Инициирование аномалий. Сход ледника Колка в 2002 году

1. Краткая геологическая характеристика ледника Колка

Главный Кавказский хребет представляет непрерывную горную цепь, простирающуюся более чем на 1100 км с северо-запада на юго-восток от Черного моря до Каспийского моря. Хребет делит Кавказ на две части: Северный Кавказ и Южный Кавказ. Горная система, в которую входит Главный Кавказский хребет, называется Большим Кавказом. Кавказский хребет занимает площадь ~ 260000 км²; из них Северный склон занимает около 145000 км², а южный – около 115000 км². К водораздельному хребту примыкает ряд высоких котловин (на западе они подходят с юга, на востоке – с севера), замкнутых с одной стороны высотами водораздела. С другой стороны – короткими хребтами возвышенностей, превосходящими главную цепь по высоте в некоторых местах.

С северной стороны водораздела преобладают поперечные котловины, на южной стороне – продольные. Многие высокие вершины лежат не на Водораздельном гребне, а на оконечностях коротких его отрогов, направляющихся на север (Эльбрус 5642 м, Дыхтау 5204 м, Коштантау 5152 м, Гюльчи-Тау 4447 м, Суган-Тау 4487 м, Адай-хох 4405 м). Северный склон Кавказского хребта, образуется множеством отрогов, примыкающих почти перпендикулярно к Главному хребту и отделенных поперечными глубокими долинами, достигает весьма значительного развития в окрестностях Эльбруса (Эльбрусский выступ). Самое значительное поднятие (Эльбрусско-Минераловодская зона разломов) направляется от этой вершины прямо на север, служит водоразделом между водами р. Кубань и р. Терек. Северный склон более развит в восточной части Кавказского хребта, где отроги, многочисленные и значительные по высоте и длине, образуют Дагестанский выступ – большой район, замкнутый высокими хребтами (Андийским, Сала-Тау и Гимринским).

Всего на Кавказе, по данным «Каталога ледников СССР» (1967—1978), 2050 ледников общей площадью 1424 км². Кавказские ледники нигде не спускаются так низко, как ледники Альп. Кавказский хребет почти не уступает ледникам Альпам по площади, числу и размерам. Большее количество значительных ледников находится в эльбрусской и терской частях хребта. В настоящее время большинство ледников Кавказского хребта находится в периоде отступления, длящемся уже несколько десятков лет [1].

В Северной Осетии (Россия) на северном склоне Казбек-Джимарайского массива ледники опускаются с гор. В центре языки трех ледников: Девдоракский, Чач, Майли. С высот 4000-4500 м спускаются висячие ледники северо-восточных склонов Джимарай-хох и участки фирновых полей. Массив гребня Джимарай-Хох, отходящий на восток и обращенный к леднику Колка, сложен в основном трещиноватыми сланцами с наклоном слоев 35-40° на северо-восток при таком же среднем уклоне самого склона. Карово-долинный ледник Колка (42°43′48″ с. ш. и 44°26′08″ в. д.), сошедший 20.09.2002 г., расположен в истоках реки Геналдон (бассейн р. Терек). В периоды между подвижками его площадь составляла 2,47 км², вместе с висячими ледниками – 3,74 км². Тыловая часть ледника располагается на высоте 3450 м, а исток начинается с высоты 3850 м под крутой горой Джимарай-Хох (4780 м) [2. С. 12]. Конец ледника опускается к высотной отметке ~ 2950 м. Ледник залегает на выровненном ложе, имеет толщину 60-100 м. Толщина ледника в тыловой части – 143 м, в средней части, на протяжении 1 км продольного профиля – более 100 м. Зона максимальных глубин вытянута вдоль ледника и смещена к левому (северному) борту. Состояние ледника зависит от баланса массы. Если баланс положительный и ледник наступает – он движется вниз по долине. Если баланс ледника отрицательный – ледник отступает. Область аккумуляции – верхняя часть ледника, где идет накопление снега. Область абляции – нижняя часть, где идет таяние снега и льда. Зону питания ледника Колка составляют фирновые поля и висячие ледники. Снежные лавины, обвалы фирна и льда происходят постоянно. Их мощность варьирует от 40 до 70 метров. Горная порода, разбиваясь на обломки, образуют поверхностный чехол, покрывающий ледник. Более двух третей пологой ледниковой поверхности покрыто породой толщиной от 10 см до 1 м, поступающей с правого борта и с крутых склонов гор Джимарай-Хох и Шау-Хох. Толщина обломочного слоя возрастает с приближением к фронтальной части языка. Увеличение массы льда и обрушений, вызывает рост давления и деформаций в узком "горлышке" массивных склонов. Массивный поток, состоящий из льда и упавших обломков скальных пород, опускаясь из широкой чаши цирка, в относительно узкий выход, создающий участок сопротивления, вынужден менять свою конфигурацию.

