−
żu powierzchniowego i wewnętrznego. Jak wykazały pomiary, w ostatnich latach
lodowiec znalazł się w fazie recesji. Średnie tempo cofania się jego czoła wynosi
37 m/rok i wykazuje tendencję wzrostową (Bartoszewski i in. 2006; 2007a, b;
Reder i Zagórski 2007b; Zagórski i in. 2007a, b).
Zlewnia rzeki Wydrzycy reprezentuje obszar równiny nadmorskiej oraz stro−
me zbocza górskie. W strukturze odpływu rocznego dominują wody proniwalne,
stanowiące : odpływu z całego sezonu hydrologicznego. Średni odpływ wieloletni
wynosi 400 mm. Po spływie wód pochodzących z pokrywy śnieżnej, rzeka zasila−
na jest wodami opadowymi i z rozmarzania wieloletniej zmarzliny. Krzywa
przepływów wskazuje na proces wyczerpywania się zasobów, lub w przypadku
obfitych opadów – gwałtownie rośnie (Bartoszewski i in. 2006) co uaktywnia pro−
cesy morfogenetyczne (Repelewska−Pękalowa 2004; Repelewska−Pękalowa, Pę−
kala 2004a,b).
Badania hydrochemiczne wód w zlewniach zlodowaconych i niezlodowaco−
nych w rejonie Bellsundu wykazały zróżnicowanie składu fizykochemicznego na
poszczególnych etapach obiegu hydrologicznego wody. Udokumentowano zmien−
ność czasową i przestrzenną wynikającą ze stopnia zlodzenia zlewni i warunków
geochemicznych. Uzyskane wyniki wskazują na ogromną rolę czynników biotycz−
nych w procesie ługowania minerałów (Chmiel i in. 2007a).
Wykonane badania zawartości metali ciężkich w próbkach wody, skał, gleb
i roślin wykazały zróżnicowane ich stężenia, przeważnie jednak na niskim po−
Projekt Zamawiany: PBZ−KBN−108/PO4/2004−2007
55
ziomie. Uzyskane wyniki wskazują, że zawartość badanych metali ciężkich w ana−
lizowanym zbiorze jest wynikiem naturalnych warunków środowiskowych strefy
polarnej Spitsbergenu, z oznakami oddziaływań antropogenicznych (Chmiel i in.
2007b).
Pomiary radioaktywności próbek skał, gleb i roślin wykazały znaczny spadek
promieniotwórczości w stosunku do wartości notowanych po awarii w Czarnoby−
lu i przewagi promieniowania o charakterze naturalnym.
Zróżnicowanie tempa rozmarzania gruntu i wzrostu miąższości warstwy czyn−
nej zmarzliny wiązało się z fluktuacjami klimatycznymi w poszczególnych latach
i przebiegiem pogody w cyklu rocznym. Duży wpływ miały czynniki o zasięgu
zarówno regionalnym jak i lokalnym takie jak: zjawiska foehnowe, odwilże i opa−
dy deszczu w porach przejściowych, mobilność wody w utworach pokrywowych,
roślinność oraz cechy topograficzne: nachylenia i ekspozycja stoków. Jest to waż−
ny problem zarówno w kontekście globalnych zmian klimatu, jak też skutków
morfologicznych w skali regionalnej i lokalnej. W okresie prowadzenia badań
w rejonie Calypsobyen zarejestrowano wzrost miąższości warstwy czynnej we
wszystkich ekosystemach tundrowych , co pociągnęło za sobą uaktywnienie pro−
cesów morfogenetycznych zarówno na stokach, jak i na równinach (Pękala i Repe−
lewska−Pękalowa 2007; Repelewska−Pękalowa i Pękala 2004a, 2007).
