Вечная мерзлота на карте России. Вечная мерзлота

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, 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.

При движении к востоку все большая 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.

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.

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. 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. 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 (см. рис.1).

Рис. 1.

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). 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, 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.

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.

Многолетняя мерзлота и ее особенности

Замечание 1

Многолетняя мерзлота (или вечная мерзлота, многолетняя криолитозона, многолетне-мерзлые породы) – это часть криолитозоны, для которой характерно отсутствие периодического протаивания. Общие территории многолетней мерзлоты планеты составляют 35 млн. кв. км. Это около 25 % всей суши. Полностью вечная мерзлота отсутствует в Австралии. В Африке многолетняя мерзлота встречается только в высокогорных районах.

Самые обширные территории вечной мерзлоты:

• север Аляски;
• север Европы;
• Канада;
• Север Азии;
• Антарктида;
• Острова Северного Ледовитого океана.

Районы вечной мерзлоты занимают верхнюю часть земной коры. Температура на этих территориях не поднимается выше 0 ºС (на протяжении нескольких тысячелетий). Грунтовые воды данной зоны постоянно пребывают в виде льда. Почва промерзает до 1 км в глубину. Рекордная глубина промерзания – 1370 м.

В многолетней мерзлоте образуются залежи гидрата метана.

По разным данным, от 60% до 65% территории России – вечная мерзлота. Более широко она распространена в Забайкалье и Восточной Сибири. Высший предел вечной мерзлоты находится в Якутии в верховьях реки Вилюй.

Учет вечной мерзлоты очень важен при проведении геологоразведочных, строительных и других работ в северных регионах.

Изучение многолетней мерзлоты

Одни их первых описаний вечной мерзлоты сделали, покорявшие просторы Сибири, русские землепроходцы XVII века. Впервые на состояние почвенного покрова обратил внимание Я. Святогоров. В дальнейшем грунты изучали первопроходцы Иван Ребров и Семен Дежнев. Они указали на наличие особых таежных зон, в которых почва не оттаивает даже летом. В 1640 году М. Глебов и П. Головин подтвердили, что земля среди лета не оттаивает.

Как особое геологическое явление понятие «вечная мерзлота» было введено в употребление основателем школы мерзлотоведов в Советском Союзе М.И. Сумгиным в 1927 году. Он указывал, что данное понятие подразумевает мерзлоту почвы, которая сохраняется от двух лет до нескольких тысячелетий.

Термин «мерзлота» часто подвергался критике, поэтому были предложены альтернативные варианты: многолетняя криолитозона и многолетнемерзлые горные породы. Но эти варианты не получили широкого распространения.

Понятие «мерзлые породы» по длительности существования пород в мерзлом состоянии подразделяется на такие понятия, как:

• кратковременномерзлые породы (сутки, часы);
• сезонномерзлые породы (месяцы);
• многолетнемерзлые породы (десятки, сотни и тысячи лет).

Между этими видами есть взаимные переходы и промежуточные формы. Так, сезонномерзлая порода в течение лета может не протаять и просуществовать несколько лет. Такие формы называют «перелетками».

Многолетняя мерзлота по происхождению является реликтом ледниковых эпох четвертичного периода. В послеледниковое время наблюдалось потепление климата, что обусловило оттаивание мерзлых пород и сокращение мест их распространения. Это доказывает островной характер распространения вечной мерзлоты, существование в толще мерзлых пород отдельных видов и частей флоры и фауны, активный процесс оттаивания.

С такой точкой зрения согласны не все ученые. Некоторые считают, что вечная мерзлота – явление современное. В доказательство они приводят наблюдения за развитием мерзлоты на островах, недавно образованных в дельтах крупных рек Сибири. Главная причина возникновения мерзлоты – длительные малоснежные зимы с низкими температурами и кратковременное лето, во время которого лед накапливается в почве, так как не успевает растаять.

Почвенный покров территорий многолетней мерзлоты

На территориях вечной мерзлоты формируются специфические структуры почвы, включающие каменные и торфяные круги, каменные гирлянды, полигональные трещины, каменные полосы. Эти структуры, образованные под влиянием криогенных процессов, находятся на вершинах многих гор.

В почвах, находящихся в зоне постоянной или длительной сезонной мерзлоты, протекает совокупность процессов, зависящих от воздействия низких температур. Над мерзлым слоем – водоупором – вследствие коагуляции органических соединений наблюдается накопление гумуса, или надмерзлотная регенерация гумуса, оглеение даже при малом годовом объеме осадков.

Образование шлиров (слоев льда) в почве способствует разрыву капилляров, в результате чего останавливается подтягивание воды из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою.

Кольцевые структуры могут возникать в результате как промерзания почвы, так и замерзания воды. При замерзании воды образуются главным образом торфяные круги, которые связаны с переменным оттаиванием и замерзанием воды, разрывом и раздвижением почвенного слоя. При промерзании почвы и появлении трещин просадки образуются каменные кольца. Весенние талые воды стекают в трещины, вынося тонкозернистый материал и оставляя грубый обломочный материал на поверхности. Так формируется полигональная система трещин.