Истоки реки Геналдон, наиболее крупного правого притока реки Гизельдон, берут начало с ледников Колка и Майли. Это известный геотермальный район. После слияния ледниковых речек, р. Геналдон течет, преимущественно, в северном направлении. Ко дну долины реки приурочены горячие источники. Тепловой поток, измеренный в скважинах Кармадонской котловины, вдвое выше, по сравнению с предгорьями. Бассейн реки Геналдон сложен разнообразными горными породами, расположенными вкрест простирания крупных разновозрастных геологических структур. Крупный, безамплитудный Геналдонский разрыв в Джимарайском массиве определил впоследствии направление траектории «выброса» ледника Колка из цирка.

2. Характер ледовой обстановки на Кавказе до катастрофы

С 1965 по 1978 г. ученые вели подготовку к изданию «Каталога ледников Кавказа». Каталоги были составлены по топографическим картам с использованием материалов аэрофотосъемки, дополненных данными полевых обследований ледников. Развернутая характеристика тенденций, сложившейся к 1978 г. с ледниками на Кавказе, дается в работе [3]. Ниже приводим краткие выдержки из нее. Оледенение на Кавказе наблюдается только в двух его районах: на Большом Кавказе и на Закавказском нагорье. Общая его площадь 1410,58 км², число ледников 2064. На оледенение Большого Кавказа приходится 99,7% площади всего оледенения Кавказа и 98,0% общего числа ледников; на ледники Закавказского нагорья – соответственно 0,3 и 2,0%. Внутри этих районов распределение ледников неравномерно и объясняется их климатическими и орографическими особенностями. Общий объем льда в ледниках 80,863 км³, из которых 99,9% приходится на ледники Большого Кавказа и всего 0,1% – на ледники Закавказского нагорья. На Большом Кавказе основная часть льда сосредоточена в ледниках северного склона на Центральном Кавказе (55,0%). На северном склоне Большого Кавказа оледенение отмечается на участке Водораздельного хребта: от горы Фишт (2868 м над ур. м.) на западе до горы Тфан (4181 м) на востоке. На южном склоне: от горы Псеашха (3251 м) на западе до горы Таниэ (3491 м) на востоке. Общая протяженность Водораздельного хребта, несущего современное оледенение, на северном склоне около 750 км, а на южном – 400 км. На Закавказском нагорье насчитывается всего 42 ледника общей площадью 3,79 км². Все они сосредоточены на массиве горы Арагац (4095 м) и на Зангезурском хребте, отстоящих друг от друга на 215 км.

Толщина ледников изменяется в диапазоне: от 5 м до 25 м – у каровых и висячих ледников; от 100 м до 160 м – у долинных. Наибольшая толщина льда, определенная радиолокационным методом на леднике Безенги, составила 350 м. В целом для Кавказа характерны небольшие ледники площадью до 1,0 км² при дробности оледенения 0,68 км². Количество ледников с площадью более 10 км² – 14, с площадью более 20 км² – 6. Все они сосредоточены на Центральном Кавказе. Наибольший ледник Кавказа – Безенги, расположенный в центральной части северного склона Большого Кавказа. Средняя высота верхней границы ледников 4260 м, а нижней – 2740 м. В истоках р. Белой один из ледников оканчивается на высоте 1710 м. Основные типы ледников Кавказа – каровые, висячие и долинные. Каровые и висячие ледники преобладают численностью (77,6%), а по площади – долинные, на которые приходится около 48,9% площади всего оледенения. Многим ледникам Кавказа свойствен сезонный характер колебания. В период аккумуляции конец ледника продвигается на несколько метров вниз по долине или склону, а в период абляции отступает вверх. За год величина отступания обычно превышает величину наступания. У некоторых ледников этого не наблюдается, что связано с отрицательным балансом их массы. Особенности в интенсивности деградации оледенения в разных частях Кавказа ученые связывают с различиями их географических условий. Основываясь на анализе работ о изменениях климата в конце XX и первой четверти XXI в., а также сведениях о режиме ледников и их деградации за последние 60 – 90 лет, высказано предположение: оледенение Кавказа с 1980 годов и до конца XX в. уменьшится на 5–10%; в течение первой четверти XXI в. площадь ледников останется той же, что и в конце XX века [3].

