Материал из Википедии - свободной энциклопедии

«Вечная мерзлота» (многолетняя криолитозона, многолетняя мерзлота ) - часть криолитозоны , характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле - 35 млн км². Распространение - север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана, Антарктида. Районы многолетней мерзлоты - верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2-3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0 °C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, её глубина иногда превышает 1 000 метров.

Общепринятое название - «вечная мерзлота», термин «многолетняя мерзлота» используется в основном петербургской географической научной школой.

Распространённость

Вечная мерзлота - явление глобального масштаба, она занимает не менее 25 % площади всей суши земного шара . Материк, где вечная мерзлота отсутствует полностью, - это Австралия , в Африке возможно её наличие только в высокогорных районах. Значительная часть современной вечной мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьируется от нескольких процентов до 90 %. В вечной мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидратов , в частности - гидрата метана .

Самый глубокий предел вечной мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии . Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты - 1 370 метров - зафиксирована в феврале 1982 года .

Изучение

Одно из первых описаний многолетней мерзлоты было сделано русскими землепроходцами XVII века , покорявшими просторы Сибири . Впервые на необычное состояние почвы обратил внимание казак Я. Святогоров, а более подробно изучили первопроходцы из экспедиций, организованных Семёном Дежнёвым и Иваном Ребровым . В специальных посланиях русскому царю они засвидетельствовали наличие особых таёжных зон, где даже в самый разгар лета почва оттаивает максимум на два аршина . Ленские воеводы П. Головин и М. Глебов в 1640 г. сообщали: «Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает». В 1828 г. Федор Шергин начал проходку шахты в Якутске. За 9 лет была достигнута глубина 116,4 м. Шахта Шергина шла все время в мерзлых грунтах, не вскрыла ни одного водоносного горизонта. В 40-х годах XIX века А. Ф. Миддендорф измерил температуру до глубины 116 м. С этого времени вопрос о существовании «вечной мерзлоты» уже всерьез не поднимался.

Термин «вечная мерзлота» как специфическое геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным . Он определял его как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий . Слово «мерзлота» при этом чёткого определения не имело, что и привело к использованию понятия в различных значениях. Впоследствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона , однако они не получили широкого распространения. По длительности существования мерзлого состояния пород принято подразделять «родовое» понятие «мерзлые породы» на три видовых понятия:

• кратковременномёрзлые породы (часы, сутки),
• сезонномёрзлые породы (месяцы),
• многолетнемёрзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Между этими категориями могут быть промежуточные формы и взаимные переходы. Например, сезонномерзлая порода может не протаять в течение лета и просуществовать несколько лет. Такие формы мерзлой породы называются «перелетками »

Хозяйственное значение

Учёт многолетней мерзлоты необходим при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере.

Многолетняя мерзлота создаёт множество проблем, но от неё есть и польза. Известно, что в ней можно очень долго хранить продукты. При разработке северных месторождений мерзлота, с одной стороны, сильно мешает, так как промёрзшие породы обладают высокой прочностью, что затрудняет добычу. С другой стороны, именно благодаря мерзлоте, цементирующей породы, удалось вести разработку кимберлитовых трубок в Якутии в карьерах - например, карьер трубки Удачная - с почти отвесными стенками.

Почвы районов многолетней мерзлоты

В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур . Над мёрзлым слоем, который является водоупором , вследствие коагуляции органических веществ может происходить накопление гумуса , так называемая надмерзлотная регенерация гумуса, надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Образование слоев льда (шлиров) в почве приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою. Наличием мёрзлого слоя вызван целый ряд механических изменений в почвенном профиле, таких, как криотурбация - перемешивание почвенной массы под влиянием разницы температур, солифлюкция - сползание насыщенной водой почвенной массы со склонов по мёрзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне . С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), а также образование пятнистых тундр.