Наличие мерзлого слоя вызывает такие процессы, как:

• солифлюкация – сползание по мерзлому слою со склонов почвенной массы, насыщенной водой;
• криотурбация – перемешивание массы почвенного покрова под воздействием разницы температур.

Особенно широко данные явления распространены в тундровой зоне. Криогенные деформации определяют образование пятнистых тундр и характерный бугристо-западинный рельеф, включающий бугры пучения и термокарстовые западины.

Криогенное оструктурирование почвы происходит под действием низких температур. Отрицательный температурный режим способствует переходу продуктов, участвующих в процессах почвообразования в более конденсированные формы, что сильно замедлят их подвижность. С воздействием криогенных явлений связано обогащение средней части профиля подзолотистых почв кремнекислотой. При этом белесая присыпка рассматривается как следствие мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Мерзлотная коагуляция коллоидов предопределяет ожелезнение таежных почв.

– это промороженные в течение длительного времени, от нескольких до десятков и сотен тысяч лет, . Иногда многолетнюю мерзлоту называют «подземным оледенением». Лед, цементирующий горные породы, встречается там в самых различных формах: линзы, жилы, пятна, клинья, огромные пласты, так называемый ископаемый лед. В России общая площадь мерзлых пород составляет около 11 млн. кв. км. Таким образом, многолетняя мерзлота распространена почти на 2/3 территории страны. Мерзлые грунты обнаружены даже под водой, на шельфах . В целом распространение многолетней мерзлоты соответствует районам резкоконтинентального с холодными и малоснежными зимами. Вместе с тем, принято считать, что резкоконтинентальный климат лишь способствует сохранению мерзлоты, образовавшейся во время четвертичных оледенений. Меньшее распространение мерзлоты в западной части страны объясняется наличием покровного ледника, который препятствовал глубокому промерзанию почвогрунтов. В разных частях страны мощность многолетнемерзлых грунтов различная: она колеблется от нескольких десятков метров до километра. На глубоких слоях мерзлых грунтов практически не сказываются сезонные колебания температуры. На огромных просторах российского Севера и Сибири в глубине залегает единый замороженный монолит. Однако состояние мерзлых грунтов не постоянно. В настоящее время можно утверждать, что холод постепенно отступает из недр планеты. Существует несколько зон распространения многолетней мерзлоты.

Зона сплошного распространения многолетней мерзлоты

В данной зоне находятся северо-восточная часть Западно-Сибирской равнины, большая часть и Северо-Восток Сибири. В условиях многолетней мерзлоты образуются своеобразные мерзлотные, или криогенные (созданные льдом) формы микрорельефа. При сильных морозах грунт с поверхности растрескивается и в морозобойные трещины проникает вода. Замерзая, она расширяет эти трещины и образуются своеобразные решетчатые полигоны. Иногда, образующаяся на некоторой глубине линза льда, приподнимает находящиеся выше грунты, и возникает бугор вспучивания называемый гидролакколитом. В Центральной Якутии подобные бугры достигают 40-метровой высоты. Когда давление льда и заключенной в нем воды прорывает грунт, вода вырывается на поверхность, образуя грунтовую . На склонах гор Бырранга и распространены каменные осыпи. Кроме того, под влиянием попеременного промерзания и оттаивания горных пород на склонах, они начинают стекать вниз. Процесс течения почвогрунтов называется солифлюкцией (от латинских слов «почва» и «истечение»).
Зона прерывистого распространения многолетней мерзлоты.

К югу от зоны сплошного распространения многолетней мерзлоты расположена зона ее прерывистого распространения. То есть среди мерзлых грунтов встречаются непромерзшие участки. Наиболее характерной формой в данной зоне являются термокарстовые котловины или аласы. Они образуются в местах проседания грунта, возникшего из-за таяния мерзлоты. Нередко подобные котловины заняты озерами. Интересно, что подобные озера недолговечны. Вода из них по трещинам в ледниковых жилах может стекать в русло соседней реки, а на месте озера образуется заболоченная низина.

Зона островного распространения многолетней мерзлоты

Эта зона охватывает Прибайкалье и юг . Здесь распространены те же формы микрорельефа, что и в предыдущей зоне, но встречаются они значительно реже, и приурочены к «островам» многолетней мерзлоты.

