Morfogeneza stożka rzeki Waldemara w warunkach wysokoarktycznych Spitsbergenu

Stożki sandrowe to formy tworzące się w wyniku działalności wód roztopowych (akumulacji i redepozycji osadów) w obrębie stref marginalnych lodowców oraz w strefach proglacjalnych. Stożki skrępowane reprezentują wąskie i skoncentrowane systemy fluwialne o niewielkiej liczbie koryt dystrybutywnych. Ich rozwój związany jest z wcinaniem się koryt dystrybutywnych w powierzchnię starszych form fluwialnych lub w powierzchnie teras morskich. Rozpoznanie ewolucji stożków sandrowych w obszarach Wysokiej Arktyki jest ważne ze względu na możliwość identyfikacji procesów i oszacowanie tempa degradacji współczesnych środowisk arktycznych (np. tundry) w warunkach postępujących zmian środowiskowych.Głównym celem przeprowadzonych badań w obrębie stożka sandrowego rzeki Waldemara (NW Spitsbergen) było rozpoznanie jego ewolucji na podstawie analizy cech morfologicznych oraz morfometrycznych koryt dystrybutywnych. Kolejnym celem pracy była ocena ilościowa transportu rumowiska wleczonego oparta na pomiarach bezpośrednich w dwóch korytach dystrybutywnych. W celu określenia uwarunkowań rozwoju stożka sandrowego rzeki Waldemara rozpoznane zostały wielokrotne i zmienne relacje pomiędzy zmiennością morfologii jego powierzchni a zróżnicowaniem teksturalnym osadów powierzchniowych. W związku z tym przeanalizowane zostały parametry morfometryczne stożka i jego koryt, takie jak szerokość stożka (Bf) i nachylenie jego powierzchni, morfometria koryt dystrybutywnych (pełnokorytowa szerokość – Wb oraz głębokość – Db), a także parametry opisujące cechy teksturalne osadów powierzchniowych (mediana–d50, wysortowanie – σ, a także udział frakcji żwirowych).Badania terenowe objęły rozpoznanie powierzchniowej budowy geologicznej oraz morfologii i morfometrii koryt dystrybutywnych stożka rzeki Waldemara w 167 stanowiskach pomiarowych. Prace kameralne obejmowały analizę wykonanych w terenie zdjęć osadów powierzchniowych przeprowadzoną za pomocą programu Sedimentrics Digital Gravelometer. Analiza korelacji pomiędzy cechami teksturalnymi osadów powierzchniowych stożka sandrowego a morfometrią jego koryt dystrybutywnych została przeprowadzona na podstawie modeli statystycznych: MARSSlines, MVR i MLP.Przeprowadzone badania wykazały, że wielkość materiału transportowanego przez rzekę zależy w istotny sposób od możliwości erozji bocznej koryta dystrybutywnego stożka sandrowego (mechanicznej i termicznej). Procesy transportu i depozycji osadów w obrębie stożka sandrowego rzeki Waldemara są ściśle związane z ukształtowaniem jego powierzchni i morfologią koryt dystrybutywnych. Parametry, które opisują morfometrię oraz cechy litologiczne ich osadów charakteryzują się istotnymi statystycznie i wysokimi wartościami wskaźnika korelacji.Stożek sandrowy rzeki Waldemara ma ograniczoną możliwość migracji koryt dystrybutywnych. Wpływa to na zróżnicowanie morfologii jego koryt oraz wykształcenie osadów powierzchniowych. Uzyskane wyniki badań geomorfologicznych i sedymentologicznych wskazują na wielokrotne i wielowymiarowe związki zachodzące pomiędzy cechami morfologicznymi i sedy-mentologicznymi stożka sandrowego rzeki Waldemara. Modelowanie statystyczne wykazało, że wpływ zwężenia lub poszerzenia stożka sandrowego na zmiany morfometrii jego koryt dystrybutywnych związany jest przede wszystkim ze zwiększeniem lub ograniczaniem możliwości ich bifurkacji.Wyniki analiz pozwoliły na wydzielenie trzech stref morfogenetycznych skrępowanego stożka sandrowego. Do głównych czynników determinujących ich rozwój należą nachylenie powierzchni oraz szerokość stożka. Rozwój skrępowanych stożków w rejonach arktycznych ma wpływ na degradację wieloletniej zmarzliny. Ograniczenie bocznego rozwoju tego typu stożków powoduje zwiększenie głębokości koryt oraz wpływa na intensyfikację procesów erozji tundry i redystrybucję osadów w systemie fluwialnym małych zlewni lodowcowych.

Outwash fans are formed by meltwater activity (sediments accumulation and redeposition) in glacier marginal zones and in proglacial areas. Confined outwash fans represent narrow and concentrated fluvial systems with a small number of distributary channels. Their development is related to incision of distributary channels into the surface of older fluvial lanforms or the surfaces of coastal terraces. The recognition of the outwash fans evolution in the areas of the High Arctic is important due to the possibility of processes identification and estimation of the rate of degradation of modern arctic environments (eg. tundra) in the condition of progressing environmental changes.The main objective of the research carried out in the area of the Waldemar river outwash fan (NW Spitsbergen), was to recognize its evolution based on the analysis of morphological and morphometric characteristics of distributary channels as well as outwash surface lithology. Another aim of the study was to quantify the bedload transport based on direct measurements in two distributary channels. In order to determine the conditions for the development of the Waldemar river outwash fan, the multiple and changeable relations between the variability of the morphology of its surface and the textural diversity of surface deposits were identified. Therefore, were analyzed the morphometric parameters of the fan and its channels, such as the width of the fan (Bf) and the slope of its surface, morphometry of the distributary channels (bankfull width-Wb and depth-Db), and parameters describing the textural characteristics of surface sediments (median–d50, sorting–σ and the contents of gravelly fractions).Field studies included recognition of the surface sediments, morphology and morphometry of the distributary channels of the Waldemar river outwash fan in 167 measurement points. The works included analysis of surface deposits were carried by Sedimentrics Digital Gravelometer software. Analysis of the correlation between textural features of surface sediments of the outwash fan and the morphometry of its distributary channels was carried out on the basis of statistical models such as multivariate regression (MVR), artificial neural networks (ANN) and multivariate adaptive regression splines (MARS).The study showed that the size of the deposits transported by the river depends in a significant way on the possibility of lateral erosion of the distributary channel of the outwash fan (mechanical and thermal). The processes of sediments transport and deposition are closely related to the shape of Waldemar river braidplain and the morphology of the distributary channels. The parameters that describe morphometry and lithological characteristics of their sediments are characterized by statistically significant and high values of the correlation index.The Waldemar river outwash fan has a restricted ability of distributary channels migrating. This affects the diversity of channel morphology and the deposition of surface sediments. Obtained results of geomorphological and sedimentological research indicate multiple and multidimensional relationships occurring between morphological and sedimentological features of the Waldemar river outwash fan. Statistical models indicate that the narrowing or widening outwash fan affect the morphometry of its distributary channels and is related primarily to the increase or limitation of their bifurcation.The results of the analysis allowed to distinguish three morphogenetic zones of the confined outwash fan. The main factors determining their development include slope of the surface and width of the fan. The development of confined fans in the Arctic regions affects the degradation of permafrost. Reducing the lateral development of this type of fans increases the depth of the channels and influences the intensification of tundra erosion and redistribution of sediments in the fluvial system of small glacial catchments.