Под действием мороза происходит криогенное оструктуривание почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность. Мерзлотной коагуляцией коллоидов обусловлено ожелезнение таёжных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв , рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

См. также

Напишите отзыв о статье "Вечная мерзлота"

Примечания

Ссылки

• // МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОСЛЕДСТВИЙ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Ред. С. М. Семенов. М. Росгидромет, 2012 г. 508 стр. ISBN 978-5-904206-10-9
• , с картой покрытия вечной мерзлотой территории СССР - Москва, "Недра", 1979
• - "The Moscow Times", 06.10.2011
• (англ.)
• (англ.) - National Snow and Ice Data Center

Снег Снеговые природные образования Перенос снега Лёд Ледовые природные образования Ледяной покров Научные дисциплины

Отрывок, характеризующий Вечная мерзлота

– Soyez homme, mon ami, c"est moi qui veillerai a vos interets, [Будьте мужчиною, друг мой, я же стану блюсти за вашими интересами.] – сказала она в ответ на его взгляд и еще скорее пошла по коридору.
Пьер не понимал, в чем дело, и еще меньше, что значило veiller a vos interets, [блюсти ваши интересы,] но он понимал, что всё это так должно быть. Коридором они вышли в полуосвещенную залу, примыкавшую к приемной графа. Это была одна из тех холодных и роскошных комнат, которые знал Пьер с парадного крыльца. Но и в этой комнате, посередине, стояла пустая ванна и была пролита вода по ковру. Навстречу им вышли на цыпочках, не обращая на них внимания, слуга и причетник с кадилом. Они вошли в знакомую Пьеру приемную с двумя итальянскими окнами, выходом в зимний сад, с большим бюстом и во весь рост портретом Екатерины. Все те же люди, почти в тех же положениях, сидели, перешептываясь, в приемной. Все, смолкнув, оглянулись на вошедшую Анну Михайловну, с ее исплаканным, бледным лицом, и на толстого, большого Пьера, который, опустив голову, покорно следовал за нею.
На лице Анны Михайловны выразилось сознание того, что решительная минута наступила; она, с приемами деловой петербургской дамы, вошла в комнату, не отпуская от себя Пьера, еще смелее, чем утром. Она чувствовала, что так как она ведет за собою того, кого желал видеть умирающий, то прием ее был обеспечен. Быстрым взглядом оглядев всех, бывших в комнате, и заметив графова духовника, она, не то что согнувшись, но сделавшись вдруг меньше ростом, мелкою иноходью подплыла к духовнику и почтительно приняла благословение одного, потом другого духовного лица.
– Слава Богу, что успели, – сказала она духовному лицу, – мы все, родные, так боялись. Вот этот молодой человек – сын графа, – прибавила она тише. – Ужасная минута!
Проговорив эти слова, она подошла к доктору.
– Cher docteur, – сказала она ему, – ce jeune homme est le fils du comte… y a t il de l"espoir? [этот молодой человек – сын графа… Есть ли надежда?]
Доктор молча, быстрым движением возвел кверху глаза и плечи. Анна Михайловна точно таким же движением возвела плечи и глаза, почти закрыв их, вздохнула и отошла от доктора к Пьеру. Она особенно почтительно и нежно грустно обратилась к Пьеру.
– Ayez confiance en Sa misericorde, [Доверьтесь Его милосердию,] – сказала она ему, указав ему диванчик, чтобы сесть подождать ее, сама неслышно направилась к двери, на которую все смотрели, и вслед за чуть слышным звуком этой двери скрылась за нею.
Пьер, решившись во всем повиноваться своей руководительнице, направился к диванчику, который она ему указала. Как только Анна Михайловна скрылась, он заметил, что взгляды всех, бывших в комнате, больше чем с любопытством и с участием устремились на него. Он заметил, что все перешептывались, указывая на него глазами, как будто со страхом и даже с подобострастием. Ему оказывали уважение, какого прежде никогда не оказывали: неизвестная ему дама, которая говорила с духовными лицами, встала с своего места и предложила ему сесть, адъютант поднял уроненную Пьером перчатку и подал ему; доктора почтительно замолкли, когда он проходил мимо их, и посторонились, чтобы дать ему место. Пьер хотел сначала сесть на другое место, чтобы не стеснять даму, хотел сам поднять перчатку и обойти докторов, которые вовсе и не стояли на дороге; но он вдруг почувствовал, что это было бы неприлично, он почувствовал, что он в нынешнюю ночь есть лицо, которое обязано совершить какой то страшный и ожидаемый всеми обряд, и что поэтому он должен был принимать от всех услуги. Он принял молча перчатку от адъютанта, сел на место дамы, положив свои большие руки на симметрично выставленные колени, в наивной позе египетской статуи, и решил про себя, что всё это так именно должно быть и что ему в нынешний вечер, для того чтобы не потеряться и не наделать глупостей, не следует действовать по своим соображениям, а надобно предоставить себя вполне на волю тех, которые руководили им.
Не прошло и двух минут, как князь Василий, в своем кафтане с тремя звездами, величественно, высоко неся голову, вошел в комнату. Он казался похудевшим с утра; глаза его были больше обыкновенного, когда он оглянул комнату и увидал Пьера. Он подошел к нему, взял руку (чего он прежде никогда не делал) и потянул ее книзу, как будто он хотел испытать, крепко ли она держится.
– Courage, courage, mon ami. Il a demande a vous voir. C"est bien… [Не унывать, не унывать, мой друг. Он пожелал вас видеть. Это хорошо…] – и он хотел итти.
Но Пьер почел нужным спросить:
– Как здоровье…
Он замялся, не зная, прилично ли назвать умирающего графом; назвать же отцом ему было совестно.
– Il a eu encore un coup, il y a une demi heure. Еще был удар. Courage, mon аmi… [Полчаса назад у него был еще удар. Не унывать, мой друг…]
Пьер был в таком состоянии неясности мысли, что при слове «удар» ему представился удар какого нибудь тела. Он, недоумевая, посмотрел на князя Василия и уже потом сообразил, что ударом называется болезнь. Князь Василий на ходу сказал несколько слов Лоррену и прошел в дверь на цыпочках. Он не умел ходить на цыпочках и неловко подпрыгивал всем телом. Вслед за ним прошла старшая княжна, потом прошли духовные лица и причетники, люди (прислуга) тоже прошли в дверь. За этою дверью послышалось передвиженье, и наконец, всё с тем же бледным, но твердым в исполнении долга лицом, выбежала Анна Михайловна и, дотронувшись до руки Пьера, сказала:
– La bonte divine est inepuisable. C"est la ceremonie de l"extreme onction qui va commencer. Venez. [Милосердие Божие неисчерпаемо. Соборование сейчас начнется. Пойдемте.]
Пьер прошел в дверь, ступая по мягкому ковру, и заметил, что и адъютант, и незнакомая дама, и еще кто то из прислуги – все прошли за ним, как будто теперь уж не надо было спрашивать разрешения входить в эту комнату.

