Більше 25% поверхні суші земної кулі займає багаторічна чи вічна мерзлота. Вона є промерзлим грунтом, який ніколи повністю не відтає. Багаторічна мерзлота була сформована в льодовиковий період розвитку планети, в районах із сухим та морозним кліматом.
Географія вічної мерзлоти
Багаторічна мерзлота є типовим явищем для приполярних і полярних районів, розташованих поблизу Північного і Південного полюсів. Також мерзлота зустрічається і в інших районах Землі, в тому числі і в екваторіальних широтах, але високо в горах, вершини яких покриті льодом і сніговими шапками.
Мал. 1. Снігові вершини високих гір.
Єдиний материк планети, біля якого немає вічної мерзлоти - це Австралія. Справа в тому, що він максимально віддалений від Південного полюса і не може похвалитися високогір'ям.
Величезні масиви багаторічної мерзлоти розташовані у таких регіонах:
- північна частина Євразійського континенту;
- північні території Канади;
- Аляска;
- Гренландія;
- Антарктиди.
Товщина промерзлого ґрунтового шару коливається від кількох десятків сантиметрів до кілометра і більше. Багаторічна мерзлота у Росії займає 2/3 всієї території. Найбільша зафіксована глибина становить 1370 м, і вона знаходиться в Якутії, у верхів'ях річки Вілюй.
Мал. 2. Територія мерзлоти біля річки Вілюй.
Мерзлота представлена двома формами:
- Суцільна вічна мерзлота розташована біля Сибіру, Нової Землі, на арктичних островах. Протягом багатьох років вона ніколи не танула, і утворила значні масиви суші, що промерзла.
- Часткова мерзлота розташована дещо південніше. Вона характеризується невеликим промерзлим шаром та заляганням у вигляді окремих областей.
Умови формування мерзлоти
У північних регіонах ґрунт залишається промерзлим навіть улітку. Відтає лише невеликий шар, не більше 10 см. Вода, що утворюється після танення зимового снігу, не в змозі повністю вбратися в твердий мерзлий ґрунт, тому влітку верхній шар улітку представляє напіврідке брудне місиво.
Якщо танення снігу відбувається на схилі, то згодом грязьова «хвиля» під дією сили тяжіння сповзає вниз. Такі грязьові зсуви найбільш характерні для рельєфу тундри.
З настанням осені природний ландшафт може кардинально змінитись. Тала вода, що скупчилася в тріщинах скельних порід, замерзає. При цьому її обсяг збільшується і порода руйнується. Це призводить до зсуву ґрунту або його спучування. Так утворюється пінго.
Зовні подібне місце нагадує куполоподібний пагорб заввишки до 50 м, з розколотою або розфарбованою вершиною. Пінго зустрічаються у Сибіру, Гренландії, Канаді. На вершинах часто утворюються невеликі западини, у яких влітку утворюються невеликі озерця.
Мал. 3. Пінго.
Мерзлота та людська діяльність
Для успішного освоєння північних районів дуже важливо володіти повною інформацією про багаторічну мерзлоту. Подібні знання необхідні для виконання наступних завдань :
- будівництво будівель та різних споруд;
- проведення геологорозвідки;
- видобуток корисних копалин.
Безконтрольне танення мерзлоти може спричинити появу багатьох проблем, пов'язаних з особливістю діяльності людини в північних районах. При проведенні робіт на півночі це потрібно уникати всіма способами.
Глибоко промерзлий ґрунт, позбавлений найменшої рухливості своїх пластів, дуже зручний при розробці родовищ корисних копалин кар'єрним відкритим способом. Оскільки стінки кар'єру, скуті мерзлотою, не обсипаються, вони дозволяють ефективніше проводити роботу.
В останні роки площа, яку займає багаторічна мерзлота, почала скорочуватися. Області промерзлого ґрунту стали повільно відступати на північ. Це пов'язано з глобальним потеплінням планети і незмінним зростанням температури. Якщо ситуація не зміниться, то вже за кілька десятиліть райони, які були звільнені від мерзлоти, стануть придатними для сільськогосподарських робіт.
Внутрішні води Росії представлені як скупченнями рідкої води, а й у твердому стані, що утворює сучасне покривне, гірське і підземне заледеніння. Область підземного заледеніння називають кріолітозоною (термін запроваджений у 1955 р. радянським мерзлотоведом П. Ф. Швецовим; раніше для її позначення використовувався термін "вічна мерзлота").
Кріолітозона - верхній шар земної кори, що характеризується негативними температурами гірських порід та наявністю (або можливістю існування) підземних льодів. До її складу входять багаторічномерзлі гірські породи, підземні льоди та непромерзаючі горизонти сильно мінералізованих підземних вод.
В умовах тривалої холодної зими при відносно невеликій потужності снігового покриву гірські породи втрачають багато тепла і промерзають на значну глибину, перетворюючись на мерзлу тверду масу. Влітку вони не встигають повністю відтанути, і негативні температури ґрунту зберігаються навіть на невеликій глибині протягом сотень та тисяч років. Цьому сприяють величезні запаси холоду, що накопичуються за зиму в районах із негативною середньорічною температурою. Так, у Середньому та Північно-Східному Сибіру сума негативних температур за період залягання снігового покриву становить -3000...-6000°С, а влітку сума активних температур становить лише 300-2000°С.
Гірські породи, тривалий час (від кількох років до багатьох тисячоліть) перебувають при температурах нижче 0°С і зцементовані вологою, що замерзла в них, отримали назву багаторічної, або вічної мерзлоти. Нагромадження води у багаторічномерзлих породах утворюють лінзи, клини, прошарки та прожилки льоду, тобто. до складу вічної мерзлоти входять і підземні льоди. Зміст льоду, тобто. льодистість багаторічної мерзлоти може бути дуже різною. Вона коливається від кількох відсотків до 90% загального обсягу породи. У гірських районах льоду зазвичай буває мало, натомість на рівнинах підземний лід нерідко виявляється головною гірською породою. Особливо багато крижаних включень міститься в глинистих і суглинистих відкладеннях крайніх північних районів Середнього та Північно-Східного Сибіру (в середньому від 40-50% до 60-70%), що відрізняються найнижчою постійною температурою ґрунту.
