Многолетняя мерзлота на территории россии и современное оледенение. Многолетняя мерзлота Что такое многолетняя мерзлота в географии

Более 25% поверхности суши земного шара занимает многолетняя или вечная мерзлота. Она представляет собой промерзший грунт, который никогда полностью не оттаивает. Многолетняя мерзлота была сформирована в ледниковый период развития планеты, в районах с сухим и морозным климатом.

География вечной мерзлоты

Многолетняя мерзлота представляет собой типичное явление для приполярных и полярных районов, расположенных вблизи Северного и Южного полюсов. Также мерзлота встречается и в других районах Земли, в том числе и в экваториальных широтах, но лишь высоко в горах, вершины которых покрыты льдом и снеговыми шапками.

Рис. 1. Снежные пики высоких гор.

Единственный материк на планете, на территории которого нет вечной мерзлоты - это Австралия. Все дело в том, что он максимально удален от Южного полюса и не может похвастать высокогорьем.

Огромные массивы многолетней мерзлоты расположены в таких регионах:

• северная часть Евразийского континента;
• северные территории Канады;
• Аляска;
• Гренландия;
• Антарктида.

Толщина промерзшего почвенного слоя колеблется от нескольких десятков сантиметров до километра и более. Многолетняя мерзлота в России занимает 2/3 всей территории. Наибольшая зафиксированная глубина составляет 1370 м, и находится она в Якутии, в верховьях реки Вилюй.

Рис. 2. Территория мерзлоты возле реки Вилюй.

Мерзлота представлена двумя формами:

• Сплошная вечная мерзлота расположена на территории Сибири, Новой Земли, на арктических островах. В течение многих лет она никогда не таяла, и образовала внушительные массивы промерзшей суши.
• Частичная мерзлота расположена несколько южнее. Она характеризуется небольшим промерзшим слоем и залеганием в виде отдельных областей.

Условия формирования мерзлоты

В северных регионах грунт остается промерзшим даже летом. Оттаивает лишь небольшой слой, не более 10 см. Вода, образующаяся после таяния зимнего снега, не в состоянии полностью впитаться в твердый мерзлый грунт, поэтому летом верхний слой летом представляет полужидкое грязное месиво.

В случае, если таяние снега происходит на склоне, то впоследствии грязевая «волна» под действием силы тяжести сползает вниз. Такие грязевые оползни наиболее характерны для рельефа тундры.

С приходом осени природный ландшафт может кардинально измениться. Талая вода, скопившаяся в трещинах скальных пород, замерзает. При этом ее объем увеличивается, и порода разрушается. Это приводит к сдвигу грунта либо его вспучиванию. Так образуется пинго.

Внешне подобное место напоминает куполообразный холм высотой до 50 м, с расколотой или раскрошенной вершиной. Пинго встречаются в Сибири, Гренландии, Канаде. На их вершинах часто образуются небольшие впадины, в которых летом образуются небольшие озерца.

Рис. 3. Пинго.

Мерзлота и человеческая деятельность

Для успешного освоения северных районов очень важно владеть полной информацией о многолетней мерзлоте. Подобные знания необходимы для выполнения следующих задач :

• строительство зданий и различных сооружений;
• проведение геологоразведки;
• добыча полезных ископаемых.

Бесконтрольное таяние мерзлоты может стать причиной появления многих проблем, связанных с особенностью деятельности человека в северных районах. При проведении работ на севере это нужно избегать всеми способами.

Глубоко промерзший грунт, лишенный малейшей подвижности своих пластов, очень удобен при разработке месторождений полезных ископаемых карьерным открытым способом. Поскольку стенки карьера, скованные мерзлотой, не осыпаются, они позволяют более эффективно проводить работу.

В последние годы площадь, которую занимает многолетняя мерзлота, начала сокращаться. Области промерзшего грунта стали медленно отступать к северу. Это напрямую связано с глобальным потеплением на планете и неизменным ростом температуры. Если ситуация не изменится, то уже через несколько десятилетий районы, которые были освобождены от мерзлоты, станут пригодными для сельскохозяйственных работ.

Внутренние воды России представлены не только скоплениями жидкой воды, но и воды в твердом состоянии, образующей современное покровное, горное и подземное оледенение. Область подземного оледенения называют криолитозоной (термин введен в 1955 г. советским мерзлотоведом П. Ф. Швецовым; ранее для ее обозначения использовался термин "вечная мерзлота").

Криолитозона - верхний слой земной коры, характеризующийся отрицательными температурами горных пород и наличием (или возможностью существования) подземных льдов. В ее состав входят многолетнемерзлые горные породы, подземные льды и непромерзающие горизонты сильно минерализованных подземных вод.

В условиях длительной холодной зимы при относительно небольшой мощности снежного покрова горные породы теряют много тепла и промерзают на значительную глубину, превращаясь в твердую мерзлую массу. Летом они не успевают полностью оттаять, и отрицательные температуры грунта сохраняются даже на небольшой глубине в течение сотен и тысяч лет. Этому способствуют огромные запасы холода, которые накапливаются за зиму в районах с отрицательной среднегодовой температурой. Так, в Средней и Северо-Восточной Сибири сумма отрицательных температур за период залегания снежного покрова составляет -3000...-6000°С, а летом сумма активных температур составляет всего 300-2000°С.

