Для оценки скорости смещения береговой линии была использована традиционная для береговых исследований методика, включающая в себя привязку аэро- и космических снимков, оценку точности их привязки, оцифровку береговых линий и последующий расчет скоростей разрушения или аккумуляции с использованием DSAS — Digital Shoreline Analysis System v.5.1. (Himmelstoss et al., 2021). Использованы космические снимки высокого и сверхвысокого разрешения: отсканированных архивных аэрофотоснимков KH-2 Corona 1961 г. съемки (пространственное разрешение 4,5 м), KH9-13 Hexagon 1977 г. (0.9 м), KH9-19 Hexagon 1984 г. (1 м) и современного мультиспектрального снимка SPOT-7 2015 г. (1.5 м) (табл. 1). Снимки KH были вручную привязаны к современному снимку в ПО ArcGIS 10.5 методом полинома второго порядка (как минимум, 20 опорных точек на каждую сцену). Итоговая погрешность определялась как квадратный корень из суммы пространственного разрешения космического снимка и среднеквадратичной ошибки аппроксимации снимков, разделенная на исследуемый временной промежуток, и составила 0.11 м/год.

Табл. 1. Космические снимки, использованные в работе

Полученные мозаики разновременных снимков были использованы для оцифровки береговой линии, определение которой может быть проведено множеством способов в зависимости от задач исследования, типа берега и гидродинамических особенностей акватории (Boak, Turner, 2005). В отличие от термоабразионных берегов, где в качестве «прокси» береговой линии используется бровка уступа размыва, положение береговой линии аккумулятивных берегов при отсутствии четкого перегиба поперечного профиля (уступа размыва, подножья авандюны и т.д.), является более дискуссионным и насчитывает более десяти интерпретаций (Boak, Turner, 2005). Непосредственно на изучаемом аккумулятивном участке можно выделить четыре «прокси» береговых линий (рис. 3а).

Положение линии уреза (уровня воды на момент съёмки, O) возможно определить автоматическими методами, однако данный индикатор береговой линии в наибольшей степени подвержен колебаниям уровня моря из-за приливно-отливного воздействия и ветро-волновых условий в момент съёмки. Для её выделения на современном мультиспектральном снимке рассчитывался индекс NDWI (Normalized Difference Water Index – Нормализованный Разностный Водный Индекс). Рассчитывается по формуле: NDWI = (Green – NIR)/ (Green + NIR). За границу суши и воды было принято значение 0.1 (значениям NDWI> 0.1 соответствует водная поверхность). Для фотографических снимков KH проводилась автоматическая кластеризация (Iso Cluster Unsupervised Classification). Поверхность воды таким образом выделялась неточно, однако четко выделялся песок пляжа, который повсеместно представлен на участке. Таким образом мористая граница пляжа выделялась как береговая линия на архивных снимках. Однако на множестве участков проведение береговой линии таким образом было затруднено, за счет неточностей классификации, а также из-за наличия множества вдольбереговых валов и кос в береговой зоне. Автоматически выделенные с помощью индекса NDWI и кластеризации береговые линии были вручную отредактированы на всем протяжении берега

Положение бровки берегового вала (I) формально наиболее точно описывает надводную часть пляжа, однако положение береговых валов в пределах пляжа мозаично и не выдержано в плане, что не позволяет данную прокси считать надёжной. Тыловые береговые линии, такие как положение бровки уступа авандюны или положение пояса закустовых бугров (D), в многолетнем масштабе наиболее точно фиксируют эрозионную тенденцию берега (Boak, Turner, 2005), однако в изучаемой береговой зоне дешифрируются лишь на отдельных участках и не на всех временных срезах. Кроме того, данная граница может быть наиболее пригодна для последующих расчетов размыва углерода, так как чаще всего богатые органикой отложения лайды вскрываются в подножье авандюны.