Багаторічна мерзлота – незвичайне явище природи, на яке звернули увагу ще землепрохідці у XVII ст. Про неї згадував у своїх роботах В. Н. Татіщев (початок XVIII ст.). Перші наукові дослідження мерзлоти було проведено А. Міддендорфом (середина ХІХ ст.) під час його експедиції на північ і схід Сибіру. Міддендорф вперше зробив вимірювання температури мерзлого шару в ряді пунктів, встановив його потужність у північних районах, висловив припущення про походження мерзлоти та причини її поширення в Сибіру. У другій половині ХІХ ст. та на початку XX ст. мерзлота вивчалася попутно з розвідувальними роботами геологами та гірничими інженерами. У радянські роки проводилися серйозні спеціальні дослідження багаторічної мерзлоти М. І. Сумгіним, П. Ф. Швецова, А. І. Поповим, І. Я. Барановим та багатьма іншими вченими.
Область поширення багаторічної мерзлоти у Росії займає близько 11 млн км 2 , що становить майже 65% території країни.
Південна її межа проходить центральною частиною Кольського півострова, перетинає Східноєвропейську рівнину поблизу полярного кола, Уралом відхиляється на південь майже до 60° пн.ш., а вздовж Обі - на північ до гирла Північної Сосьви, далі проходить південним схилом Сибірських Увалів до Єнісея у районі Підкам'яної Тунгуски. Тут кордон круто повертає на південь, проходить вздовж Єнісея, йде схилами Західного Саяна, Туви та Алтаю до кордону з Казахстаном. На Далекому Сході кордон мерзлоти йде від Амура до гирла Селемджі (лівого притоку Зеї), потім підніжжям гір лівобережжя Амура до його гирла. Мерзлота відсутня на Сахаліні та у прибережних районах південної половини Камчатки. Плями мерзлоти зустрічаються на південь від кордону її поширення в горах Сихоте-Аліня та у високогір'ях Кавказу.
У межах цієї великої території умови розвитку мерзлоти не однакові. Північні та північно-східні райони Сибіру, острови азіатського сектора Арктики та північний острів Нової Землі зайняті суцільною низькотемпературною багаторічною мерзлотою. Південна її межа проходить через північну частину Ямала, Гиданського півострова до Дудинки на Єлисеї, потім до гирла Вілюя, перетинає верхів'я Індигірки та Колими і виходить до узбережжя Берингового моря на південь від Анадиря. На північ від цієї лінії температура шару багаторічномерзлих порід становить -6...-12°С, яке потужність досягає 300-600 м і більше. На південь і на захід від поширена мерзлота з островами таліків (талого грунту). Температура мерзлого шару тут вища (-2...-6°С), а потужність зменшується до 50-300 м. Поблизу південно-західної околиці області поширення мерзлоти зустрічаються лише окремі плями (острова) мерзлоти серед талого ґрунту. Температура мерзлого ґрунту близька до 0 ° С, а потужність менше 25-50 м. Це - острівна мерзлота.
У мерзлій товщі концентруються великі запаси води у вигляді підземних льодів. Частина їх утворилася одночасно з породами, що вміщають (сингенетичні льоди), інша - при замерзанні води в раніше накопичених товщах (епігенетичні).
На приморських низовинах від гирла Хатанги до Колими, на Новосибірських островах та на Вілюйській низовині в пухких відкладах поширені полігонально-жильні льоди. Потужність їх сягає 40-50 м, але в Великому Ляхівському острові навіть 70-80 м. Ці льоди можуть вважатися " копалини " , оскільки формування їх відбувалося середньочетвертичне час (під час зледеніння). Жильний лід у тріщинах кристалічних та метаморфічних порід широко представлений у гірських системах Північного Сходу та в північній частині Середнього Сибіру. Для Західного Сибіру та Печорської низовини типові крижані ядра торф'яних пагорбів пучення. Крижані інтрузії - гідролаколіти (булгунняхи в Якутії) утворюються в озерно-алювіальних, делювіальних та соліфлюкційних відкладах улоговин Забайкалля та Північного Сходу, у Центральній Якутії та північних районах Західного Сибіру.
Міграційні льоди, що заповнюють морозобійні тріщини, поширені практично у всіх районах, де трапляється мерзлота.
Велика потужність багаторічної мерзлоти, знахідки в ній мамонтів, що добре збереглися, свідчать про те, що багаторічна мерзлота - продукт досить тривалого накопичення холоду в товщах гірських порід. Переважна більшість дослідників вважає її реліктом льодовикових епох. Сучасний клімат на більшій частині території поширення мерзлоти лише сприяє її збереженню, тому щонайменше порушення природної рівноваги веде до її деградації. Це необхідно враховувати під час господарського використання території, у межах якої поширена мерзлота.
Багаторічна мерзлота впливає як на підземні води, режим і харчування річок, поширення озер і боліт, а й багато інших компонентів природи (рельєф, грунту, рослинність), і навіть на господарську діяльність людини. При розробці з корисними копалинами, прокладці доріг, будівництві, під час проведення сільськогосподарських робіт необхідно ретельно вивчати мерзлий грунт і допускати його деградації.
Сучасне заледеніння
Сучасні льодовики займають біля Росії невелику площу, лише близько 60 тис. км 2 , проте у яких укладено великі запаси прісної води. Вони є одним із джерел живлення рік, значення якого особливо велике в річному стоку рік Кавказу.
