Том 2

Вечная мерзлота

Вечная мерзлота занимает 65% территории России. По географическому положению она делится на субаэральную, субгляциальную и шельфовую.

Субаэральная криолитозона — максимальная по площади — представлена с поверхности многолетнемерзлыми породами. В Европейской части страны она распространена только в тундре и лесотундре; от Кольского полуострова ее южная граница идет к устью реки Мезень и далее почти по Северному полярному кругу до Урала. В Западной Сибири граница криолитозоны имеет широтное простирание до реки Енисей; вблизи реки Подкаменная Тунгуска она резко поворачивает на юг и проходит по правобережью Енисея. К востоку от Енисея мерзлота распространена на большей части территории, за исключением юга Камчатки, острова Сахалин, Приморья и некоторых других районов. Мощности мерзлых толщ изменяются от 100–200 до 1500 м (Средняя Сибирь).

Субгляциальная криолитозона известна под ледниками Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли, где для нее характерны аномально малые для высоких широт мощности и высокие температуры, а также под ледниками в горах на Северо-Востоке России и на Алтае.

Шельфовая криолитозона распространена в арктических морях у берегов Сибири. Океаническая криолитозона занимает значительную часть Арктического бассейна, за исключением районов, испытывающих влияние теплого Северо-Атлантического течения.

Сезонное промерзание пород охватывает большую часть остальной территории России, кроме зоны субтропиков, где оно не проявляется ежегодно и его глубина не превышает нескольких сантиметров. Глубина сезонного промерзания уменьшается зонально при повышении температуры пород и увеличивается с возрастанием континентальности климата с запада на восток. Наибольших значений (до 4–8 м) сезонное промерзание достигает в районах с резко континентальным холодным климатом, малоснежными суровыми зимами (Центральное и Южное Забайкалье), в крупнообломочных грунтах, обладающих низкой влажностью. Мощность слоя сезонного промерзания обусловливает глубину заложения коммуникаций, фундаментов зданий.

Сплошная мерзлота распространена в северной части Большеземельской тундры, на Полярном Урале, в тундре Западной Сибири, в северной части Среднесибирского плоскогорья, на полуострове Таймыр, архипелаге Северная Земля, на Новосибирских островах, Яно-Индигирской и Колымской низменностях, в дельте реки Лена, на Центральноякутской равнине, Приленском плато и в областях Верхоянского и Черского хребтов, Колымского нагорья, Анадырского плоскогорья, а также на Юкагирском плоскогорье и Анадырской низменности. Мощность толщ многолетнемерзлых пород изменяется от 300 до 500 м и более, в горах — до 1500 м; температуры — от –2°C до –10°С и ниже. В зоне сплошной мерзлоты талые породы залегают только в руслах больших рек и под крупными озерами. К югу от этой зоны мерзлые породы чередуются с талыми.

Мерзлота с островами талых грунтов (прерывистая, спорадическая) преобладает в Большеземельской и Малоземельской тундрах, на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуска, в южной части Приленского плато, в Забайкалье. Мощность мерзлых толщ иногда достигает 250–300 м, но чаще колеблются от 10–20 до 100–150 м, температура — от 0°C до –2°С. Главными причинами образования таликов в зоне прерывистой мерзлоты служат поверхностные и подземные воды, радиационный режим поверхности Земли, снежный покров.

Островная мерзлота развита на Кольском полуострове, в Канино-Печорском районе, в таежной зоне Западной Сибири, в южной части Среднесибирского плоскогорья, на Дальнем Востоке, вдоль побережья Охотского моря и на полуострове Камчатка. Мощность толщ колеблется от нескольких метров до нескольких десятков, температуры близки к 0°С. Островная мерзлота характерна также для горных стран — Саян, Урала и Кавказа, где она встречается главным образом по периферии районов современного оледенения. В зоне островной мерзлоты массивы современных мерзлых пород сохраняются в льдистых торфяных и суглинистых породах, в лесных массивах с большим эффектом затенения, на склонах северных и восточных экспозиций.