Положение линии верхней границы наката (W), в свою очередь, уверенно дешифрируется по тону (wet\dry line), и разделяет регулярно затопляемые приливами и ветровыми волнами пляж от более стабильного участка. Данная береговая линия часто используется в качестве основной на приливных морях (Boak, Turner, 2005) за счет меньшей подверженности суточным колебаниям уровня моря. Таким образом, для оценки были приняты три индикатора динамики берегов, и их сопоставление позволит более точно оценить погрешность последующих расчетов. В качестве основного индикатора выбрано положение линии верхней границы наката (W)

Для дискретной оценки динамики береговой линии были построены трансекты (поперечные профили) с интервалом 50 м, которые были вручную обработаны для исключения дистальных оконечностей острова, динамика которых вариабельна даже в пределах одного сезона и определяется интенсивностью вдольберегового перемещения наносов. Итоговый набор данных включает в себя 586 трансект для пляжевых индикаторов (O, W) и 559 для бровки авандюны (D). Динамика береговой линии дана для четырех временных срезов (1961-1977, 1977-1986, 1986-2018 и общий, 1961-2018) за исключением динамики бровки авандюны, для которой представлен период 1977 – 2018 гг. В качестве основной метрики скорости был использован end-point-rate (EPR, м/год), определяемый как соотношение расстояния между двумя береговыми линиями и временного промежутка между ними.

Для берегов барьерно-лагунной системы о. Песяков характерно преобладание размыва в последние десятилетия. Для изученного 15-км сегмента береговой линии характерны средние скорости смещения береговой линии (W) в -0.48 м/год (табл. 2), а пиковые темпы достигают -1.7 м/год. За исключением периода 1977-1984 гг. примерно две трети береговой линии характеризуются эрозионным трендом (рис. 4). Аккумуляция наблюдается преимущественно в дистальных оконечностях барьерной формы, причем средняя аккумуляции составила 0.4 м/год (с учетом исключенных из расчетов участков, рис. 4). Доля сегментов с аккумулятивной тенденцией составляет 11.4% за среднемноголетний период, тогда как на порядка 20% береговой линии не выявлено статистически значимого размыва или аккумуляции.

Табл. 2. Основные показатели динамики берегов (по береговой линии W)

^{*Представлены доли статистически значимо отступающих \ выдвигающихся берегов с учетом ошибки}

При сравнении динамики берегов по различным индикаторам береговой линии (рис. 5, табл. 3) установлено, что наибольшие скорости размыва характерны для бровки авандюны (D). Линия уреза воды, хоть и описывает наименьшие среднемноголетние темпы отступания (-0.22 м/год) и наименьшую пространственную неоднородность, характеризуется высокой временной вариабельностью. За отдельные временные срезы пиковые скорости размыва или аккумуляции превышают 5 м/год, что не характерно для оценок по верхней границе наката (табл. 2).

Табл. 3. Сравнение динамики берегов (1977-2018 гг.) по различным индикаторам

^{*Представлены доли статистически значимо отступающих \ выдвигающихся берегов с учетом ошибки}

Описательная статистика для разных индикаторов береговой линии (рис. 6) свидетельствует о том, что бровка дюны испытывает более устойчивый эрозионный тренд. Это, вероятно, обусловлено меньшей подверженности данного индикатора от ветро-волновых и приливных условий на момент съёмки. Медианная скорость размыва бровки авандюны на о. Песяков за 1977 – 2018 гг. составила 0.85 м/год (рис. 6), что в два-четыре раза превышает результаты расчетов по «прокси» элементов рельефа пляжа. При этом расчет коэффициента ранговой корреляции Спирмена характеризует высокую сходимость (r=0.74, p <0.05) оценок скорости размыва между границей наката (W) и бровкой авандюны (D) при попарном сравнении по трансектам. Несоответствия в тренде размыва или аккумуляции по данным индикаторам (рис. 5) наблюдается преимущественно в дистальных оконечностях барьерной системы. Так, вблизи Варандейской губы наблюдается участок интенсивного смещения бровки дюнного пояса в сторону моря при относительно стабильной ширине пляжа.

Для дальнейших расчетов потерь «голубого углерода» с береговой эрозии были приняты значения, полученные при оценке бровки авандюны. Объем отложений, подверженных размыву (включая органический углерод), оценивался по формуле (1):

V(m³y^-1) = L × H × U, (1)

где L (м) — длина изучаемого участка; H (м) – мощность размываемых отложений; U (м/год) — средняя скорость смещения береговой линии в створе сегмента. Затем рассчитывался объём органического углерода, поступающего в море (ТОС) по следующей формуле (2):

TOC_s(ty^-1) = V × d × %OC, (2)

где V – см. в уравнении (1); d (тонн/м³) – плотность сухого грунта; %OC (%) — процентное содержание ТОС по массе в отложениях.