Горные породы, длительное время (от нескольких лет до многих тысячелетий) находящиеся при температурах ниже 0°С и сцементированные замерзшей в них влагой, получили название многолетней, или вечной мерзлоты. Скопления воды в многолетнемерзлых породах образуют линзы, клинья, прослои и прожилки льда, т.е. в состав вечной мерзлоты входят и подземные льды. Содержание льда, т.е. льдистость многолетней мерзлоты может быть весьма различной. Она колеблется от нескольких процентов до 90% общего объема породы. В горных районах льда обычно бывает мало, зато на равнинах подземный лед нередко оказывается главной горной породой. Особенно много ледяных включений содержится в глинистых и суглинистых отложениях крайних северных районов Средней и Северо-Восточной Сибири (в среднем от 40-50% до 60-70%), отличающихся наиболее низкой постоянной температурой грунта.

Многолетняя мерзлота - необычное явление природы, на которое обратили внимание еще землепроходцы в XVII в. О ней упоминал в своих работах В. Н. Татищев (начало XVIII в.). Первые научные исследования мерзлоты были проведены А. Миддендорфом (середина XIX в.) во время его экспедиции на север и восток Сибири. Миддендорф впервые произвел измерения температуры мерзлого слоя в ряде пунктов, установил его мощность в северных районах, высказал предположения о происхождении мерзлоты и причинах ее широкого распространения в Сибири. Во второй половине XIX в. и начале XX в. мерзлота изучалась попутно с изыскательскими работами геологами и горными инженерами. В советские годы проводились серьезные специальные исследования многолетней мерзлоты М. И. Сумгиным, П. Ф. Швецовым, А. И. Поповым, И. Я. Барановым и многими другими учеными.

Область распространения многолетней мерзлоты в России занимает около 11 млн км 2 , что составляет почти 65% территории страны.

Южная ее граница проходит по центральной части Кольского полуострова, пересекает Восточно-Европейскую равнину близ полярного круга, по Уралу отклоняется к югу почти до 60° с.ш., а вдоль Оби - к северу до устья Северной Сосьвы, далее проходит по южному склону Сибирских Увалов к Енисею в районе Подкаменной Тунгуски. Здесь граница круто поворачивает к югу, проходит вдоль Енисея, идет по склонам Западного Саяна, Тувы и Алтая к границе с Казахстаном. На Дальнем Востоке граница мерзлоты идет от Амура к устью Селемджи (левого притока Зеи), затем по подножию гор левобережья Амура к его устью. Мерзлота отсутствует на Сахалине и в прибрежных районах южной половины Камчатки. Пятна мерзлоты встречаются южнее границы ее распространения в горах Сихотэ-Алиня и в высокогорьях Кавказа.

В пределах этой обширной территории условия развития мерзлоты не одинаковы. Северные и северо-восточные районы Сибири, острова азиатского сектора Арктики и северный остров Новой Земли заняты сплошной низкотемпературной многолетней мерзлотой. Южная ее граница проходит через северную часть Ямала, Гыданского полуострова к Дудинке на Елисее, затем к устью Вилюя, пересекает верховья Индигирки и Колымы и выходит к побережью Берингова моря южнее Анадыря. К северу от этой линии температура слоя многолетнемерзлых пород составляет -6...-12°С, а его мощность достигает 300-600 м и более. Южнее и западнее распространена мерзлота с островами таликов (талого грунта). Температура мерзлого слоя здесь выше (-2...-6°С), а мощность уменьшается до 50-300 м. Близ юго-западной окраины области распространения мерзлоты встречаются лишь отдельные пятна (острова) мерзлоты среди талого грунта. Температура мерзлого грунта близка к 0°С, а мощность менее 25-50 м. Это - островная мерзлота.

В мерзлой толще концентрируются большие запасы воды в виде подземных льдов. Часть их образовалась одновременно с вмещающими породами (сингенетические льды), другая - при замерзании воды в ранее накопившихся толщах (эпигенетические).

На приморских низменностях от устья Хатанги до Колымы, на Новосибирских островах и на Вилюйской низменности в рыхлых отложениях распространены полигонально-жильные льды. Мощность их достигает 40-50 м, а на Большом Ляховском острове даже 70-80 м. Эти льды могут считаться "ископаемыми", так как формирование их происходило в среднечетвертичное время (в период оледенения). Жильный лед в трещинах кристаллических и метаморфических пород широко представлен в горных системах Северо-Востока и в северной части Средней Сибири. Для Западной Сибири и Печорской низменности типичны ледяные ядра торфяных бугров пучения. Ледяные интрузии - гидролакколиты (булгунняхи в Якутии) образуются в озерно-аллювиальных, делювиальных и солифлюкционных отложениях котловин Забайкалья и Северо-Востока, в Центральной Якутии и северных районах Западной Сибири.

Миграционные льды, заполняющие морозобойные трещины, распространены практически во всех районах, где встречается мерзлота.

Большая мощность многолетней мерзлоты, находки в ней хорошо сохранившихся мамонтов свидетельствуют о том, что многолетняя мерзлота - продукт весьма продолжительного накопления холода в толщах горных пород. Подавляющее большинство исследователей считает ее реликтом ледниковых эпох. Современный климат на большей части территории распространения мерзлоты лишь способствует ее сохранению, поэтому малейшее нарушение природного равновесия ведет к ее деградации. Это необходимо учитывать при хозяйственном использовании территории, в пределах которой распространена мерзлота.

Многолетняя мерзлота оказывает влияние не только на подземные воды, режим и питание рек, распространение озер и болот, но и на многие другие компоненты природы (рельеф, почвы, растительность), а также на хозяйственную деятельность человека. При разработке полезных ископаемых, прокладке дорог, строительстве, при проведении сельскохозяйственных работ необходимо тщательно изучать мерзлый грунт и не допускать его деградации.

Современное оледенение

Современные ледники занимают на территории России небольшую площадь, всего около 60 тыс. км 2 , однако в них заключены большие запасы пресной воды. Они являются одним из источников питания рек, значение которого особенно велико в годовом стоке рек Кавказа.