Основна площа сучасного заледеніння (понад 56 тис. км 2 ) знаходиться на арктичних островах (див. таблицю 7), що пояснюється їх становищем у високих широтах, що обумовлює формування холодного клімату.
Нижня межа нивальної зони опускається тут майже рівня моря. Зледеніння зосереджено переважно у західних і центральних районах, де випадає більше атмосферних опадів. Для островів характерне покривне та гірничо-покривне (сітчасте) заледеніння, представлене льодовиковими щитами та куполами з вивідними льодовиками. Найбільший льодовиковий покрив розташований на Північному острові Нової Землі. Довжина його за вододілом становить 413 км, а найбільша ширина досягає 95 км (Долгушин Л. Д., Осипова Г. Б., 1989). Острів Ушакова, що лежить між Землею Франца-Йосифа і Північною Землею, являє собою суцільний льодовиковий купол, краї якого обриваються до моря крижаними стінами заввишки від декількох метрів до 20-30 м, а на острові Вікторії, розташованому на захід від Землі Франца-Йосифа, вільний ото льоду лише невелика ділянка пляжу площею близько 100 м2.
Таблиця 6. Сучасне заледеніння Росії (за Л. Д. Долгушин, Г. Б. Осипової, 1989)
При русі на схід все більша частина островів залишається вільною від льоду. Так, острови архіпелагу Землі Франца-Йосифа майже суцільно вкриті льодовиками, на Новосибірських островах заледеніння характерне лише для північної групи островів Де-Лонга, але в острові Врангеля покривного заледеніння немає - тут зустрічаються лише сніжинки і льоднички. Більшість сніжно-льодових утворень є багаторічними сніжниками з ядрами інфільтраційного льоду.
Товщина льодовикових покривів арктичних островів сягає 100-300 м, а запас води у яких наближається до 15 тис. км 2 , що у чотири рази більше річного стоку всіх річок Росії.
Зледеніння гірських областей Росії і за площею, і за обсягом льоду значно поступається покривному заледеніння арктичних островів. Гірське заледеніння характерне для найвищих гір країни - Кавказу, Алтаю, Камчатки, гір Північного Сходу, але зустрічається і в невисоких гірських масивах північної частини території, де сніговий кордон лежить низько (Хібіни, північна частина Уралу, гори Бирранга, Путорана, Хараулаські гори). ), а також у районі Маточкина Шара на Північному та Південному островах Нової Землі.
Багато гірських льодовиків лежать нижче за кліматичний сніговий кордон, або "рівня 365", на якому сніг зберігається на горизонтальній підстилаючій поверхні протягом усіх 365 днів на рік. Існування льодовиків нижче за кліматичну снігову межу стає можливим за рахунок концентрації великих мас снігу в негативних формах рельєфу (часто в глибоких стародавніх карах) підвітряних схилів в результаті метелевого перенесення та сходу лавин. Різниця між кліматичним та фактичною сніговою межею вимірюється зазвичай сотнями метрів, але на Камчатці перевищує 1500 м.
Площа гірського заледеніння Росії трохи перевищує 3,5 тис. км 2 . Найбільш широко поширені карові, карово-долинні та долинні льодовики. Більшість льодовиків і площі зледеніння приурочена до схилам північних румбів, що зумовлено не тільки умовами снігонакопичення, а й більшою затіненістю від сонячних променів (інсоляційними умовами). За площею заледеніння серед гір Росії перше місце посідає Кавказ (994 км 2 ). За ним слідує Алтай (910 км2) та Камчатка (874 км2). Менш значне заледеніння притаманно Коряцького нагір'я, хребтів Сунтар-Хаята і Черского. Зледеніння інших гірських районів невелике. Найбільшими льодовиками Росії є льодовик Богдановича (площа 37,8 км 2 , протяжність 17,1 км) у Ключевській групі вулканів Камчатки та льодовик Безенги (площа 36,2 км 2 , протяжність 17,6 км) у басейні Терека на Кавказі.
Льодовики чуйно реагують на коливання клімату. У XVIII – на початку XIX ст. розпочався період загального скорочення льодовиків, який триває й досі.
Перші письмові свідчення існування незвичайного стану грунту, пізніше позначеного як “вічна мерзлота”, залишилися від російських землепроходців XVII століття, підкоряли Сибір. Першовідкривачем став козак Я. Святогоров, а члени експедицій І. Реброва та С. Дежнєва вже вивчили питання більш детально. У своїх депешах до двору вони описали особливість окремих зон у тайзі, у яких навіть улітку земля зберігає зимову мерзлість. У 1640 р. воєводи М. Глєбов та П. Головін у посланні російському цареві не приховували свого щирого подиву:
Земля, пане, і серед літа вся не розтає.
Остаточно утвердилися існування районів «вічної мерзлоти» під час початку промислового освоєння Півночі. У 1828 р. прохідник Ф. Шергін прорубав перший метр крижаного ґрунту в Якутську, за 9 років досягнувши позначки трохи менше 116 з половиною метрів і не зустрівши на шляху жодного водоносного горизонту. А. Міддендорф, вимірявши температуру протягом усього шахти Шеригіна, підвів межу під відповідь. Таким чином, неймовірне стало очевидним фактом географії та геології країни.
Вічна мерзлота півострова Ямал північ від Західного Сибіру, біля Ямало-Ненецького автономного округу Росії.
Поняття «вічна мерзлота» вперше з'явилося у науковому середовищі 1927 року. Автором терміна став радянський вчений М.І. Сумгін, один із засновників вітчизняної науки з вивчення цього явища.
Наукове визначення
Під вічною мерзлотою прийнято вважати кріолітозону з температурним режимом від 0°C і нижче і відповідно наявністю в ній підземних льодів. По Сумгін це грунтова мерзлота з віком від 2 років і вище, максимальні величини накопичення вимірюються тисячоліттями.