Пьер хорошо знал эту большую, разделенную колоннами и аркой комнату, всю обитую персидскими коврами. Часть комнаты за колоннами, где с одной стороны стояла высокая красного дерева кровать, под шелковыми занавесами, а с другой – огромный киот с образами, была красно и ярко освещена, как бывают освещены церкви во время вечерней службы. Под освещенными ризами киота стояло длинное вольтеровское кресло, и на кресле, обложенном вверху снежно белыми, не смятыми, видимо, только – что перемененными подушками, укрытая до пояса ярко зеленым одеялом, лежала знакомая Пьеру величественная фигура его отца, графа Безухого, с тою же седою гривой волос, напоминавших льва, над широким лбом и с теми же характерно благородными крупными морщинами на красивом красно желтом лице. Он лежал прямо под образами; обе толстые, большие руки его были выпростаны из под одеяла и лежали на нем. В правую руку, лежавшую ладонью книзу, между большим и указательным пальцами вставлена была восковая свеча, которую, нагибаясь из за кресла, придерживал в ней старый слуга. Над креслом стояли духовные лица в своих величественных блестящих одеждах, с выпростанными на них длинными волосами, с зажженными свечами в руках, и медленно торжественно служили. Немного позади их стояли две младшие княжны, с платком в руках и у глаз, и впереди их старшая, Катишь, с злобным и решительным видом, ни на мгновение не спуская глаз с икон, как будто говорила всем, что не отвечает за себя, если оглянется. Анна Михайловна, с кроткою печалью и всепрощением на лице, и неизвестная дама стояли у двери. Князь Василий стоял с другой стороны двери, близко к креслу, за резным бархатным стулом, который он поворотил к себе спинкой, и, облокотив на нее левую руку со свечой, крестился правою, каждый раз поднимая глаза кверху, когда приставлял персты ко лбу. Лицо его выражало спокойную набожность и преданность воле Божией. «Ежели вы не понимаете этих чувств, то тем хуже для вас», казалось, говорило его лицо.
Сзади его стоял адъютант, доктора и мужская прислуга; как бы в церкви, мужчины и женщины разделились. Всё молчало, крестилось, только слышны были церковное чтение, сдержанное, густое басовое пение и в минуты молчания перестановка ног и вздохи. Анна Михайловна, с тем значительным видом, который показывал, что она знает, что делает, перешла через всю комнату к Пьеру и подала ему свечу. Он зажег ее и, развлеченный наблюдениями над окружающими, стал креститься тою же рукой, в которой была свеча.
Младшая, румяная и смешливая княжна Софи, с родинкою, смотрела на него. Она улыбнулась, спрятала свое лицо в платок и долго не открывала его; но, посмотрев на Пьера, опять засмеялась. Она, видимо, чувствовала себя не в силах глядеть на него без смеха, но не могла удержаться, чтобы не смотреть на него, и во избежание искушений тихо перешла за колонну. В середине службы голоса духовенства вдруг замолкли; духовные лица шопотом сказали что то друг другу; старый слуга, державший руку графа, поднялся и обратился к дамам. Анна Михайловна выступила вперед и, нагнувшись над больным, из за спины пальцем поманила к себе Лоррена. Француз доктор, – стоявший без зажженной свечи, прислонившись к колонне, в той почтительной позе иностранца, которая показывает, что, несмотря на различие веры, он понимает всю важность совершающегося обряда и даже одобряет его, – неслышными шагами человека во всей силе возраста подошел к больному, взял своими белыми тонкими пальцами его свободную руку с зеленого одеяла и, отвернувшись, стал щупать пульс и задумался. Больному дали чего то выпить, зашевелились около него, потом опять расступились по местам, и богослужение возобновилось. Во время этого перерыва Пьер заметил, что князь Василий вышел из за своей спинки стула и, с тем же видом, который показывал, что он знает, что делает, и что тем хуже для других, ежели они не понимают его, не подошел к больному, а, пройдя мимо его, присоединился к старшей княжне и с нею вместе направился в глубь спальни, к высокой кровати под шелковыми занавесами. От кровати и князь и княжна оба скрылись в заднюю дверь, но перед концом службы один за другим возвратились на свои места. Пьер обратил на это обстоятельство не более внимания, как и на все другие, раз навсегда решив в своем уме, что всё, что совершалось перед ним нынешний вечер, было так необходимо нужно.