На территории Республики Ceвepная Oceтия-Алания в начале 2002 r. располагалось 233 ледника о6щей площадью 139,0 км², из которых 34,6% занимали площадь < 1,0 км². На задних стенках цирков и каров располагалось 98 висячих ледников, площадью 0,02 -1,0 км² [4]. В десятилетия, предшествовавшие подвижкам 1902 и 1969 гг., масса ледника нарастала с ускорением. В период 1993–2002 гг. метеорологические условия не благоприятствовали накоплению ледником массы. В последнее перед 2002 г. десятилетие приход вещества на ледник составлял в среднем 1,39 млн. т/год. В годы экстремального таяния 1998–2000 гг. шло не накопление, а убыль вещества. В 2002 г., после разгрузки ледника Колка в 1969 г., требовался период ~ 40 лет для накопления критической величины массы [5].

3. Исторические подвижки ледника Колка

3.1. Сход ледника в 1902 году

Сто лет назад произошло событие, которое получило название «Геналдонская катастрофа 1902 г.». Характер ранней подвижки был иной. Основное событие подвижки ледника произошло 3 июля, а 6 июля 1902 г. случился повторный обвал. Со стороны ледника Майли и ущелья Колка были слышны треск и сильный шум, после чего из ущелья Колка показался ледник громадных размеров. Жители в тот момент ожидали катастрофу и предпринимали меры для недопущения жертв. Объем ледового завала в августе 1902 г., по данным инструментальных измерений землемеров Терской областной чертежной, составлял 5 882 500 кубических сажен. В метрических единицах это соответствует 57 млн. м³. Архивные документы рассказывают о затоплении участков в районе села Гизель и станицы Архонской вследствие увеличения водности рек из-за таяния завала. В августе 1902 г. под руководством атамана станицы Архонской проводились гидротехнические мероприятия. Атаманом Сунженского отдела было выпущено предписание о переселении жителей станицы в безопасное место. Специалисты тех далеких времен грамотно описали топографическую привязку ледника по отношению к географическому положению ледника Майли и соседних вершин гор. Изложенный в документах материал дает качественное и ясное представление о происходивших явлениях. Фрагменты документов (без изменений правописания) адекватно передают картину движения ледника и событий в 1902-1903 гг.

«Ущелье речки Генал-дон начинается в пределах снеговой линии главнаго Кавказскаго хребта, у подножия снеговых вершин Джемарай-хох и Тамбал Цити, где носит название ущелье «Колка». Это ущелье имеет северо-восточное направление, склоняясь более к востоку чем к северу, и определяется на юге северным склоном главнаго хребта с вершинами Джемарай-хох и Тамбал Цити, с котораго в ущелье спускаются несколько глетчеров, с северной же стороны ущелье «Колка» ограничивается скалистым хребтом Хуцан-хох… обвалы ледников первоначально последовали с севернаго склона главнаго хребта, а затем с горы Джемарай-хох в описанное выше ущелье «Колки», из которого эти обвалившиеся ледники стремительно спустились вначале в восточном направлении по ущелью «Колки» и, пройдя чрез восточный узкий выход этого ущелья уничтожили находившийся близ этого места сооружения лечебнаго курорта источника Кармадон и встретив на этом направлении северную оконечность ледника Майли и потревожив отчасти этот ледник вся масса, обвалившихся ледников повернула на север по ущелью Генал-Дона и, стремительно несясь по этому, довольно крутому в этом месте ущелью, остановилась против селения Верхний Тменикау, проследовав, приблизительно в восточном направлении по ущелью «Колка» около 4 верст и затем в северном направлении по ущелью «Генал-Дон» около 8–10 верст» [6. С. 396–397]. Суммарный материальный ущерб составил 12 757 рублей в ценах царской России 1902 года. По рапорту генерала С.Е. Толстова 3 и 6 июля 1902 г. погибло 36 человек.