Якийсь час існувала певна сум'яття в термінології. Значення слова "мерзлота" не мало чіткого визначення, що призводило до різночитань. Таке становище зазнавало справедливої критики і тому пропонувалися інші назви. Були спроби широко розповсюдити найменування «багаторічномерзлі гірські породи», «багаторічна кріолітозона». Але внаслідок цього прижився термін Сумгіна.
Термін, протягом якого утворюється мерзлий стан порід, поділяє їх на три види:
- Короткочасно-мерзлі породи (за години та добу),
- Сезонно-мерзлі породи (за місяці),
- Багаторічні мерзлі породи (за роки)
До окремої категорії належать проміжні або перехідні форми мерзлих порід. Їх називають перельотами. Прикладом може бути випадок, коли сезонно-мерзла порода не встигає протаїти за літній період і зберігається протягом декількох років.
Велика частка сучасної вічної мерзлоти виникла внаслідок дії останнього льодовикового періоду. Обсяги льоду у промерзлих породах можуть становити до 90 відсотків. У наші дні спостерігається процес їхнього повільного танення.
Особливості мерзлих ґрунтів
Низькі температури в умовах мерзлоти, що носить тривалий сезонний або постійний характер, природно накладають свій відбиток на стан місцевого грунту. У ньому протікають своєрідні хіміко-біологічні процеси. Один із прикладів зображений на фото зліва.
Над мерзлим водотривким шаром у процесі коагуляції (згущення) органічних речовин накопичується гумус. Причому його надмерзлотна регенерація або так зване надмерзлотне огляд дуже не залежать від милостей природи. Щоб процес пішов, достатньо невеликої кількості річних опадів.
Шліри (крижані шари), що утворюються в землі, розриваючи водоносні капіляри, перекривають доступ вологи з верхніх надмерзлотних горизонтів до нижнього коренежитного середовища. Всі явища, що відбуваються в ґрунті в умовах вічної мерзлоти, особливо притаманні. В результаті механічних змін, що відбуваються через наявність мерзлого шару в грунті, тундра набула свого особливого вигляду. Кріогенні деформації у вигляді кріотурбації (перемішування під впливом різниці температур ґрунтової маси) та соліфлюкації (сповзання ґрунтової маси, насиченою водою, зі схилів по мерзлому шару) надали рельєфу тундри хвилеподібні обриси, коли спучені бугри чергуються з провалом. З тієї ж причини утворилися плямисті тундри.
Мінусові температури впливають і на оструктурування ґрунту, викликаючи його кріогенний характер. Вони змушують продукти ґрунтоутворення переходити в більш конденсовані стани, при цьому різко уповільнюючи рухливість. Внаслідок мерзлотної коагуляції колоїдів відбувається залізнення ґрунтів. На думку деяких дослідників, кріогенні явища також збагачують кремнекислотою середню частину профілю підзолистих ґрунтів. Ці вчені вважають білу присипку результатом мерзлотної диференціації плазми ґрунту.
Ареали розповсюдження
Вічна мерзлота має глобальні масштаби розповсюдження. Вона захопила щонайменше ¼ частини суші землі, зокрема високогірні райони Африки. Австралія є єдиним материком, де це явище відсутнє взагалі.
Великі простори Росії є осередком вічної мерзлоти. Більше половини території найбільшої країни світу посідає кріотозон. Найбільшого поширення вона набула в Забайкаллі та Східному Сибіру, де у верхній частині річки Вілюй на глибині 1370 метрів залягає найнижча точка вічної мерзлоти. Рекорд зафіксовано 1982 року.
Економічний вплив
Облік вічної мерзлоти важливий щодо будівництва, геологорозвідки та інших господарських робіт у районах Півночі. Вона може як створювати проблеми, так і приносити користь. Здатність служити природним холодильником для зберігання продуктів лежить на поверхні. Крім цього, в умовах вічної мерзлоти можливі утворення покладів гідратів газів, що використовуються людиною, зокрема метану.
Висока міцність померзлих порід сильно ускладнює видобуток копалин. Але в той же час є інша, сильна сторона: мерзлота цементує породи, що дозволяло в кар'єрах Якутії успішно проводити розробку кімберлітових трубок, доводячи стінки чаш до вертикального стану. Яскравим свідченням останнього є приклад якутського кар'єру Трубка Вдала.
Ігарський музей вічної мерзлоти – явище унікальне, і не лише тому, що основні його експозиційні зали знаходяться в товщі вічно мерзлого ґрунту, а й тому, що головний експонат музею – сама вічна мерзлота.
З перших років будівництва міста вчені вели її дослідження, мерзлотна станція була відкрита у 1931 році. Принагідно ж виношувалась ідея демонстрації населенню результатів дбайливого ставлення до природи. Ця ідея належала вченому-мерзлотознавцю Михайлу Івановичу Сумгіну, який відвідав наукову станцію в 1938 році. На той час були вириті шахтні колодязі та зустрічні штреки до них. За рік до початку Великої Вітчизняної війни шляхом вилучення грунту було обладнано п'ять камер, відокремлених від коридору перегородками та дверима. Їхні стіни, як і коридор, були облицьовані тонким шаром льоду. Об'єм вийнятого ґрунту становив 468 кубічних метрів.
Збудовані приміщення мали науково-дослідницьке значення, проте для бажаючих, насамперед школярів та гостей міста, вже тоді проводилися співробітниками станції перші екскурсії. Так, одна з камер по суті вже тоді почала використовуватися як біомузей. Його експонатами стали заморожені ящірки, йоржі, що знаходиться в анабіозі метелик бражник, комахи: джмелі, сонечко і муха. Вчені поповнювали біомузей у міру своїх можливостей та приймали відвідувачів.