Многолетняя мерзлота распространена в районах, где средние годовые температуры отрицательные, а атмосферных осадков очень мало. В таких условиях почвы и горные породы верхних слоев земной коры практически постоянно находятся в мерзлом состоянии. Мерзлотой на суше занято более 21 млн км 2, или 14% площади. Наибольшие массивы многолетней мерзлоты находятся на территории России (они занимают около 11 млн км 2 - более половины территории страны), на Аляске и в Канаде. В Южном полушарии мерзлота занимает лишь 1 млн км 2. Есть основания считать, что под ледниковым куполом Антарктиды, как и Гренландии, сплошного мерзлотного слоя нет.

По происхождению многолетняя мерзлота является реликтом прошлых ледниковых эпох четвертичного времени. Потепление климата в послеледниковое время обусловило оттаивания мерзлых пород и постепенное сокращение ареалов их распространения. Доказательствами этого процесса является островной характер распространения многолетней мерзлоты, интенсивный процесс оттаивания, находки в толще мерзлых пород вымерших видов флоры и фауны (например, мамонтов).

Однако не все ученые согласны с этой точкой зрения. Некоторые исследователи считают, что многолетняя мерзлота является современным явлением. В подтверждение они приводят многочисленные наблюдения за возникновением мерзлоты на островах, которые недавно образовались в дельтах крупных сибирских рек. Основной причиной формирования мерзлоты являются низкие температуры во время длительной малоснежной зимы и кратковременного лета, когда лед не успевает растаять и накапливается в почве.

Лед не только цементирует частицы породы, но и, заполняя в них поры, расширяет их размеры вследствие увеличения объема воды при ее замерзании. Постепенно в мерзлом грунте образуются жили, клинья, массы льда неправильной формы и продолговатые линзовидные слои, которые могут достигать больших размеров. Особенно благоприятные условия для формирования крупных линз возникают на слабо дренированных землях, наполненные торфом или подстилаемые глинами.

В районах развития многолетней мерзлоты образуются специфические структуры почвы, в составе которых имеются торфяные и каменные круги, полигональные трещины, каменные гирлянды и полосы. Подобные структуры, которые образовались под воздействием криогенных процессов, можно наблюдать на многих вершинах гор, хотя сейчас мерзлоты там нет.