Основная площадь современного оледенения (более 56 тыс. км 2) находится на арктических островах (см. таблицу 7), что объясняется их положением в высоких широтах, обусловливающим формирование холодного климата.

Нижняя граница нивальной зоны опускается здесь почти до уровня моря. Оледенение сосредоточено в основном в западных и центральных районах, где выпадает больше атмосферных осадков. Для островов характерно покровное и горно-покровное (сетчатое) оледенение, представленное ледниковыми щитами и куполами с выводными ледниками. Самый обширный ледниковый покров расположен на Северном острове Новой Земли. Длина его по водоразделу составляет 413 км, а наибольшая ширина достигает 95 км (Долгушин Л. Д., Осипова Г. Б., 1989). Остров Ушакова, лежащий между Землей Франца-Иосифа и Северной Землей, представляет собой сплошной ледниковый купол, края которого обрываются к морю ледяными стенами высотой от нескольких метров до 20-30 м, а на острове Виктории, расположенном западнее Земли Франца-Иосифа, свободен ото льда лишь небольшой участок пляжа площадью около 100 м 2 .

Таблица 6. Современное оледенение России (по Л. Д. Долгушину, Г. Б. Осиповой, 1989)

При движении к востоку все бoльшая часть островов остается свободной ото льда. Так, острова архипелага Земли Франца-Иосифа почти сплошь покрыты ледниками, на Новосибирских островах оледенение характерно лишь для самой северной группы островов Де-Лонга, а на острове Врангеля покровного оледенения нет - здесь встречаются лишь снежинки и небольшие леднички. Большинство снежно-ледовых образований представляют собой многолетние снежники с ядрами инфильтрационного льда.

Толщина ледниковых покровов арктических островов достигает 100-300 м, а запас воды в них приближается к 15 тыс. км 2 , что почти в четыре раза больше годового стока всех рек России.

Оледенение горных областей России и по площади, и по объему льда значительно уступает покровному оледенению арктических островов. Горное оледенение характерно для наиболее высоких гор страны - Кавказа, Алтая, Камчатки, гор Северо-Востока, но встречается и в невысоких горных массивах северной части территории, где снеговая граница лежит низко (Хибины, северная часть Урала, горы Бырранга, Путорана, Хараулахские горы), а также в районе Маточкина Шара на Северном и Южном островах Новой Земли.

Многие горные ледники лежат ниже климатической снеговой границы, или "уровня 365", на котором снег сохраняется на горизонтальной подстилающей поверхности в течение всех 365 дней в году. Существование ледников ниже климатической снеговой границы становится возможным за счет концентрации больших масс снега в отрицательных формах рельефа (часто в глубоких древних карах) подветренных склонов в результате метелевого переноса и схода лавин. Разница между климатической и фактической снеговой границей измеряется обычно сотнями метров, но на Камчатке превышает 1500 м.

Площадь горного оледенения России немногим превышает 3,5 тыс. км 2 . Наиболее широко распространены каровые, карово-долинные и долинные ледники. Большая часть ледников и площади оледенения приурочена к склонам северных румбов, что обусловлено не столько условиями снегонакопления, но и большей затененностью от солнечных лучей (инсоляционными условиями). По площади оледенения среди гор России первое место занимает Кавказ (994 км 2). За ним следует Алтай (910 км 2) и Камчатка (874 км 2). Менее значительное оледенение характерно для Корякского нагорья, хребтов Сунтар-Хаята и Черского. Оледенение других горных районов невелико. Самыми крупными ледниками России являются ледник Богдановича (площадь 37,8 км 2 , протяженность 17,1 км) в Ключевской группе вулканов Камчатки и ледник Безенги (площадь 36,2 км 2 , протяженность 17,6 км) в бассейне Терека на Кавказе.

Ледники чутко реагируют на колебания климата. В XVIII - начале XIX вв. начался период общего сокращения ледников, который продолжается и поныне.

Первые письменные свидетельства о существовании необычного состояния почвы, позже обозначенного как “вечная мерзлота”, остались от русских землепроходцев XVII века, покорявших Сибирь. Первооткрывателем стал казак Я. Святогоров, а члены экспедиций И. Реброва и С. Дежнёва уже изучили вопрос более детально. В своих депешах ко двору они описали особенность отдельных зон в тайге, в которых даже летом земля сохраняет зимнюю мерзлость. В 1640 г. воеводы М. Глебов и П. Головин в послании русскому царю не скрывали своего искреннего недоумения:

Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает.

Окончательно утвердились в существовании районов «вечной мерзлоты» во время начала промышленного освоения Севера. В 1828 г. проходчик Ф. Шергин прорубил первый метр ледяного грунта в Якутске, за 9 лет достигнув отметки чуть менее 116 с половиной метра и не встретив на пути ни одного водоносного горизонта. А. Миддендорф, измерив температуру на всем протяжении шахты Шеригина, подвел черту под ответ. Таким образом, невероятное стало очевидным фактом географии и геологии страны.

Вечная мерзлота полуострова Ямал на севере Западной Сибири, на территории Ямало-Ненецкого автономного округа России.

Понятие «вечная мерзлота» впервые появилось в научной среде в 1927 году. Автором термина стал советский ученый М.И. Сумгин , один из основателей отечественной науки по изучению этого явления.

Научное определение

Под вечной мерзлотой принято считать криолитозону с температурным режимом от 0°C и ниже и соответственно наличием в ней подземных льдов. По Сумгину это почвенная мерзлота с возрастом от 2 лет и выше, максимальные величины накопления измеряются тысячелетиями.