Як своєрідний науковий експеримент з дослідження можливості збереження паперу і на згадку про Велику Вітчизняну війну співробітниками станції 6 квітня 1950 року було зроблено закладку газет військового періоду – «Правди», «Известий», «Праці» та «Красноярського робітника» із заповітом розкрити ящик з замурованими в ньому газетами 9 травня 2045 року.
Датою офіційного відкриття музею вічної мерзлоти в Ігарці вважається 19 березня 1965 року. Першими експонатами, крім вищезазначених, стали книги з мерзлотознавства та вморожені в лід рослини. Природа ніби йшла назустріч ентузіастам, відкриваючи свої багатовікові таємниці. В одній зі стін коридору при проході оголилися стовбури дерев, їх зрізи, що дозволяють судити про вік – понад 50 тисяч років.
І все-таки це ще був музей на громадських засадах, інші приміщення використовувалися як наукові лабораторії. І вчені продовжували експериментувати: так народилася поки що не втілена ідея будівництва підземної ковзанки, з можливістю її цілорічного використання спортсменами та аматорами.
З 25 жовтня 1996 підземні лабораторії Науково-дослідної мерзлотної станції були прийняті в муніципальну власність. Були проведені масштабні роботи з капітального ремонту підземної частини, розширення та створення нових експозиційних залів. Безперечно, що основним у краєзнавчому комплексі «Музей вічної мерзлоти» вважається підземна частина музею. Але також цікаві експонати є і у відділах природи, історії, 503-го будівництва, виставково-експозиційному залі. У залі природи, наприклад, що знаходиться перед входом у підземелля, – знайдені на околицях Ігарки кістки доісторичних тварин, у тому числі зуб мамонта. А екскурсоводи, розповідаючи про особливості виростання дерев, демонструють стовбур десятирічної ялинки з горизонтальним корінням – так дерева шукають у відталеному шарі грунту потрібну їм для зростання вологу.
Велику роль у розвитку музею, його популяризації відіграли перший екскурсовод музею Павло Олексійович Євдокимов, колишній директор музею Марія В'ячеславівна Мішечкіна та її нині покійний чоловік Олександр Ігорович Тощев. До їхніх заслуг належить не лише збереження ґрунтів від вивітрювання від зіткнення з людьми (а це також цілий комплекс заходів), а й відкриття та модернізація нових залів, впровадження музейних традицій, широка видавнича діяльність.
Сезонна мерзлота. Сезонне промерзання - протаювання та його причини.Нахил земної осі до площини екліптики зумовлює зміну пір року Землі. Результатом зміни пір року є періодичне сезонне промерзання та протування деякого приповерхневого горизонту земної кори. Сезонна пульсація в надходженні - витраті тепла, з постійним дефіцитом його в зонах, що тяжіють до полюсів, призводить до розвитку багаторічної мерзлоти. Сезонна зміна пір року призводить до того, що над багаторічною мерзлотою утворюється шар сезонного (літнього) протаювання, що замерзає взимку, а поза область багаторічної мерзлоти - шари сезонного промерзання, що відтають влітку.
Південний кордон Вічний, мерзлоти
Мал. 1. Схема зміни глибини сезонного промерзання - протування:
1 - зона потенційно можливого сезонного протування, 2 - сезонно промерзаючі та протаюючі породи, 3 - багаторічна мерзлота.
Крім шару зимового промерзання і літнього протаювання, властивого середнім і високим широтам і деяких місцях південних широт, часом виникає короткочасномерзлий стан порід, що триває кілька годин чи, рідше, кілька діб.
Закономірність сезонних мерзлотних явищ ілюструє графік (рис. 1).
З даних графіка видно, що справжня глибина сезонного промерзання та протаювання найбільша біля південного кордону багаторічної мерзлоти. На північ від неї вона менша внаслідок фактичного зменшення глибини сезонного протування (тобто глибини потенційного протування), а на південь вона менша внаслідок меншої глибини фактичного промерзання.
Діяльний шар.Шар сезонного промерзання та протаювання називається діяльним шаром. Розрізняють шар сезонного протаювання, розташований над мерзлотою, та шар сезонного промерзання над талим субстратом. При цьому виходять з того становища, що існують постійно мерзла товща порід (багаторічна мерзлота) і постійно тала товща (за межами області багаторічної мерзлоти). Для першої характерне сезонне протування, тобто потенційне сезонне промерзання вуалюється наявністю багаторічної мерзлоти; для другої характерне сезонне промерзання, оскільки потенційне протаювання тут не проявляється через малу глибину зимового промерзання. Тому і дано назви - шар сезонного протаюваннядля області багаторічної мерзлоти та шар сезонного промерзання -для області поза багаторічною мерзлотою. Сьогодні все частіше користуються іншими назвами: діяльний шар над багаторічномерзлим субстратом,маючи на увазі сезонне промерзання та протування над багаторічною мерзлотою та діяльний шар над талим субстратом,маючи на увазі сезонне промерзання над талою товщею гірських порід.
У діяльному шарі відбуваються найбільш значні річні коливання температур, відбувається найбільша частина річних теплообігів, найбільш інтенсивно розвиваються фізичні, фізико-хімічні та геологічні процеси. Це проміжний шар, через який відбувається теплообмін поверхні Землі з багаторічномерзлою товщею. Сезонне промерзання та протаювання в діяльному шарі визначає напрямок та характер фізичних, фізико-хімічних та геологічних процесів, які, у свою чергу, визначають особливості кріогенної будови та властивості товщ мерзлих гірських порід.