Кольцевые структуры могут образовываться в результате как замерзание воды, так и промерзания почвы. В первом случае формируются преимущественно торфяные круги, связанные с переменным замерзанием и оттаиванием воды, разрывом почвенного слоя и раздвижение его, а там, где произошло отделение, возникают морозобоины трещины. Другой характерный случай - образование каменных колец, связано с промерзанием земли и возникновением трещин просадки. Весенние талые воды стекают в эти трещины и выносят тонкозернистая материал, оставляя на поверхности грубый обломочный материал. Так возникает полигональная система трещин.

На склонах, где есть измельченные массы пород, вследствие постепенного движения нарушенных почв изометрические каменные круги вытягиваются в эллипсы или узлы. их называют гирляндами. Когда такие гирлянды попадают на более крутые склоны, они продолжают видовжуватися и таким образом приобретают вид каменных полос, параллельных каменных гребней, вытянутых на сотни метров.

К особенностям рельефа областей многолетней мерзлоты принадлежит распространения термокарстовых углублений, которые образуются в результате таяния слоев льда в почве. На территориях с мерзлых грунтов иногда встречаются гидро лакколиты - холмы с ядрами льда внутри. На холмистой земной поверхности достаточно распространенным является процесс солифлюкции - сползание мерзлых масс грунта по склонам.

Толщина многолетней мерзлоты в областях с очень холодным климатом колеблется от нуля вблизи озер и горячих источников до 300 м и более. Максимальная глубина постоянного промерзания пород превышает 600 м.

Многолетняя мерзлота создает особые условия для развития растительности, что сказывается на ее состоянии. Растения длительное время находятся в условиях физиологического покоя. Корни растений не может углубиться в почву через слой мерзлоты. Деревья с поверхностной корневой системой плохо держатся в земле, в результате чего в тайге часто встречаются участки буреломов.

Изучение особенностей различных компонентов природы в областях распространения многолетней мерзлоты имеет большое значение не только для освоения огромных природных ресурсов соответствующих регионов (лесов, гидроресурсов, различных видов полезных ископаемых и т.д.) 9 а и для предупреждения вредных последствий хозяйственной деятельности человека. Природно-территориальные комплексы в условиях длительного господства холода отличаются большой впечатлительностью. Нарушены ландшафты восстанавливаются очень медленно. Поэтому особую остроту приобретают вопросы, связанные с охраной природы в областях распространения многолетней мерзлоты.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие составляющие гидросферы?

2. В чем заключается единство гидросферы?

3. Какие основные свойства воды? Какие из них являются аномальными?

4. Какие основные факторы формируют океанические течения?

5. Какие типы океанических течений? Приведите несколько примеров каждого типа.

6. Как влияют океанические течения на распределение изотерм?

7. Какова средняя соленость вод Мирового океана?

8. Какие ионы определяют солевой состав воды? Или в он постоянным?

9. Как делятся реки по характеру питания и особенностями их водного режима?

10. На какие типы разделяют подземные воды?

11. Объясните, почему у экватора соленость вод океана ниже, чем у тропиков.

12. Какой процент воды гидросферы находится в Мировом океане?

13. Как распределяются океанические течения за температурой воды?

14. Какие основные формы рельефа образуют дно Мирового океана?

15. Что относится к вод суши?

16. Объясните происхождение озерных котловин. Приведите конкретные примеры.

17. Назовите самую длинную реку мира.

18. Как называют фонтанирующих горячие источники в районах вулканической деятельности?

19. Какая часть речной долины затапливается во время наводнения?

20. Какое значение для Украины имеет река Днепр?

21. Какое значение для Украины имеет Черное море?

22. Чем отличаются верховые болота от низменных? К какому типу относятся болота Полесья?

23. Какие эпохи оледенений выделяют в истории Земли?

24. Какая площадь современного оледенения?

25. Какую роль в формировании современного рельефа Украины сыграло четвертичное оледенение?

26. Объясните, почему в Крымских и Карпатских горах нет ледников. Были ли они здесь в прошлом?

27. Что такое криосферы?

28. Почему многолетняя мерзлота распространена почти исключительно в Северном полушарии? Какова ее максимальная толщина?

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.

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.