3.2. Подвижки ледника в 1969-1970 гг.

Начиная с 1960-х годов, пульсирующие ледники стали предметом детальных исследований – сначала на Памире (катастрофическая подвижка с прорывом подпруженного озера в 1963 г.), а потом на Кавказе. В конце 1969 г. неожиданно тронулся ледник Колка, расположенный на северном склоне Казбек-Джимарайского массива в истоках р. Геналдон (бассейн Терека). Движение по склону – естественное состояние ледника. По мнению ученых, когда от накопившейся избыточной массы превышен предел упругих деформаций, происходит импульсная подвижка ледникового "языка" и быстрая разгрузка (возможно и разрушение) всего тела. Ледник, которому свойственны резко выраженные колебания, приводящие к перестройке его режима и к изменению форм, без изменения общей массы, ученые называют пульсирующим. Главный признак ледника пульсирующего типа проявляется в увеличении скорости движения на несколько порядков с перемещением массы из верхней зоны – вниз. После остановки, ледник тает на всем протяжении продвинувшей части.

Отличительная особенность пульсирующих ледников – неустойчивость динамического режима, вызванная их строением, особенностями питания и характером стока, который чаще всего затруднен на всем протяжении, либо на определенном участке. Это вызывает в движущемся льду внутреннее напряжение и упругие деформации. В течение многих лет, наращивая массу до определенной критической величины, они задерживаются перед препятствием. Когда тормозящие силы не в состоянии противостоять сдвигающим силам, происходит резкая разрядка напряжения [7. С. 15-23].

После периода сокращения в 1920–30 е годы, в конце 40-х годов фронт ледника начал смещаться вниз со скоростями 20–30 м/год и за 1946–1956 гг. продвинулся на 210 м. С 1956 по 1969 г. поверхность языка ледника Колка повысилась на 20–25 м, в тыловой части ледника уровень льда достиг высоты левой береговой морены и появились серии трещин [7. С. 15-23]. Такие изменения языка ледника Колка не согласовывались с поведением других ледников. В 1969 г. произошла подвижка ледника Колка. Фронт ледника смещался со скоростью до 50 м/год. За 1967 г. ледник продвинулся на 160 м, а к июню 1969 г. – на 150 м. За три следующих месяца он прошел еще 80 м. Поверхность ледникового языка заметно поднялась, трещины образовывали труднопроходимые зоны. Выше головного участка на теле ледника появилось крупное вздутие поверхности. Переход в быстрое наступание произошел 28 сентября 1969 года. Язык ледника за шесть суток прошел 1300 м, достигнув края ледника Майли к 4 октября [6. С. 396–397]. Ледником перекрыло гребни морен. Сток реки с ледника нарушился, вода была насыщена взвешенным материалом. Ледник продвигался вниз со скоростью нескольких сотен метров в сутки, масса льда дробилась и перемешивалась. По фотоснимкам очевидцев установили, что предварительный выброс льда из ущелья Колки произошел до 4 октября. На дне долины, вблизи источников, осталась раздробленная масса льда объемом примерно 1 млн. м³. Наблюдателей в Верхнем Кармадоне в тот момент не оказалось.

Ледник двигался еще три месяца, с остановкой на две недели в конце октября. В начале ноября ледник Колка разрушил частично лед на языке ледника Майли. Масса раздробленного ледника, движущаяся вниз, заполнила верховье долины Геналдона и спустилась до отметки 2340 м. В ущелье ни на минуту не прекращались гул и треск. С конца сентября 1969 г. до 10 января 1970 г. ледник Колка увеличил свою длину на 4100 м. Продвинувшись за все время наступания на 4800 м, остановился против устья реки Белой, на отметке 1975 м над уровнем моря. Средняя скорость движения ледника составляла 20–50 м/сутки, а в отдельные периоды превышала 200 м/сутки. Фронт ледника сместился по высоте на 975 м вниз. Из прежнего ледника был вынесен объем льда порядка 75–80 млн. м³. После остановки фронта, язык ледника прекратил продвижение, но массы льда продолжали поступать к нему порциями. На протяжении 1970 года подача льда угасала. Суммарный объем льда, выброшенного в долину и осевшего в ущелье Колка, оценивается в 100–110 млн м³ [7. С. 15-23].