Какое-то время существовала определенная сумятица в терминологии. Значение слова «мерзлота» не имело четкого определения, что приводило к разночтениям. Такое положение подвергалось справедливой критике и поэтому предлагались другие названия. Были попытки широко распространить наименования «многолетнемёрзлые горные породы», «многолетняя криолитозона». Но в результате прижился термин Сумгина.

Срок, в течение которого образовывается мерзлое состояние пород, подразделяет их на три вида:

• Кратковременно-мёрзлые породы (за часы и сутки),
• Сезонно-мёрзлые породы (за месяцы),
• Многолетние мёрзлые породы (за годы)

К отдельной категории относятся промежуточные или переходящие формы мерзлых пород. Их называют перелетками. Примером может послужить случай, когда сезонно-мерзлая порода не успевает протаять за летний период и сохраняется в течение нескольких лет.

Большая доля современной вечной мерзлоты возникла в результате воздействий последнего ледникового периода. Объемы льда в промерзлых породах могут составлять до 90 процентов. В наши дни наблюдается процесс их медленного таяния.

Особенности мерзлых почв

Низкие температуры в условиях мерзлоты, носящей длительный сезонный или постоянный характер, естественно накладывают свой отпечаток на состояние местной почвы. В ней протекают своеобразные химико-биологические процессы. Один из примеров изображен на фото слева.

Над мёрзлым водоупорным слоем в процессе коагуляции (сгущения) органических веществ накапливается гумус. Причем его над-мерзлотная регенерация или так называемое над-мерзлотное оглеение сильно не зависят от милостей природы. Чтобы процесс пошел, достаточно небольшого количества годовых осадков.

Образуемые в земле шлиры (ледяные слои), разрывая водоносные капилляры, перекрывают доступ влаги из верхних над-мерзлотных горизонтов к нижней корнеобитаемой среде. Все явления, происходящие в почве в условиях вечной мерзлоты, особенно характерны для . В результате происходящих из-за наличия мерзлого слоя механических изменений в почве тундра приобрела свой особенный вид. Криогенные деформации в виде криотурбации (перемешивания под влиянием разницы температур почвенной массы) и солифлюкации (сползание почвенной массы, насыщенной водой, со склонов по мёрзлому слою) придали рельефу тундры волнообразные очертания, когда вспученные бугры чередуются с провалами термокарстовых западин. По той же причине образовались пятнистые тундры.

Минусовые температуры влияют и на оструктурирование почвы, вызывая ее криогенный характер. Они заставляют продукты почвообразования переходить в более конденсированные состояния, при этом резко замедляя их подвижность. В результате мерзлотной коагуляции коллоидов происходит ожелезнение почв. По мнению некоторых исследователей криогенные явления также обогащают кремнекислотой среднюю часть профиля подзолистых почв. Эти ученые считают белесую присыпку результатом мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Ареалы распространения

Вечная мерзлота имеет глобальные масштабы распространения. Она захватила не менее ¼ части суши земли, в том числе высокогорные районы Африки. Австралия является единственным материком, где это явление отсутствует вообще.

Обширные просторы России представляют собой средоточие вечной мерзлоты. Более половины территории самой большой страны мира приходится на криотозону. Наиболее широкое распространение она получила в Забайкалье и Восточной Сибири, где в верхней части реки Вилюй на глубине 1370 метров залегает нижайшая точка вечной мерзлоты. Рекорд зафиксирован в 1982 году.

Экономическое влияние

Учёт вечной мерзлоты важен для проведения строительства, геологоразведки и других хозяйственных работ в районах Севера. Она может, как создавать проблемы, так и приносить пользу. Способность служить естественным природным холодильником для хранения продуктов лежит на поверхности. Кроме этого, в условиях вечной мерзлоты вероятны образования залежей гидратов газов, используемых человеком, в частности метана.

Высокая прочность промёрзших пород сильно затрудняет добычу ископаемых. Но в то же время имеется другая, сильная, сторона: мерзлота цементирует породы, что позволяло в карьерах Якутии успешно проводить разработку кимберлитовых трубок, доводя стенки чаш до отвесного состояния. Ярким свидетельством последнего служит пример якутского карьера Трубка Удачная.

Игарский музей вечной мерзлоты – явление уникальное, и не только потому, что основные его экспозиционные залы находятся в толще вечно мёрзлого грунта, но и потому, что главный экспонат музея – сама вечная мерзлота.

С первых лет строительства города ученые вели её исследования, мерзлотная станция была открыта в 1931 году. Попутно же вынашивалась идея демонстрации населению результатов бережного отношения к природе. Эта идея принадлежала посетившему научную станцию в 1938 году учёному-мерзлотоведу Михаилу Ивановичу Сумгину. К тому времени были вырыты шахтные колодцы и встречные штреки к ним. За год до начала Великой Отечественной войны путём выемки грунта было оборудовано пять камер, отделённых от коридора перегородками и дверьми. Их стены, как и коридор, были облицованы тонким слоем льда. Объём вынутого грунта составил 468 кубических метров.

Построенные помещения имели научно-исследовательское значение, но тем не менее, для желающих, в первую очередь школьников и гостей города, уже тогда проводились сотрудниками станции первые экскурсии. Так одна из камер по сути уже тогда начала использоваться как биомузей. Его экспонатами стали замороженные ящерицы, ерши, находящаяся в анабиозе бабочка бражник, насекомые: шмели, божья коровка и муха. Учёные пополняли биомузей по мере своих возможностей и принимали посетителей.

Как своеобразный научный эксперимент по исследованию возможности сохранения бумаги и в память о Великой Отечественной войне сотрудниками станции 6 апреля 1950 года была произведена закладку газет военного периода – «Правды», «Известий», «Труда» и «Красноярского рабочего» с завещанием вскрыть ящик с замурованными в нём газетами 9 мая 2045 года.