Материал из Юнциклопедии

Мерзлые породы (грунты, почвы) имеют температуру ниже 0°С; часть воды или вся вода в них находятся в твердом, кристаллическом состоянии. В средних широтах промерзает зимой лишь небольшой поверхностный слой. Здесь распространена сезонная мерзлота. Иное дело - в северных широтах. Зима здесь долгая, морозная. Коротким летом земля оттаивает лишь с поверхности до глубины 0,5-2 м. Этот слой называется деятельным. Ниже его в породах круглый год сохраняются отрицательные температуры. Или, другими словами, сохраняется многолетняя (вечная) мерзлота.

Мерзлые толщи распространены на Земле преимущественно в заполярных районах. Крупнейшие области вечной мерзлоты - Сибирь, северная часть Северной Америки.

Территории, где распространена вечная мерзлота, называют еще областью подземного оледенения.

Область вечной мерзлоты Занимает более пятой части всей суши, а в нашей стране - чуть меньше половины всей территории. Однако мерзлые породы распространены здесь не повсеместно. В долинах крупных рек, под большими озерами и по зонам тектонических трещин, где циркулируют подземные воды, толщи многолетнемерзлых пород прерываются. Образуются так называемые талики. Кроме того, на больших пространствах (по южным окраинам области вечной мерзлоты и в горах, например в Гималаях) существует островная мерзлота в виде отдельных пятен.

В мерзлых породах лед становится своеобразным породообразующим минералом. Встречаются прослои, линзы, жилы, клинья, а то и многометровые пласты так называемого ископаемого (каменного) льда.

В условиях вечной мерзлоты образуются своеобразные мерзлотные, или криогенные (созданные льдом), формы рельефа. При сильных морозах земля с поверхности растрескивается, в морозобойные трещины проникает вода. Замерзая, она расширяет трещины и образует клиновидные ледяные жилы. Их ширина достигает нескольких метров, а длина и глубина-десятков метров. Иногда встречаются участки, где преобладают льды, а минеральный грунт находится в виде столбов между рядами ледяных клиньев. Возможно, крупные ледяные жилы возникают при внедрении и замерзании воды из таликов в мерзлые породы (вопрос этот остается нерешенным).

Порой образующаяся линза льда и поступающая снизу вода приподнимают залегающие выше грунты, возникает бугор вспучивания, называемый гидролакколитом или бул-гунняхом. В Якутии бугры достигают 25- 40 м высоты и 200-300 м ширины. Иногда давление льда и заключенной в нем воды прорывает грунт, вода вырывается на поверхность и, замерзая, образует наледь. Обычно наледи образуются в местах выхода на поверхность подземных вод и приурочены к расширенным участкам речных долин, к подножиям склонов, где выходят на поверхность ручьи, и т. д.

Под влиянием попеременного промерзания и оттаивания почв и горных пород на склонах, а также силы тяжести деятельный слой начинает медленно течь, сползать даже с пологих склонов со скоростью от сантиметра в год до сотен метров в час. Этот процесс называют солифлюкцией (от латинских слов «почва» и «истечение»). Он развит в полярных и высокогорных районах, где мерзлота препятствует просачиванию воды и она переувлажняет верхние горизонты коры выветривания. На склоне появляются потоки, языки, шлейфы сплывшего грунта, террасовидные уступы, а на ровных поверхностях - мари - особый тип мерзлотных низинных болот.

Когда мерзлые грунты протаивают, они оседают, образуя западины с озерами. Это термокарст. В северных районах мерзлотной зоны на плоской поверхности тундры встречаются оригинальные формы микрорельефа, которые называются полигональными. Образуются они в однородном мелкоземлистом или илистом грунте в виде многоугольников (обычно пяти-шестигранных) диаметром до нескольких метров, разделенных морозобойными трещинами; центры полигонов обычно заболочены, а края отличаются сухостью.

Мерзлотные процессы очень осложняют строительство и эксплуатацию зданий, дорог, мостов, туннелей, аэродромов. Приходится, по возможности, сохранять мерзлые грунты в естественном, природном состоянии. С этой целью устраивают холодные подполья, ставят здания на опоры, прокладывают охлаждающие трубы, погружают сваи в пробуренные скважины и т. д. Но мерзлота становится помощником человека, когда в ней устраиваются (или намораживаются) склады, огромные естественные холодильники.