Лед в мерзлых породах представлен двумя разновидностями: 1) кристаллами, прослоями, прожилками (криогенные текстуры) и 2) мономинеральной ледяной породой (полигонально-жильные и пластовые льды, ядра бугров пучения). В кристаллических и метаморфических горных породах лед встречается в виде жилок, заполняющих трещины, в песках — в виде линз и мелких кристаллов, в глинах, суглинках, супесях и торфе — в виде слоев или сетки. Особое место занимают решетки ледяных жил, проникающие в породу до глубины 20–50 м. Они широко распространены в пределах Западно-Сибирской и Центральноякутской равнин, Северо-Сибирской и Яно-Индигирской низменностей на рыхлых нелитифицированных породах. Промерзание верхних горизонтов горных пород часто приводит к образованию сезонных и многолетних бугров-гидролакколитов, содержащих ледяное ядро; они встречаются чаще всего в Забайкалье, на Таймыре, на севере Западной Сибири, где их называют булгунняхами. В горных районах в речных долинах и на склонах обычны наледи — покровы льда, образующиеся при замерзании подземных вод, излившихся под напором, возникающим при сезонном промерзании, а также при промерзании выходов артезианских вод. Протаивание ледяных образований, содержащихся в толщах горных пород, обычно приводит к просадкам, возникновению воронок, округлых впадин и т. п. формам рельефа (термокарст), поверхностных оползней-сплывов, грунтовых потоков (солифлюкция).

Льдистость мерзлых пород различна, встречаются три основных разновидности: малольдистые, преимущественно пески и коренные породы (льда менее 20%), среднельдистые суглинки и супеси (льда 20–40%) и сильнольдистые озерно-болотные и аллювиальные отложения, представленные торфом и суглинком (льда более 40%).

Мерзлотные процессы. В пределах криолитозоны можно выделить пять типов территорий, отличающихся своим набором преобладающих криогенных процессов. В пределах равнин Севера Европейской части России и Западной Сибири наблюдаются термокарст и пучение. Восточнее, в более суровых климатических условиях, на равнинах тундры и лесотундры дополнительно формируется морозобойное растрескивание. Для большей территории низко- и среднегорий Сибири характерны термокарст, пучение, наледи, солифлюкция, курумы. В высоких горах, впадинах, низких равнинах и речных долинах таежной зоны Средней и Восточной Сибири, Дальнего Востока преобладают наледи, солифлюкция, курумы. Для средних и низких гор на юге криолитозоны России, где распространена прерывистая и островная мерзлоты, типичны процессы термокарста, наледей и солифлюкции.

При сплошном распространении многолетнемерзлых пород в их верхней части летом формируется слой сезонного протаивания. Его глубина зависит от ландшафтно-климатических условий и состава пород. В рыхлых отложениях она минимальна (не более метра) на Крайнем Севере и повсеместно в торфе. В песках она составляет 2 м и более. В горах на коренных породах протаивание достигает 3 м и даже больше. В долинах рек глубина протаивания изменяется весьма значительно на коротких расстояниях. При прерывистом и островном распространении мерзлоты сосуществуют сезонное протаивание мерзлых пород летом и сезонное промерзание талых пород зимой. Как правило, влажные (льдистые) породы находятся в мерзлом состоянии и протаивают относительно неглубоко. Расположенные рядом талые породы чаще менее влажные, и слой сезонного промерзания на них имеет большую мощность.

При возведении инженерных сооружений, строительстве железных и шоссейных дорог, мостов, трубопроводов, гидротехнических объектов необходимо учитывать возможность пучения и просадок грунтов, сползания оттаивающих грунтов на склонах, образования наледей. В сельском хозяйстве многолетняя мерзлота в одних случаях ограничивает возможности развития тех или иных культур, в других — благоприятствует выращиванию растений в связи с дополнительным увлажнением грунтов при сезонном оттаивании деятельного слоя. В многолетнемерзлых толщах обнаружены термодинамически неустойчивые и поэтому чрезвычайно чувствительные к изменениям условий равновесия газовые гидраты, изменения которых приводят к неконтролируемым выбросам газа в атмосферу, взрывам, пожарам, что усиливает парниковый эффект. В мерзлых породах, льдах и переохлажденных водах открыты жизнеспособные микроорганизмы, которые нередко вовлекаются в современные биогеохимические процессы при оттаивании пород.