Датой официального открытия музея вечной мерзлоты в Игарке считается 19 марта 1965 года. Первыми экспонатами, кроме выше упомянутых, стали книги по мерзлотоведению и вмороженные в лёд растения. Природа как будто бы шла навстречу энтузиастам, открывая свои многовековые тайны. В одной из стен коридора при проходе обнажились стволы деревьев, их срезы, позволяющие судить о возрасте – более 50 тысяч лет.

И всё-таки это ещё был музей на общественных началах, остальные помещения использовались в качестве научных лабораторий. И учёные продолжали экспериментировать: так родилась пока не воплощённая идея строительства подземного катка, с возможностью его круглогодичного использования спортсменами и любителями.

С 25 октября 1996 года подземные лаборатории Научно-исследовательской мерзлотной станции были приняты в муниципальную собственность. Были проведены масштабные работы по капитальному ремонту подземной части, расширению и созданию новых экспозиционных залов. Безусловно, что основным в краеведческом комплексе «Музей вечной мерзлоты» считается подземная часть музея. Но также интересные экспонаты есть и в отделах природы, истории, 503-ьей стройки, выставочно-экспозиционном зале. В зале природы, к примеру, находящемся перед входом в подземелье, – найденные в окрестностях Игарки кости доисторических животных, в том числе зуб мамонта. А экскурсоводы, рассказывая об особенностях произрастания деревьев, демонстрируют ствол десятилетней ёлочки с горизонтально идущими корнями – так деревья ищут в оттаявшем слое почвы нужную им для роста влагу.

Огромную роль в развитии музея, его популяризации сыграли первый экскурсовод музея Павел Алексеевич Евдокимов, бывший директор музея Мария Вячеславовна Мишечкина и её ныне покойный супруг Александр Игоревич Тощев. К их заслугам принадлежит не только сохранение грунтов от выветривания от соприкосновения с людьми (а это тоже целый комплекс мероприятий), но и открытие и модернизация новых залов, внедрение музейных традиций, широкая издательская деятельность.

Сезонная мерзлота. Сезонное промерзание - протаивание и их причины. Наклон земной оси к плоскости эклиптики обусловливает смену времен года на Земле. Результатом смены времен года является периодическое сезонное промерзание и протаивание некоторого приповерхностного горизонта земной коры. Сезонная пульсация в поступле­нии - расходе тепла, с постоянным дефицитом его в зонах, тяго­теющих к полюсам, приводит в итоге к развитию многолетней мерзлоты. Сезонная смена времен года приводит к тому, что над многолетней мерзлотой образуется слой сезонного (летнего) протаивания, замерзающий зи­мой, а вне области многолетней мерзлоты - слои сезонного промерзания, оттаивающие летом.

Южная граница Вечной, мерзлоты

Рис. 1. Схема изменения глубины сезон­ного промерзания - протаивания:

1 - зона потенциально возможного сезонного протаивания, 2 - сезонно промерзающие и протаивающие породы, 3 - многолетняя мерзлота.

Помимо слоя зимнего промерзания и летнего про­таивания, свойственного средним и высоким широтам и в некоторых местах юж­ных широт, вре­менами возникает кратковременномерзлое состояние пород, длящееся несколько часов или, реже, несколько суток.

Закономерности сезонных мерзлотных явлений иллюстрирует гра­фик (рис. 1).

Из данных графика видно, что действительная глубина сезон­ного промерзания и протаивания наибольшая у южной границы многолетней мерзлоты. К северу от нее она меньше вследствие фактиче­ского уменьшения глубины сезонного протаивания (т. е. глубины потенциального протаивания), а к югу она меньше вследствие мень­шей глубины фактического промерзания.

Деятельный слой. Слой сезонного промерзания и протаивания называется дея­тельным слоем. Различают слой сезонного протаивания, расположенный над мерзлотой, и слой сезонного промерзания над талым субстратом. При этом исходят из того положения, что существуют постоян­но мерзлая толща пород (многолетняя мерзлота) и постоянно талая толща (за пределами области многолетней мерзлоты). Для первой характерно сезонное протаивание, т. е. потенциальное сезонное про­мерзание вуалируется наличием многолетней мерзлоты; для второй характерно сезонное промерзание, так как потенциальное протаива­ние здесь не проявляется из-за малой глубины зимнего промер­зания. Поэтому и даны названия - слой сезонного протаива­ния для области многолетней мерзлоты и слой сезонного промерзания - для области вне многолетней мерзлоты. Сегодня все чаще пользуются иными названиями: деятельный слой над многолетнемерзлым субстратом, имея в виду сезонное промерзание и протаивание над многолетней мерзлотой и деятельный слой над талым субстратом, имея в виду сезонное промерзание над талой толщей горных пород.

В деятельном слое происходят наиболее значительные годовые колебания температур, совершается наибольшая часть годовых теплооборотов, наиболее интенсивно развиваются физические, фи­зико-химические и геологические процессы. Это тот промежуточ­ный слой, через который происходит теплообмен поверхности Земли с многолетнемерзлой толщей. Сезонное промерзание и протаива­ние в деятельном слое предопределяет направление и характер физических, физико-химических и геологических процессов, кото­рые в свою очередь, определяют особенности криогенного строения и свойства толщ мерзлых горных пород.