Подвижка ледника Колка в 1969/70 г. проходила в зимнее время и завершилась без катастрофы. Ледник, которому свойственны резко выраженные колебания, приводящие к перестройке его режима и к изменению форм, без изменения общей массы, ученые называют пульсирующим. Главный признак ледника пульсирующего типа проявляется в увеличении скорости движения на несколько порядков с перемещением массы из верхней зоны – вниз. После остановки, ледник тает на всем протяжении продвинувшей части. По мнению ученых, когда от накопившейся избыточной массы превышается предел упругих деформаций, происходит импульсная подвижка ледникового "языка" и быстрая разгрузка (возможно и разрушение) всего тела. Отличительная особенность пульсирующих ледников – неустойчивость динамического режима, вызванная их строением, особенностями питания и характером стока, который затруднен на всем протяжении, либо на определенном участке. Это вызывает в движущемся льду внутреннее напряжение и упругие деформации. Наращивая массу до определенной критической величины, в течение многих лет они задерживаются перед препятствием. Когда тормозящие силы не в состоянии противостоять сдвигающим силам, происходит резкая разрядка напряжения [7. С. 15-23].

После подвижки 1969-1970 гг. ледник Колка стал объектом исследования гляциологов. С целью исследования подвижки ледника Колка, Институт географии АН СССР организовал экспедицию и в течение девяти лет (с 1969 по 1978 гг.) вел наблюдение за состоянием ледника и накоплением воды в его бассейне. Ручьи горячих источников и талых вод выходили по центральному тоннелю к руслу реки Геналдон. В 1977 году на поверхности льда открылась воронка диаметром около 10 м. Затем таяние вскрыло огромную полость глубиной 60–70 м с нависающей кровлей. Внутри оказалась сеть пустот и тоннелей с высотой сводов от 0,5 до 20 м [2. С. 39]. По мнению ученых, через толщу ледника Колка пробилось тепло горячих источников Верхнего Кармадона.

4. Непрогнозируемая гляциальная катастрофа

Начиная с 1980 г., в регионе Северного Кавказа увеличивалась среднегодовая температура. Согласно данным Всемирной метеорологической организации, в 2002 г. она выросла на 0,42%. По официальным данным, в 2002 г. в России произошло 1040 чрезвычайных ситуаций. В них погибли 1900 человек, более 350 тыс. пострадали. Наиболее значительные потери принесли природные бедствия. В сравнении с 2001 г., общее количество чрезвычайных ситуаций в 2002 г. увеличилось на 24%. По мнению специалистов, рост их масштабов связан, прежде всего, с проявлениями глобальных изменений в климате.

Созревание ледника – длительный процесс, мгновенной угрозы он не представляет. Движение ледника по склону – естественное состояние. Надвигающуюся опасность можно определить по профилю, трещинам и толщине льда, осматривая ледники один раз в год, Землетрясениям подвержено более 28-40% территории Большого Кавказа; что касается территории Северной Осетии, процент это составляет не менее 50%, так как землетрясения связываются главным образом с участками земной коры, в которых активно проявляются новейшие тектонические движения, а РСО-Алания – область современного горообразования [8]. Автор признает, что сведения по землетрясениям территории Северной Осетии отрывочны, не систематизированы, постоянных наблюдений и настоящего изучения по ним еще нет.