Географічне поширення сезонного промерзаннядуже велике. По суті, воно спостерігається всюди, за винятком субтропіків і тропіків, де воно можливе лише у високих горах. В області багаторічної мерзлоти діяльний шар повсюдний. Він відсутній лише у тому випадку, коли мерзлота залягає безпосередньо під льодовиком, покривним чи гірським. Тоді мерзлий стан (глетчерний лід) починається з денної поверхні. У Гренландії було знайдено мерзлий грунт під льодом льоду, потужністю від 2 до 5 м. За даними М. Г. Гроссвальда, крижана гірська порода була зустрінута під льодом льоду на Землі Франца-Йосифа.
Потужність діяльного шарузалежить від комплексу фізико-географічних та геологічних факторів і змінюється від кількох сантиметрів до 3-5 м,рідко до 8-10 м.
Потужність діяльного шару мінлива від місця до місця у зв'язку зі звичайною строкатістю природних умов на поверхні, а також літологічною різнорідністю та просторовою зміною зволоження ґрунтів.
Навіть у межах однієї й тієї ж ділянки території глибина сезонного промерзання і протаювання немає однакової від року в рік. Але ця глибина при незмінності кліматичних та інших фізико-географічних умов коливається біля деякої постійної середньої величини.
Зміна глибини промерзання та протаювання з півночі на південь залежить:
Від рівня континентальності клімату;
від тривалості зимового охолодження;
від середньої річної температури повітря;
Від середньої температури найхолоднішого місяця;
Від амплітуди температур лежить на поверхні;
від суми негативних температур;
Від характеру ґрунтів, тобто від того, представлені вони валунами та гравієм, або піском і глиною, або торфом тощо.
Процес сезонного промерзання та протаювання залежить від ступеня зволоження виду ґрунту, а також від щільності та потужності снігового покриву, характеру рослинного покриву, зволоження поверхні та ін. Особливу роль у сезонному промерзанні грають моховий покрив та торф. Мох і торф виступають як утеплювачі в сухому стані, внаслідок великої кількості в них повітря і як охолоджувачі, внаслідок високої гігроскопічності. Велика кількість води сприяє випаровуванню і, отже, охолодженню (прихована теплота випаровування води в 7,25 рази більше, ніж прихована теплота плавлення льоду).
Фільтрація ґрунтів і глибина протаювання пов'язані причинно: що більше фільтрація, то більша глибина протаювання.
Глибина сезонного промерзання та протаювання, тобто потужність діяльного шару та його температурний режим, обумовлені теплообміном ґрунту з атмосферою. Потужність діяльного шару залежить від теплообігів та теплового балансу гірських порід.
Якщо протягом ряду років відбувається збільшення глибини сезонного промерзання, яке не компенсується відповідним збільшенням глибини протаювання влітку, відбувається формування звичайно малопотужних мерзлих горизонтів у породах, які
можуть існувати від одного року до декількох років і є прототип багаторічномерзлої товщі. Такі мерзлі горизонти називаються перельотами.
У цьому випадку відбувається перевищення зимових теплообігів у гірських породах за негативних температур над літніми теплообігами при позитивних температурах. У цьому має місце зниження середньорічної температури порід нижче 0°. Якщо теплообіги при позитивних температурах знову перевищуватимуть теплообіги при негативних температурах, перельоти зникнуть.
Процеси, що відбуваються в діяльному шарі. Діяльний шар - це такий горизонт земної кори, в межах якого відбуваються найбільш активні, найбільш динамічні процеси перетворення гірських порід: їх дезінтеграція до фракції пилу, формування грунту, пучення грунтів, соліфлюкція, всі процеси, що ведуть до утворення мерзлотного мікрорельєфу, сезонних гідролаколітів д.
Особливе значення має режим вологості ґрунтів діяльного шару і особливо, якщо вони представлені тонкозернистими різницями - глинами, суглинками і т. п. Істотне значення мають також щільність, характер додавання, умови залягання та характер ґрунтів (однорідні літологічно або різнорідні).
Темпи сезонного промерзаннярізні. На півночі швидкість сезонного промерзання 1-3-5 см,на добу. Повне промерзання досягається вже у листопаді – грудні. На півдні при великій потужності діяльного шару сезонне промерзання відбувається протягом усього періоду охолодження, тобто всієї зими.
Темпи сезонного протаюваннязазвичай повільніші.
Багаторічна мерзлота. Багаторічна мерзлота - це мерзлі гірські породи, що характеризуються температурою від 0° і нижче, що містять у своєму складі лід і що знаходяться в такому стані протягом тривалого часу - від кількох років до багатьох тисячоліть.
Багаторічна мерзлота на земній кулі поширена головним чином у полярних і приполярних областях, а також у високогірних районах помірних і навіть тропічних широт і займає близько 25% усієї суші Землі. Це великі території на півночі та північному сході Євразії та Північної Америки, це вся Гренландія та вся Антарктида. У Росії її багаторічна мерзлота займає близько 60 % площі.
У Західній Європі багаторічна мерзлота можлива лише в Альпах. У європейській частині Росії мерзлота поширена на Крайній Півночі - у тундрі та лісотундрі. Від Кольського півострова, де вона є тільки в північній частині, південна
кордон мерзлоти йде до гирла нар. Мезені і далі майже північним полярним колом до Уралу, зміщуючись тут досить сильно на південь. У межах Західного Сибіру кордон займає майже широтне становище до р. Єнісея поблизу гирла нар. Підкам'яна Тунгуска, де вона різко повертає на південь і, прямуючи вздовж правого берега нар. Єнісея, що йде за межі Росії, відмежовуючи значні райони Монголії. Знову південний кордон багаторічної мерзлоти з'являється в Росії на захід від Благовіщенська, слідуючи на північний схід приблизно до 131 ° 30 "ст. д., звідки знову повертає на південь, перетинає р. Амур поблизу гирла р. Архари і знову йде за межі країни. Потім вона ще раз з'являється в Росії на схід від М. Хінгана, далі йде на північний схід і обривається біля берега Сахалінського затоки На півострові Камчатка південний кордон проходить з південного заходу на північний схід приблизно в середині півострова
За характером поширення багаторічна мерзлота може бути поділена на три зони: 1 – суцільна, 2 – мерзлота з островами талих ґрунтів та 3 – острівна (острова мерзлоти серед талих порід).