Гео­графическое распространение сезонного промерзания очень вели­ко. По существу оно наблюдается повсюду, за исключением суб­тропиков и тропиков, где оно возможно лишь в высоких горах. В области многолетней мерзлоты деятельный слой повсеместен. Он от­сутствует лишь в том случае, когда мерзлота залегает не­посредственно под ледником, покровным или горным. Тогда мерз­лое состояние (глетчерный лед) начинается с дневной поверхности. В Гренландии была найдена мерзлая почва под глетчерным льдом, мощностью от 2 до 5 м. По данным М. Г. Гроссвальда, льдистая горная порода была встречена под глетчерным льдом на Земле Франца-Иосифа.

Мощность деятельного слоя зави­сит от комплекса физико-географических и геологических фак­торов и меняется от нескольких сантиметров до 3-5 м, редко до 8-10 м.

Мощность деятельного слоя изменчива от места к месту в связи с обычной пестротой природных условий на поверхности, а также литологической разнородностью и пространственным изменением увлажнения грунтов.

Даже в пределах одного и того же участка местности глубина сезонного промерзания и протаивания не бывает одинаковой от года к году. Но эта глубина при неизменности климатических и других физико-географических условий колеблет­ся около некоторой постоянной средней величины.

Изменение глубины промерзания и протаивания с севера на юг зависит:

От степени континентальности климата;

От продолжительности зимнего охлаждения;

От средней годовой температуры воздуха;

От средней температуры самого холодного месяца;

От амплитуды температур на поверхности;

От суммы отрицательных температур;

От характера грунтов, т. е. от того, представлены они валунами и гравием, или песком и глиной, или торфом и т. д.

Процесс сезонного промерзания и протаивания зависит от степени увлажнения вида грунта, а также от плотности и мощности снежного покрова, характера растительного покрова, увлажнения поверхности и др. Особую роль в сезонном промерзании играют моховой покров и торф. Мох и торф выступают как теплоизоляторы в сухом состоянии, вследствие обилия в них воздуха и как охладители, вследствие высокой гигроскопичности. Обилие воды благоприятствует испарению и, следовательно, охлаждению (скрытая теплота испарения воды в 7,25 раза больше, чем скрытая теплота плавления льда).

Фильтрация грунтов и глубина протаивания связаны причинно: чем больше фильтрация, тем больше глубина протаивания.

Глубина сезонного промерзания и протаивания, т. е. мощность деятельного слоя и его температурный режим, обусловлены тепло­обменом почвы с атмосферой. Мощность деятельного слоя зависит от теплооборотов и теплового баланса горных пород.

Если в течение ряда лет происходит увеличение глубины сезонного промерзания, которое не компенсируется соответственным увеличением глубины протаивания летом, происходит формирование обычно маломощных мерзлых горизонтов в породах, которые
могут существовать от одного года до нескольких лет и представляют собой прототип многолетнемерзлой толщи. Такие мерзлые горизонты называются перелетками.

В этом случае происходит превышение зимних теплооборотов в горных породах при отрицательных температурах над лет­ними теплооборотами при положительных температурах. При этом имеет место понижение среднегодовой температуры пород ниже 0°. Если теплообороты при положительных температурах снова ста­нут превышать теплообороты при отрицательных температурах, перелетки исчезнут.

Процессы, происходящие в деятельном слое . Дея­тельный слой - это такой горизонт земной коры, в пределах кото­рого совершаются наиболее активные, наиболее динамичные про­цессы преобразования горных пород: их дезинтеграция до фрак­ции пыли, формирование почвы, пучение грунтов, солифлюкция, все процессы, ведущие к образованию мерзлотного микрорельефа, сезонных гидролакколитов и т. д.

Особое значение имеет режим влажности грунтов деятельного слоя и особенно, если они представ­лены тонкозернистыми разностями - глинами, суглинками и т. п. Существенное значение имеют также плотность, характер сложения, условия залегания и характер грунтов (однородны литологически или разнородны).

Темпы сезонного промерзания различны. На севере скорость сезонного промерзания 1-3-5 см, в сутки. Полное промерзание достигается уже в ноябре - декабре. На юге при большой мощно­сти деятельного слоя сезонное промерзание происходит в течение всего периода охлаждения, т. е. всей зимы.

Темпы сезонного протаивания обычно более медленные.

Многолетняя мерзлота. Многолетняя мерзлота - это мерзлые горные породы, характеризую­щиеся температурой от 0° и ниже, содержащие в своем составе лед и находящиеся в таком состоянии в течение длительного времени - от нескольких лет до многих тысячелетий.

Многолетняя мерзлота на земном шаре распространена, главным образом, в полярных и приполярных областях, а также в высокогорных районах умеренных и даже тропических широт и занимает около 25% всей суши Земли. Это обширные территории на севере и северо-востоке Евразии и Се­верной Америки, это вся Гренландия и вся Антарктида. В России многолетняя мерзлота занимает около 60 % площади.
В Западной Европе многолетняя мерзлота возможна только в Альпах. В европейской части России мерзлота распространена на Крайнем Севере - в тундре и лесотундре. От Кольского полуострова, где она имеется только в северной его части, южная
граница мерзлоты идет к устью р. Мезени и далее почти по север­ному полярному кругу до Урала, смещаясь здесь довольно сильно к югу. В пределах Западной Сибири граница занимает почти широтное положение до р. Енисея вблизи устья р. Подкаменная Тунгуска, где она резко поворачивает на юг и, следуя вдоль правого берега р. Енисея, уходит за пределы России, отграничи­вая значительные районы Монголии. Снова южная граница многолетней мерзлоты появляется в России западнее Благовещенска, следуя на северо-восток примерно до 131°30" в. д., откуда опять поворачивает на юг, пересекает р. Амур вблизи устья р. Архары и снова уходит за пределы страны. Затем она еще раз появляется в России восточнее М. Хингана, далее идет на северо-восток и обрывается у берега Сахалинского залива. На полуострове Камчатка южная граница проходит с юго-запада на северо-восток примерно в середине полу­острова

По характеру распространения многолетняя мерзлота может быть разделена на три зоны: 1 - сплошная, 2 - мерзлота с островами талых грунтов и 3 - островная (острова мерзлоты среди талых пород).