Осенью 2002 года ничто не предвещало катастрофы. Заместитель заведующего отделом гляциологии Института географии Российской академии наук Н.И. Осокин отмечал: «До начала 90-х годов сотрудники Гидрометеослужбы регулярно проводили аэровизуальное наблюдение за многими ледниками Кавказа; затем финансирование сократилось, и вертолет стал недоступен» [9]. В 2002 году произошло то, что, по прогнозам гляциологов, могло произойти не раньше 2035-2040 годов. В девятом часу вечера 20 сентября, в 15 км южнее села Кармадон вниз по течению реки Геналдон сошел ледник Колка. Масса, состоящая из льда, воды и камней, двигалась от верховьев долины р. Геналдон, вырывая со склонов лес и рыхлые отложения до высоты 100 м, на протяжении всего пути. Подвижная масса застопорилась перед входом в сужающуюся часть Скалистого хребта. Длина завала в Кармадонской котловине, на высоте 1200-1300 м от уровня моря, составляла около 4 км. Толщина завала в среднем 60 м, во фронтальной части – 115 м; объем – 115 млн м³. В тыловой части завала, масса льда была заброшена на высоту 50 м над рекой [10]. Ориентировочно 5-10 млн. м³ воды перемещалось с массивом. Ничего подобного на Кавказе ранее не наблюдалось. При движении ледовой массы образовался селевой поток протяженностью 16,5 км, толщиной до 10 м, шириной около 50 м, объемом 10–12 млн. м³, который остановился в 6 км южнее населенного пункта (н. п.) Гизель. Льдом и камнями было завалено примерно 30 км ущелья. Свыше сотни людей значатся пропавшими без вести. В их числе съемочная группа (27 чел.) Сергея Бодрова. Неизвестна судьба нескольких альпинистов, пастухов и пограничников. В результате стихийного бедствия были полностью разрушены нежилой корпус санатория "Кармадон", базы отдыха, ЛЭП-110 кВ протяженностью 1,5 км, строящаяся ветка газопровода, очистные сооружения санатория "Кармадон", скважины водозабора минеральных источников с накопительными емкостями. Блокированы н. п. Майрам, Кани, Старая Саниба, Кобан и Тменикау.

Леднику свойственна определенная скорость вещественного обмена. Изменение структуры ледника и перемещение его массы из цирка на полтора десятка километров в течение нескольких минут – аномальное явление в горной гляциологии. В расследовании Геналдонской катастрофы основная роль отводилась сотрудникам Росгидромета и Минприроды, на которых был возложен мониторинг обстановки горных районов России. Вывод экспертов стал известен 23 сентября: причина катастрофы – внезапное обрушение с Казбек-Джимарайского высокогорного плато висячего ледника, выбившего Колку из ложа. Жителям Северной Осетии об этом сообщил на следующий день заместитель начальника республиканского Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды А.П. Полквой [11]. Версия обвала небольших ледников на ложе цирка была признана специалистами МЧС основной и стала официальным заключением комиссии о причине катастрофы. К концу октября 2002 г. такую оценку события признавало подавляющее число людей, причастных к оперативному изучению ледника.

Ряд авторов отмечает, что в последние годы до катастрофы постоянного наблюдения за ледником не велось. Уменьшилось количество гидрометеорологических станций. Гидрометеорологи этот ледник посещали не каждый год. Заместитель заведующего отделом гляциологии Института географии Российской академии наук Н.И. Осокин отмечал [9]: «До начала 90-х годов сотрудники Гидрометеослужбы регулярно проводили аэровизуальное наблюдение за многими ледниками Кавказа; затем финансирование сократилось, и вертолет стал недоступен». По характеру подвижек в 1902 г. и 1969–1970 годах ледник описали как пульсирующий. повторение пульсации ожидалось через ~70 лет. Событие, по прогнозам гляциологов, могло произойти не раньше 2035-2040 годов.. Ничто не предвещало катастрофы. Явление, произошедшее осенью 2002 г., оказалось неожиданным для специалистов и выходило за рамки сложившихся представлений. По мнению ученых, ошибка в прогнозе движения – результат не соблюдения регламента осмотров ледника Колка.

По словам ведущего гляциолога Северокавказского управления гидрометеорологии Ю. Ильичева, причина аномально сброса кроется в землетрясении на Черноморском побережье Кавказа, зафиксированном 8 сентября 2002 года. С мнением коллеги согласился А. Полквой [12]. Объясняя случившееся происшествие, исследователи исходят из разных природных процессов. В академических кругах не существует консенсуса о причинах скоротечного выноса ледника Колка 20.09.2002 г. в Геналдонское ущелье. Причины катастрофы объединяют, обычно, в 3 категории: сейсмическая, вулканическая и метеорологическая. Некоторые склонны считать, что в сходе ледника принимали участие все три механизма.