На значительной части суши - на 25% ее площади, там, где средние годовые температуры отрицательные, на некоторой глубине от поверхности породы многие годы имеют отрицательную температуру. Слои пород с отрицательной температурой называются многолетнемерзлыми слоями - многолетней («вечной») мерзлотой. Многолетняя мерзлота может быть сухой, не содержащей воды, но значительно чаще она содержит замерзшую воду, а иногда в ней присутствует и жидкая вода.
Граница многолетней мерзлоты на материке Евразии делит Кольский п-ов на северную (большую) и южную (меньшую) части и от горла Белого моря по полярному кругу идет к Уралу. На Уральских горах граница резко изгибается к югу, а затем выходит на Западно-Сибирскую равнину и пересекает ее от Оби (г. Тобольск) до Енисея (устье Подкаменной Тунгуски). По правому берегу Енисея граница спускается на юг, захватывает часть территории Монгольской Народной Республики, снова выходит на территорию России у г. Благовещенска и, делая небольшой изгиб к югу, поворачивает к Татарскому проливу. Граница многолетней мерзлоты проходит по Камчатке таким образом, что за ее пределами остается только полоса вдоль берега южной половины полуострова. В Северной Америке многолетняя мерзлота занимает бассейны Юкона, Макензи, Гудзонова залива и северную половину Лабрадора (рис. 86).
Многолетняя мерзлота отмечена на арктических и антарктических островах. Вопрос о наличии многолетней мерзлоты на суше, покрытой материковыми льдами (Гренландия, Антарктида), пока нельзя считать выясненным.
Граница многолетней мерзлоты подвижна. В настоящее время отмечается некоторое отступление ее к северу.
На территории, расположенной внутри границы распространения многолетней мерзлоты, выделяются области со сплошной мерзлотой, области с таликами и островная многолетняя мерзлота.

Температура многолетней мерзлоты на глубине 15-20 м изменяется в пределах от -0,1 до -1,2° в зависимости от комплекса условий (рельефа, растительности, высоты снежного покрова и др.). Под «полосами стока» (реки или грунтовые потоки) температура повышается и часто многолетней мерзлоты вообще нет или она залегает глубже, чем на соседних участках.
Мощность многолетней мерзлоты различна (от нескольких метров до 600-800 м). В общем мощность по направлению от средних, к высоким широтам увеличивается. Наибольшая мощность многолетней мерзлоты - 800 м - отмечена на побережье Хатангского залива. Нижняя граница многолетней мерзлоты зависит от прихода тепла из более глубоких земных слоев.
Выше многолетней мерзлоты, на поверхности, расположен слой сезонной мерзлоты, оттаивающий в теплое время года. Мощность этого слоя определяется климатическими условиями и достигает 5 м. При глубоком залегании многолетней мерзлоты от сезонной мерзлоты ее отделяет слой, вообще не замерзающий.
Подземные воды в условиях многолетней мерзлоты отличаются большим своеобразием. Образующийся при замерзании воды в порах породы лед цементирует породу, делая ее водонепроницаемой. Местами встречаются скопления подземного льда («каменный лед»): линзы, пласты, жилы, погребенные под слоем горной породы или вклинивающиеся в породу. В многолетней мерзлоте выделяют надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные подземные воды.
Надмерзлотные воды - воды слоя сезонной мерзлоты. Они питаются атмосферными осадками, водой тающих летом почвенных льдов и не обильны. Обычно эти воды слабоминерализованы, исключение представляют сильноминерализованные воды, скапливающиеся в бессточных котловинах. При понижении температуры ниже 0° надмерзлотные воды оказывают давление на еще не замерзшую воду, последняя скапливается в местах с наименьшим давлением и, замерзая, поднимает уже замерзшие верхние слои, образуя гидролакколиты и бугры (булгунняхи). Вода, прорвавшаяся на поверхность, превращается в ледяные бугры - наледи. Надмерзлотные воды в теплое время года выходят на поверхность многочисленными источниками.
Межмерзлотные воды находятся в самой толще мерзлоты и могут быть в незамерзшем состоянии только в том случае, если находятся в движении. Чаще их можно наблюдать на участках таликов. Межмерзлотные воды осуществляют связь вод надмерзлотных с подмерзлотными; при этом движение их может быть нисходящим и восходящим. В первом случае они питаются надмерзлотными водами и их качества (температура, соленость) обнаруживают зависимость от внешних условий; во втором - питаются подмерзлотными водами и имеют общие с ними свойства.
Подмерзлотные воды никогда не замерзают и часто имеют напор. Степень их минерализации различна, температура с глубиной повышается. От подземных вод областей, не имеющих многолетней мерзлоты, подмерзлотные воды отличаются условиями питания и разгрузки. Питаются эти воды через талики, а выходя на поверхность, образуют восходящие источники. Все три типа вод взаимодействуют под долинами крупных рек и в котловинах озер, т. е. там, где многолетняя мерзлота отсутствует.
Возникновение многолетней мерзлоты возможно в условиях низких температур при малой мощности снежного покрова, неспособного предохранить породы от промерзания. Такие условия существовали в ледниковую эпоху в областях, не покрытых льдом, и существуют в настоящее время там, где зима суровая и малоснежная, а лето такое короткое, что промерзший зимой слой не успевает оттаять (например, в Якутии). Многолетняя мерзлота могла сохраниться как реликт последней эпохи оледенения, но она может возникать и в современных условиях. Возникновение многолетней мерзлоты наблюдается на вновь образующихся островах в дельтах рек, впадающих в Северный Ледовитый океан.