Каждая из этих зон характеризуется различными мощностями и температурами мерзлых толщ. При этом и внутри зон мощности и температуры изменяются в направлении с севера, на юг - мощ­ности уменьшаются, температуры повышаются.

Зона сплошной многолетней мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлых толщ - от 500 и более метров до 300 м и са­мыми низкими их температурами - от 2° С до 10° С и ниже.

Сплошная мерзлота в России развита: в северной части Большеземельской тундры, на Полярном Урале, в тундре Западной Сибири, в северной части Средне-Сибирского плоскогорья (к се­веру от долины р. Нижней Тунгуски), на всем Таймырском полу­острове, на островах архипелага Северной Земли, на Новосибирс­ких островах, на Яно-Индигирской и Колымской приморской равни­нах и дельте р. Лены, на Лено-Вилюйской аллювиальной равнине, на Лено-Алданском плато и в обширной области хребтов Верхоянского, Черского, Колымского, Анадырского, а также Юкагир­ского плоскогорья и других внутренних нагорьях, на Анадырской равнине.

В зоне, где среди многолетней мерзлоты встречаются острова талых пород, мощности мерзлых толщ иногда достигают 250-300 м, но чаще от 100-150 до 10-20 м, температуры от 2 до 0°С. Этот тип многолетней мерзлоты имеется в Большеземельской и Малоземельской тундре, на Средне-Сибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуска, в южной части Лено-Алданского плато, в Забайкалье.

Островная многолетняя мерзлота характеризуется малыми мощностя­ми мерзлых толщ - от нескольких десятков метров до не­скольких метров, а температурами - близкими к 0°С.

Островная мерзлота встречается на Кольском полуострове, в Канинско-Печорском районе, в таежной зоне Западной Сибири, в южной части Средне-Сибирского плоскогорья, на Дальнем Востоке, в северной части острова Сахалин, вдоль побережья Охотского мо­ря и на Камчатке.

В горной зоне от Саян до Копет-Дага и на Кавказе многолетнемерзлые породы встречаются главным образом по периферии районов оледенения и имеют чаще всего островное распространение. Присутствует мерзлота в породах, слагающих дно полярных шельфовых морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, на шельфе к северу от Аляски.

Значительны районы многолетней мерзлоты в Центральной Азии. Это области хребтов Гиндукуш, Восточного Тянь-Шаня, Нань-Шаня, Кунь-Луня, Гималаев и высокого плоскогорья Тибет.

На североамериканском континенте граница многолетней мерзлоты идет вдоль побережья Тихого океана, немного его не достигая, да­лее проходит по западному склону североамериканских Кордильер, пересекает их близ 53 0 с. ш., круто поворачивает на север, следуя в этом направлении до 57° с. ш. Затем эта граница идет на юго-восток, достигает южного берега Гудзонова залива и, оставляя к северу полуостров Лабрадор, она выходит к бере­гу Атлантического океана.

К области многолетней мерзлоты относятся также острова Гренлан­дия и Исландия.

В южном полушарии многолетней мерзлотой охвачен весь материк Антарктиды, присутствует в высокогорных участ­ках Анд в Южной Америке. Африка и Австралия, полностью лишены многолетней мерзлоты.

Основные черты климата, которые характерны для районов рас­пространения мерзлой зоны, в целом следующие: отрицательная среднегодовая температура воздуха, сухие, холод­ные длительные зимы, короткое лето, малое количество осадков, особенно зимою. Характерно, следовательно, антициклональное состояние атмосферы зимой, которое благоприятствует малому ко­личеству осадков, большой прозрачности воздуха, сильным теплопотерям земной коры. Поэтому наиболее крупные территории, за­нятые мерзлотой в Евразии и Северной Америке, до не­которой степени совпадают с пространствами, занимаемыми азиатским и североамериканским антициклонами.

Гидрогеологические условия области многолетней мерзлоты. Подземные воды оказывают весьма существенное воздействие на формирование мерзлоты, многолетнемерзлые породы, в свою очередь, представляют собой мощный фактор в создании специфической гидрогеологической обстановки.

Возникновение толщи мерзлых пород может способствовать разобщению на части того или иного единого водоносного горизонта, создавать водоупоры, которых ранее не было заметно, нарушать взаимную связь поверхностных и подземных вод, локализовать места питания и разгрузки, приурочивая их к участкам таликов, изменять направление и скорость движения подземных вод и т. д. Тем самым в мерзлой зоне возникают совершенно особые условия размещения, питания, движения и разгрузки подземных вод.

Подземные воды оказывают влияние на тепловой режим горных пород. Они изменяют их теплофизические свойства. Движение подземных вод вызывает конвективные тепловые потоки. Вследствие взаимодействия конвективного переноса тепла с кондуктивным потоком тепла, идущим из земных недр, происходит перераспределение тепловой энергии в горных породах, отчего меняется их температурное поле и сами условия развития мерзлоты.

Промерзание водоносных горизонтов приводит к своеобразному распределению льда в горных породах, которое зависит главным образом от степени водонасыщенности горизонта, состава пород, также от того, какова их водопроницаемость обусловленная пори­стостью, трещиноватостью и т. д. Кроме того, вследствие неравномерного промерзания, в водоносных горизонтах часто воз­никают значительные напряжения и внутрипластовое давление, вследствие чего вода может перемещаться под давлением в сторо­ну участков с меньшим внутрипластовым давлением. В данном случае могут возникать разрывы кровли и излияние воды на по­верхность с образованием наледей. Если прорыва кровли не происходит, то образуются скопления льда в виде достаточно крупных тел - пластовых или лакколитообразных. Гидролакколиты, форми­рующиеся близ земной поверхности, проявляются в рельефе в виде выпуклых бугров пучения.