Ввиду отсутствия полевых данных для расчета были приняты показатели %ОС и d, полученные в ходе полевых работ в окрестностях пос. Белушье, Баренцево море, где вблизи уреза вскрывались фации сходной мощности (порядка 1 м), литологического состава и, вероятно, происхождения (средне-позднеголоценовые отложения лайды). Среднее содержание органического углерода в них составило 4.55%, а плотность сухого грунта – 0.86 тонн/м³. При условии, что размыву подвержена лишь 66% береговой линии, на которой дешифрируется бровка авандюны, длина размываемого сегмента составила 9550 метров. При использовании средней скорости размыва отступающих берегов в -1.08 м/год (табл. 3) и осредненной мощности фации в 1 м вычисления по формулам (1) и (2) позволяют заключить, что в пределах о. Песяков размыву подвержено 403,6 тонн/год «голубого углерода», содержащегося в отложениях лайды. С одного километра береговой линии, таким образом, в Печорское море поступает 40.5 тонн/год.

Стоит отметить, что полученные расчеты являются приблизительными и будут уточнены после получение материалов полевых исследований. В проведенном ранее исследовании термоабразионных берегов в створе пос. Харасавэй (Kazhukalo et al., 2024), для отложений которых характерна существенно меньшее процентное содержание органического углерода, величина размываемого углерода составила 73 тонн/год. Вполне вероятно, что недоучет содержания углерода в прочих фациях, слагающих бровку авандюны (прежде всего, эолового песка), и их мощности приводят к значительному снижению итоговых оценок.

1. Огородов С.А. Морфолитодинамика береговой зоны Варандейского района Печорского моря в условиях техногенного прессинга // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2004, № 3. С. 273-278.
2. Каплин П.Л., Леонтьев О.К., Лукьянова С.А., Никифоров Л.Г. Берега. М.: изд-во Мысль, 1991. 479 с.
3. Сергиенко Л.А. Флора и растительность побережий российской Арктики и сопредельных территорий. Петрозаводск: изд-во ПетрГУ, 2008. 225 с
4. Гидрометеорологические условия шельфовой зоны морей СССР. Справочник. Том 6. Баренцево море.  – Мурманск: изд-во Б. и., 1984. 273 с.
5. Barksdale, M.B.; Hein, C.J., and Kirwan, M.L., 2023. Shoreface erosion counters blue carbon accumulation in transgressive barrier-island systems. Nature Communications, 14, 8425. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42942-8
6. Boak E.H., Turner I.L. Shoreline Definition and Detection: A Review. // Journal of Coastal Research. 2005. No. 21. P. 688–703
7. Himmelstoss E.A., Henderson R.E., Kratzmann M.G., Farris A.S. Digital Shoreline Analysis System (DSAS) ver. 5.1 User Guide: USGS Open-File Report 2021–1091; U.S. Geological Survey: Reston, VA, USA, 2021. 104p
8. Kazhukalo G., Belova N., Overduin P., Ogorodov S., Bogatova D. and Shilova O. Carbon Emission from Ice-Rich Permafrost Bluffs: Insights from Coastal Erosion and Sediment Redistribution Estimations, Kharasavey, Kara Sea. Journal of Coastal Research, 2024. 113(sp1). P. 458-462. https://doi.org/10.2112/JCR-SI113-090.1
9. Macreadie, P.I.; Anton, A.; Raven, J.A. et al., 2019. The future of Blue Carbon science. Nature Communications, 10, 3998. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11693-w
10. USGS Earth Explorer. URL: https://earthexplorer.usgs.gov/
11. Wegner, C.; Bennett, K. E.; de Vernal A. et al., 2015. Variability in transport of terrigenous material on the shelves and the deep Arctic Ocean during the Holocene. Polar Research, 34. https://doi.org/10.3402/polar.v34.24964