Stwierdzono powszechny wzrost wietrzenia fizycznego, a na stokach dotych−
czas dość stabilnych – bardzo aktywne procesy grawitacyjne takie jak: odpadanie,
obrywy, osuwiska. Soliflukcja rozwijająca się na stokach przybrała w przewadze
postać frontalnego ruchu pokryw w ich środkowych i dolnych odcinkach (Re−
pelewska−Pękalowa i Pękala 2004b). Na powierzchniach płaskich stwierdzono
większą aktywność rozwoju form i struktur mrozowych związanych z pęcznie−
niem i segregacją mrozową. Procesom erozji i termoerozji ulegają formy i obszary
w obrębie których występują różne formy lodu gruntowego (jak pagóry palsa,
pingo, żyły i kliny lodowe) oraz pokryty osadami sandrowymi i morenowymi lód
lodowcowy i naledzie – w strefie marginalnej lodowców (Pękala 2004; Pękala
i Repelewska−Pękalowa 2004, 2005) . Degradacja różnych form lodu gruntowego
jest wyraźnym wskaźnikiem reakcji wieloletniej zmarzliny na zmiany klima−
tyczne.
Ocena aktywności procesów peryglacjalnych dokonana w roku 1996 i 2006 na
obszarze NW części Ziemi Wedela Jarlsberga wskazywała, że ich przebieg i wskaź−
niki ilościowe były porównywalne z innymi rejonami Spitsbergenu i nie miały cha−
rakteru zdarzeń ekstremalnych (Repelewska−Pękalowa i Pękala 2006). Wzrastającą
aktywność procesów morfogenetycznych zarejestrowano głównie po roku 2000, co
niewątpliwie pozostaje w związku z oddziaływaniem klimatu i trendami jego zmian.
Zarejestrowane zmiany bilansu masy, wysokiej ablacji i recesji lodowców,
wzrostu miąższości warstwy czynnej wieloletniej zmarzliny, aktywności pro−
cesów geomorfologicznych są świadectwem ewolucji kriosfery związanej za−
równo z warunkami lokalnymi, jak i z globalnymi zmianami klimatu.
56
Stefan Bartoszewski i in.
Publikacje w ramach projektu zamawianego:
BARTOSZEWSKI S. i CHMIEL S. (złożone). Runoff and hydrochemical properties of the of the selected
geoecosystems in Calypsostranda region (Spitsbergen). Polish Polar Research.
BARTOSZEWSKI S., GLUZA A. i SIWEK K. 2006. Wybrane problemy kształtowania się warunków
meteorologicznych i hydrologicznych NW części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen). W:
J.Superson i P.Zagórski (red.) Stan i zmiany środowiska przyrodniczego północno−zachodniej
części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen) w warunkach zmian klimatu i antropopresji.
Lublin: 53–60.
BARTOSZEWSKI S., GLUZA A., SIWEK K. i ZAGÓRSKI P. 2007a. The functioning of Scott Glacier in
conditions of climate global changes. Landform Analysis 5: 5–8.
BARTOSZEWSKI S., GLUZA A., SIWEK K. i ZAGÓRSKI P. (złożone). Hydroclimatic conditions of
proglacial outflow from the Scott Glacier basin (NW part of Wedel Jarlsberg Land – Spits−
bergen) in Summer seasons of 2005 and 2006. Polish Polar Research.
CHMIEL S., BARTOSZEWSKI S., GLUZA A., SIWEK K. i ZAGÓRSKI P. 2007a. Physicochemical char−
acteristics of land waters in the Bellsund region (Spitsbergen). Landform Analysis 5: 13–15.
CHMIEL S., RESZKA M. i RYSIAK A. (złożone). Heavy metals and radioactivity in environmental
samples of Scott Glacier region on Spitsbergen (2005). Polish Polar Research.
JANIA J., GRABIEC M., GAJEK G., KOLONDRA L., GLOWACKI P. i PUCZKO D. 2006. Changes in the
topography of selected glaciers in southern Spitsbergen in the light of the GPS survey in 2005 W:
The Mass Budget of Arctic Glaciers. Extended abstracts. Workshop and GLACIODYN Planning
Meeting, 29 January – 3 February 2006, Obergurgl (Austria): 54–59.
GLUZA A. i SIWEK K. 2006. Przebieg warunków pogodowych na stacji w Calypsobyen w sezonie
letnim 2005. Problemy Klimatologii Polarnej 16: 139–146.
PĘKALA K.2004. Rozwój procesów morfogenetycznych w strefie przedpola lodowców Scotta i Renarda
w warunkach postępujących zmian klimatu (Bellsund, Spitsbergen). W: Z. Michalczyk (red.)
Badania geograficzne w poznawaniu środowiska. Wyd. UMCS Lublin: 231–238.