Кожна з цих зон характеризується різними потужностями та температурами мерзлих товщ. При цьому і всередині зон потужності та температури змінюються у напрямку з півночі, на південь – потужності зменшуються, температури підвищуються.
Зона суцільної багаторічної мерзлоти характеризується найбільшими потужностями мерзлих товщ - від 500 і більше метрів до 300 мі найнижчими їх температурами - від 2 ° С до 10 ° С і нижче.
Суцільна мерзлота в Росії розвинена: у північній частині Великоземельської тундри, на Полярному Уралі, у тундрі Західного Сибіру, у північній частині Середньо-Сибірського плоскогір'я (на північ від долини р. Нижньої Тунгуски), на всьому Таймирському півострові, на островах архіпел на Новосибірських островах, на Яно-Індигірській та Колимській приморській рівнинах та дельті нар. Олени, на Лено-Вілюйській алювіальній рівнині, на Лено-Алданському плато та у великій області хребтів Верхоянського, Черського, Колимського, Анадирського, а також Юкагірського плоскогір'я та інших внутрішніх нагір'ях, на Анадирській рівнині.
У зоні, де серед багаторічної мерзлоти зустрічаються острови талих порід, потужності мерзлих товщ іноді досягають 250-300. м,але частіше від 100-150 до 10-20 м,температури від 2 до 0°С. Цей тип багаторічної мерзлоти є у Великоземельській та Малоземельській тундрі, на Середньо-Сибірському плоскогір'ї між річками Нижня та Підкам'яна Тунгуска, у південній частині Лено-Алданського плато, у Забайкаллі.
Острівна багаторічна мерзлота характеризується малими потужностями мерзлих товщ – від кількох десятків метрів до кількох метрів, а температурами – близькими до 0°С.
Острівна мерзлота зустрічається на Кольському півострові, в Канинсько-Печорському районі, в тайговій зоні Західного Сибіру, в південній частині Середньо-Сибірського плоскогір'я, Далекому Сході, в північній частині острова Сахалін, уздовж узбережжя Охотського моря і на Камчатці.
У гірській зоні від Саян до Копет-Дага та на Кавказі багаторічномерзлі породи зустрічаються головним чином по периферії районів заледеніння та мають найчастіше острівне поширення. Є мерзлота в породах, що складають дно полярних шельфових морів Лаптєвих і Східно-Сибірського, на шельфі на північ від Аляски.
Значними є райони багаторічної мерзлоти в Центральній Азії. Це області хребтів Гіндукуш, Східного Тянь-Шаню, Нань-Шаню, Кунь-Луню, Гімалаїв та високого плоскогір'я Тибету.
На північноамериканському континенті кордон багаторічної мерзлоти йде вздовж узбережжя Тихого океану, трохи його не досягаючи, далі проходить західним схилом північноамериканських Кордильєрів, перетинає їх близько 53 0 с. ш., круто повертає північ, слідуючи цьому напрямі до 57° з. ш. Потім цей кордон йде на південний схід, досягає південного берега Гудзонової затоки і, залишаючи на північ півострів Лабрадор, вона виходить до берега Атлантичного океану.
До області багаторічної мерзлоти належать також острови Гренландія та Ісландія.
У південній півкулі багаторічною мерзлотою охоплено весь материк Антарктиди, присутній у високогірних ділянках Анд у Південній Америці. Африка та Австралія повністю позбавлені багаторічної мерзлоти.
Основні риси клімату, характерні для районів поширення мерзлої зони, загалом такі: негативна середньорічна температура повітря, сухі, холодні тривалі зими, коротке літо, мала кількість опадів, особливо взимку. Характерно, отже, антициклональний стан атмосфери взимку, що сприяє малій кількості опадів, великої прозорості повітря, сильним тепловтратам земної кори. Тому найбільші території, зайняті мерзлотою в Євразії та Північній Америці, певною мірою збігаються з просторами, що займаються азіатським та північноамериканським антициклонами.
Гідрогеологічні умови області багаторічної мерзлоти.Підземні води дуже істотно впливають на формування мерзлоти, багаторічномерзлі породи, своєю чергою, є потужний чинник у створенні специфічної гидрогеологической обстановки.
Виникнення товщі мерзлих порід може сприяти роз'єднанню на частини того чи іншого єдиного водоносного горизонту, створювати водоупори, яких раніше не було помітно, порушувати взаємний зв'язок поверхневих та підземних вод, локалізувати місця харчування та розвантаження, приурочуючи їх до ділянок таліків, змінювати напрямок та швидкість підземних вод і т. д. Тим самим у мерзлій зоні виникають зовсім особливі умови розміщення, живлення, руху та розвантаження підземних вод.
Підземні води впливають на тепловий режим гірських порід. Вони змінюють їх теплофізичні властивості. Рух підземних вод спричиняє конвективні теплові потоки. Внаслідок взаємодії конвективного перенесення тепла з кондуктивним потоком тепла, що йде з земних надр, відбувається перерозподіл теплової енергії в гірських породах, через що змінюється їх температурне поле і умови розвитку мерзлоти.
Промерзання водоносних горизонтів призводить до своєрідного розподілу льоду в гірських породах, який залежить головним чином від ступеня водонасиченості горизонту, складу порід, також від того, яка їх водопроникність зумовлена пористістю, тріщинуватістю і т. д. Крім того, внаслідок нерівномірного промерзання, у водоносних часто виникають значні напруження та внутрішньопластовий тиск, внаслідок чого вода може переміщатися під тиском у бік ділянок з меншим внутрішньопластовим тиском. В даному випадку можуть виникати розриви покрівлі та вилив води на поверхню з утворенням льоду. Якщо прориву покрівлі немає, то утворюються скупчення льоду як досить великих тіл - пластових чи лакколитообразных. Гідролаколіти, що формуються поблизу земної поверхні, виявляються в рельєфі у вигляді опуклих пагорбів пучення.
