Как ученые используют дроны для снижения риска катастрофических наводнений из крупных ледниковых озер

Рано утром 13 декабря 1941 года жители перуанского города Уарас услышали ужасающий гул, прокатившийся по долине. В течение нескольких минут на город обрушился поток воды, льда и камней, уничтоживший треть его построек и унесший жизни не менее 2000 человек. Причиной стала катастрофическая прорывная волна из озера Палькакоча, вызванная разрушением природной дамбы из камней и рыхлых отложений. Спустя 80 лет это событие остается одной из самых трагических природных катастроф в Перу.

Этот тип катастрофического события известен как «прорыв ледникового озера». Ледниковые озера, подобные тем, что встречаются в горном хребте Кордильера-Бланка в Андах, часто подпружены моренами, которые могут достигать высоты более 100 метров. Эти природные плотины впечатляют, но часто нестабильны. Сильные дожди, а также лавины из камней, снега или льда могут повысить уровень воды в озерах, что приводит к образованию волн, переливающихся через гребень морены или вызывающих ее разрушение с высвобождением огромных объемов воды. Ожидается, что частота таких катастроф будет расти в Перу и по всему миру по мере того, как изменение климата приводит к таянию ледников с беспрецедентной в истории скоростью.

Трагическая история стимулировала международные исследования стабильности морен, сдерживающих ледниковые озера Перу. Кордильера-Бланка на севере страны содержит самую высокую концентрацию тропических ледников в мире. Прогнозирование времени и разрушительности таких прорывов критически важно для более чем 320 000 человек, живущих ниже по течению. Геоинженерные модели используют такие переменные, как размер и объем озера, высота, ширина и уклон моренной дамбы, а также размеры канала и долины для оценки стабильности дамбы и риска наводнения. Однако эти модели часто не включают достаточной информации о составе морены, который может значительно варьироваться в зависимости от местоположения и условий формирования.

Исследование, проводимое в сотрудничестве между Университетом Макмастера и Национальным институтом исследований ледников и горных экосистем Перу (INAIGEM), направлено на установление происхождения этих моренных дамб и их физических характеристик, а также особенностей озер. Эти особенности могут оказывать существенное влияние на стабильность дамбы и вероятность ее разрушения. Ученые анализируют архитектуру крупных боковых морен, формирующихся по бокам ледников, в южной Исландии с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА, дронов) для сбора высокодетальных изображений. Эти изображения позволяют идентифицировать и классифицировать участки грубо- и мелкозернистых отложений, которые могут стать зонами просачивания воды и выноса осадка, приводя к разрушению дамбы. Аналогичные высокодетальные съемки с БПЛА моренных дамб в Кордильера-Бланка запланированы на начало 2022 года.

Эта работа повысит надежность прогностических моделей для идентификации потенциальных угроз от ледниковых озер. Она также позволит определить участки, где наиболее необходимы инженерные работы по укреплению, такие как строительство дополнительных водосбросных каналов или защитных барьеров. Это становится особенно важным, поскольку ледники тают быстрее, объем воды, удерживаемой этими природными дамбами, растет, а разрушительная сила потенциальных паводков увеличивается. Недавнее исследование ученых из Университета Калгари показало, что объем воды в ледниковых озерах во всем мире увеличился на 50% с 1990 года.

С начала XIX века в мире произошло, по оценкам, 165 прорывов ледниковых озер, подпруженных моренами, которые напрямую привели примерно к 12 000 смертей. Исследования в Перу предоставят новые данные о стабильности моренных дамб, которые могут быть применены в других регионах, таких как Боливия, Гималаи и Канадские Скалистые горы, где риск прорывов ледниковых озер также возрастает по мере продолжения таяния ледников из-за потепления климата.