Классификация подземных вод:

1. Надмерзлотцые воды, содержащиеся в талых породах над кровлей мерзлоты, Среди них выделяются воды: а) деятель­ного слоя и б) многолетних несквозных таликов (подрусловых, подозерных,так называемой несливающейся мерзлоты).

2. Воды таликовых зон, находящиеся в сквозных таликах, ог­раниченных мерзлыми породами с боков. Таликовые зоны служат основными путями, по которым происходит связь между поверхно­стными, подмерзлотными и межмерзлотными водами. Через эти зо­ны идет питание и разгрузка различных типов подземных вод.

3. Подмерзлотные воды являются водами первого от основания многолетнемерзлой толщи водоносного горизонта или водоносной трещи­новатой зоны. Среди этих вод выделяются контактирующие и не­контактирующие. Первые находятся с мерзлой толщей в том или ином непосредственном взаимодействии, вторые - не связаны с ней непосредственным взаимодействием, т. е. залегают на значи­тельной глубине от нее.

4. Межмерзлотные воды, содержащиеся в талых породах, за­ключенных между горизонтами мерзлых пород.

5. Внутримерзлотные воды, содержащиеся в локализованных участках талых пород, со всех сторон ограниченных мерзлыми породами. Эти воды изолированы от какого бы то ни было взаимо­действия с другими типами подземных вод.

Не менее четверти всей суши на нашей планете занимает вечная мерзлота – слой грунта, который в течение многих лет сохраняет отрицательную температуру, не оттаивая в теплое время года.


В научном сообществе в настоящее время принято называть вечную мерзлоту многолетней криолитозоной либо многолетней мерзлотой, так как на самом деле промерзший слой существует не «вечно», а в течение определенного промежутка времени.

Где можно встретить многолетнюю мерзлоту?

Вечная мерзлота – явление, характерное для полярных и приполярных районов, которое наблюдается на территории, прилегающей к обоим полюсам — и Северному, и Южному. Помимо того, мерзлота встречается и в других регионах планеты, в том числе в экваториальных, но только в высокогорных районах, на вершинах, увенчанных снеговыми шапками.

Единственным материком, где вечной мерзлоты нет, является , которая достаточно удалена от Южного полюса и не обладает высокими горными массивами. Сплошные массивы вечной мерзлоты располагаются в северной части Евразийского континента, на территории севера Канады, Аляски, не менее чем на половине площади Гренландии, а также на всей территории Антарктиды.


Толщина промерзшего слоя колеблется от 30 сантиметров до более чем километра. Наибольшая зафиксированная глубина многолетней мерзлоты обнаружена в верховьях сибирской реки Вилюй, протекающей на территории Якутии, и составляет 1370 метров. В России вечная мерзлота занимает почти две трети общей территории (65%), или 11 миллионов квадратных километров.

Многие территории заняты сплошной мерзлотой, которая носит многолетний характер – это северо-восток Сибири, острова Арктики, Новая Земля и т.д. Территории, расположенные немного южнее, характеризуются так называемой островной мерзлотой, где промерзший слой невелик и может залегать не сплошным слоем, а отдельными пятнами, а температура толщи грунта колеблется от –6 градусов до нуля.

Как проявляется вечная мерзлота?

В северных районах, где грунт скован вечной мерзлотой, даже летом оттаивает только тонкий слой, не более 5-10 сантиметров. Вода, которая образуется после таяния зимних снегов, не может полностью впитаться в почву, поэтому верхний слой летом представляет собой полужидкую грязь.


Если оттаявшая почва расположена на склоне, то грязевой «язык» под действием силы тяжести нередко сползает по нему в низину. Рельеф тундры во многих местах изобилует такими следами грязевых оползней.

С окончанием лета ландшафт может измениться до неузнаваемости. Талая вода, заполнявшая трещины в скальных породах, замерзает (при этом ее объем увеличивается примерно на 10%) и разрывает породу. Это вызывает либо вспучивание, либо сдвиг грунта. Внешне такое место выглядит как холм в форме купола высотой около 30-50 метров, вершина которого расколота на несколько частей либо раскрошена.

Местные жители называют эти холмы словом «пинго». Их можно встретить не только в Сибири, но и в Канаде и Гренландии. На вершинах пинго нередко образуются небольшие кратеры, которые летом превращаются в неглубокие озерца.

Мерзлота и деятельность человека

Для освоения северных районов знание особенностей многолетней мерзлоты представляет чрезвычайную важность. Учитывать свойства мерзлоты необходимо при постройке зданий и сооружений, проведении геологоразведки, при добыче полезных ископаемых и их транспортировке в более благоприятные регионы страны. Бесконтрольное таяние мерзлоты может доставить немало проблем, и при проведении работ такой возможности необходимо всячески избегать.


В то же время промерзший, лишенный подвижности грунт очень удобен при разработке месторождений открытым, карьерным способом. Так как стенки карьера скованы мерзлотой и не осыпаются, работы ведутся значительно более эффективно, чем в обычных условиях.

В последнее десятилетие площадь, занимаемая вечной мерзлотой, начала сокращаться. Промерзшие слои медленно отступают к северу, так как общая температура растет под влиянием процессов глобального потепления. Не исключено, что через 50-100 лет районы, освобожденные от мерзлоты, смогут стать новой житницей России.