PĘKALA K. i REPELEWSKA−PĘKALOWA J. 2004. Formy typu pingo w rejonie południowego Bellsundu
(Spitsbergen). W: A. Styszyńska i A.A. Marsz (red.) Polish Polar Studies, XXX Międzynarodowe
Sympozjum Polarne, Gdynia: 293–305.
PĘKALA K. i REPELEWSKA−PĘKALOWA J. 2005. Pingos in the north−western part of Wedel Jarlsberg
Land (Spitsbergen). TERRA NOSTRA 2: 2nd European Conference on Permafrost, Potsdam,
Germany: 75.
PĘKALA K. i REPELEWSKA−PĘKALOWA J. 2007a. Dynamics of active layer of permafrost. Landform
Analysis 5: 168–169.
PRZYBYLAK R., ARAŹNY A., GLUZA A., HOJAN M., MIGAŁA K., SIKORA K., SIWEK K. i ZWOLIŃSKI
Z. 2006. Porównanie warunków meteorologicznych na zachodnim wybrzeżu Spitsbergenu w se−
zonie letnim 2005 r. Problemy Klimatologii Polarnej 16: 125–138.
REDER J. i ZAGÓRSKI P. 2007a. Recession and development of marginal zone of the Renard Glacier.
Landform Analysis 5: 163–167.
REDER J. i ZAGÓRSKI P. 2007b. Recession and development of marginal zone of the Scott Glacier,
Landform Analysis 5: 175–178.
REPELEWSKA−PĘKALOWA J. 2004. Dynamika czynnej warstwy zmarzliny w różnych geoeko−
systemach. W: Z. Michalczyk (red.) Badania geograficzne w poznawaniu środowiska. Wyd.
UMCS, Lublin: 239–245.
REPELEWSKA−PĘKALOWA J. i PĘKALA K. 2004a. Active layer dynamics at the Calypsostranda
CALM site, Recherche Fiord region, Spitsbergen. Polar Geography 28, 4: 326–340.
REPELEWSKA−PĘKALOWA J. i PĘKALA K. 2004b. Procesy soliflukcji w strefie obrzeżenia fiordu Re−
cherche (Spitsbergen). W: A. Styszyńska i A.A. Marsz (red.) Polish Polar Studies, XXX Między−
narodowe Sympozjum Polarne, Gdynia: 321–331.
Projekt Zamawiany: PBZ−KBN−108/PO4/2004−2007
57
REPELEWSKA−PĘKALOWA J. i PĘKALA K.2006. Rzeźba peryglacjalna rejonu Bellsundu (Spits−
bergen) w aspekcie badań Wypraw Polarnych UMCS. W: J. Superson i P. Zagórski (red.) Stan
i zmiany środowiska przyrodniczego północno−zachodniej części Ziemi Wedela Jarlsberga
(Spitsbergen) w warunkach zmian klimatu i antropopresji. Lublin: 25–33.
REPELEWSKA−PĘKALOWA J. i PĘKALA K. 2007. Reakcja wieloletniej zmarzliny na zmiany klimatu.
W: A. Styszyńska i A.A. Marsz (red.) Zmiany klimatyczne w Arktyce i Antarktyce w ostatnim
pięćdziesięcioleciu i ich implikacje środowiskowe. Akademia Morska, Gdynia: 279–288.
ZAGÓRSKI P. 2007. Present morphogenesis of the shore and the importance of archaeological sites
for reconstructing the stages of development. Landform Analysis 5: 182–186.
ZAGÓRSKI P. i BARTOSZEWSKI S. 2004. Próba oceny regresji lodowca Scotta (Spitsbergen) w oparciu
o materiały archiwalne i pomiary GPS. W: A. Styszyńska i A.A. Marsz (red.) Polish Polar Studies,
XXX Międzynarodowe Sympozjum Polarne, Gdynia: 415–424.
ZAGÓRSKI P., SIWEK K., GLUZA A. i BARTOSZEWSKI S. (złożone). Changes of extent and geometry
of Scott Glacier (Spitsbergen) in the 2005/2006 season on the background of multiyear period of
1990–2005. Polish Polar Research.
ZAGÓRSKI P., PĘKALA K. i REPELEWSKA−PĘKALOWA J. 2007. The role of the Renard Glacier in
forming of shore zone. Landform Analysis 5: 160–162.