Класифікація підземних вод:
1. Надмерзлотці води,містяться в талих породах над покрівлею мерзлоти, Серед них виділяються води: а) діяльного шару і б) багаторічних ненаскрізних таліків (підруслових, підозерних, так званої мерзлоти, що не зливається).
2. Води талікових зон,що знаходяться в наскрізних таліках, обмежених мерзлими породами з боків. Таликові зони служать основними шляхами, якими відбувається зв'язок між поверхневими, підмерзлотними і міжмерзлотними водами. Через ці зони йде живлення та розвантаження різних типів підземних вод.
3. Підмерзлотні водиє водами першого від основи багаторічномерзлої товщі водоносного горизонту або водоносної тріщинуватої зони. Серед цих вод виділяються контактуючі та неконтактуючі. Перші перебувають із мерзлою товщею у тому чи іншому безпосередньому взаємодії, другі - пов'язані з нею безпосереднім взаємодією, т. е. залягають значної глибині від неї.
4. Міжмерзлотні води,що містяться в талих породах, укладених між горизонтами мерзлих порід.
5. Внутрішньомерзлотні води,що містяться в локалізованих ділянках талих порід, з усіх боків обмежених мерзлими породами. Ці води ізольовані від будь-якої взаємодії з іншими типами підземних вод.
Не менше чверті всієї суші на нашій планеті займає вічна мерзлота - шар ґрунту, який протягом багатьох років зберігає негативну температуру, не розморожуючи в теплу пору року.
У науковому співтоваристві нині прийнято називати вічну мерзлоту багаторічною криолитозоной чи багаторічною мерзлотою, оскільки насправді промерзлий шар існує не «вічно», а протягом певного проміжку часу.
Де можна зустріти багаторічну мерзлоту?
Вічна мерзлота – явище, характерне для полярних та приполярних районів, яке спостерігається на території, що прилягає до обох полюсів – і Північного, і Південного. Крім того, мерзлота зустрічається і в інших регіонах планети, у тому числі в екваторіальних, але лише у високогірних районах, на вершинах, увінчаних сніговими шапками.
Єдиним материком, де вічної мерзлоти немає, є , яка досить віддалена від Південного полюса і не має високих гірських масивів. Суцільні масиви вічної мерзлоти розташовуються у північній частині Євразійського континенту, біля півночі Канади, Аляски, щонайменше ніж половині площі Гренландії, і навіть по всій території Антарктиди. 
Товщина промерзлого шару коливається від 30 сантиметрів до кілометра. Найбільша зафіксована глибина багаторічної мерзлоти виявлена у верхів'ях сибірської річки Вілюй, що протікає біля Якутії, і становить 1370 метрів. У Росії її вічна мерзлота займає майже дві третини загальної території (65%), або 11 мільйонів квадратних кілометрів.
Багато територій зайняті суцільною мерзлотою, що має багаторічний характер – це північний схід Сибіру, острови Арктики, Нова Земля тощо. Території, розташовані трохи на південь, характеризуються так званою острівною мерзлотою, де промерзлий шар невеликий і може залягати не суцільним шаром, а окремими плямами, а температура товщі ґрунту коливається від -6 градусів до нуля.
Як проявляється вічна мерзлота?
У північних районах, де ґрунт скований вічною мерзлотою, навіть улітку відтає лише тонкий шар, не більше 5-10 сантиметрів. Вода, яка утворюється після танення зимових снігів, не може повністю вбратися в ґрунт, тому верхній шар влітку є напіврідким брудом. 
Якщо розтанутий ґрунт розташований на схилі, то грязьова «мова» під дією сили тяжіння нерідко сповзає по ньому в низину. Рельєф тундри у багатьох місцях рясніє такими слідами грязьових зсувів.
Із закінченням літа ландшафт може змінитися до невпізнання. Тала вода, що заповнювала тріщини в скельних породах, замерзає (при цьому її обсяг збільшується приблизно на 10%) та розриває породу. Це викликає або спучування, або зсув ґрунту. Зовні таке місце виглядає як пагорб у формі бані заввишки близько 30-50 метрів, вершина якого розколота на кілька частин або розфарбована.
Місцеві жителі називають ці пагорби словом пінго. Їх можна зустріти у Сибіру, а й у Канаді та Гренландії. На вершинах пінго нерідко утворюються невеликі кратери, які влітку перетворюються на неглибокі озерця.
Мерзлота та діяльність людини
Для освоєння північних районів знання особливостей багаторічної мерзлоти є надзвичайною важливістю. Враховувати властивості мерзлоти необхідно при будівництві будівель та споруд, проведенні геологорозвідки, при видобуванні корисних копалин та їх транспортуванні у більш сприятливі регіони країни. Безконтрольне танення мерзлоти може завдати чимало проблем, і при проведенні робіт такої можливості необхідно всіляко уникати. 
У той же час ґрунт, що промерзнув, позбавлений рухливості дуже зручний при розробці родовищ відкритим, кар'єрним способом. Так як стінки кар'єру скуті мерзлотою і не обсипаються, роботи ведуться значно ефективніше, ніж у звичайних умовах.
В останнє десятиліття площа, зайнята вічною мерзлотою, почала скорочуватися. Змерзлі шари повільно відступають на північ, оскільки загальна температура зростає під впливом процесів глобального потепління. Не виключено, що за 50-100 років райони, звільнені від мерзлоти, зможуть стати новою житницею Росії.