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.
Ледники - огромные массы движущегося льда, образованные из выпавшего и накопившегося снега. Когда снежник (большое скопление снега) не успевает растаять за летний период, он уплотняется, кристаллизуется и превращается в лёд.
Ледники, распространённые только в горах, называют горными. Они занимают площадь 1700000 квадратных километров и представляют собой ледяные шапки и длинные ледяные языки. Спускаясь вниз под действием силы тяжести, ледник постепенно тает, давая начало горным рекам. Самые длинные ледники расположены в горных хребтах Аляски (США). Это ледник Беринга длиной 203 километра и ледник Хаббард длиной 112 километров. Наиболее протяжённый ледник в России - Безенги на Кавказе имеет длину 17600 метров.
Покровные ледники
На огромных пространствах Антарктиды, и островах распространено покровное оледенение. Оно занимает 14 400 ООО квадратных километров (более 85 % в , 12 % в Гренландии). Покровные ледники образуют гигантские купола, полностью покрывающие сушу вместе с расположенными на ней горами и равнинами. Они движутся благодаря пластичности нижних слоев льда.
Скорость движения ледников различна и непостоянна. Во внутренних районах покровных ледников она меньше одного миллиметра в сутки, а в краевых частях доходит до нескольких метров в сутки. Горные ледники перемещаются быстрее. Отмечались случаи, когда ледники спускались со склонов со скоростью 150 метров в сутки, всё разрушая на своём пути.
Покровные ледники «сползают», как правило, в моря или океан, от них откалываются айсберги - гигантские глыбы льда, которые, оторвавшись от ледяного купола, «путешествуют» в океане благодаря течениям и ветрам.
Многолетняя мерзлота
Оледенения
В известно несколько ледниковых периодов. Древнейшее оледенение было около 2 1/2 миллиардов лет назад, предпоследнее - 340-240 миллионов лет назад, а последнее началось около 2-3 миллионов лег назад. За последний миллион лет ледники то наступали и занимали значительные территории, то отступали в эпохи межледниковий. Толщина льда в период оледенения местами достигала двух и более километров. Причины оледенений связывают как с космическими, так и с земными процессами. Следы прошлых наступлений ледников широко распространены в Северной Америке и в Евразии.
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.
Вода, находящаяся в недрах и на поверхности, промерзает на глубину до 500 м и более. Свыше 25% поверхности всей суши Земли заняты вечномёрзлыми породами. В нашей стране более 60% такой территории, ведь в зоне её распространения лежит почти вся Сибирь.
Это явление получило название многолетней, или вечной мерзлоты. Однако климат со временем может меняться в сторону потепления, так что термин «многолетняя» более подходит для этого явления.
В летние сезоны - а они здесь очень недолгие и скоротечные - верхний слой поверхностных грунтов может оттаивать. Однако ниже 4 м находится слой, который не оттаивает никогда. Грунтовая вода может находиться либо под этим мёрзлым слоем, либо сохраняться в жидком состоянии между многолетнемёрзлыми толщами (она образует водяные линзы - талики) или над мёрзлым слоем. Верхний слой, который подвержен промерзанию и оттаиванию, называется деятельным слоем.
ПОЛИГОНАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ
Лёд в грунте может образовывать ледяные жилы. Часто они возникают в местах морозобойных (образующихся при сильных морозах) трещин, заполняемых водой. При замерзании этой воды грунт между трещинами начинает сдавливаться, ведь лёд занимает большую площадь, чем вода. Образуется слегка выпуклая поверхность, обрамлённая понижениями. Такие полигональные грунты покрывают значительную часть поверхности тундры. Когда наступает недолгое лето и ледяные жилы начинают оттаивать, образуются целые пространства, похожие на решетку из кусочков суши, окружённых водными «каналами».
Среди полигональных образований широко распространены каменные многоугольники и каменные кольца. При многократном промерзании и оттаивании земли происходит вымораживание, выталкивание льдом на поверхность более крупных обломков, содержащихся в грунте. Таким путем происходит сортировка грунта, поскольку его мелкие частицы остаются в центре колец и многоугольников, а крупные обломки смещаются к их краям. В результате появляются валы камней, обрамляющие более мелкий материал. На нем иногда селятся мхи, и осенью каменные многоугольники поражают неожиданной красотой: яркие мхи, иногда с кустиками морошки или брусники, окружённые со всех сторон серыми камнями, похожи на специально сделанные садовые клумбы. В поперечнике такие многоугольники могут достигать 1 -2 м. Если поверхность не ровная, а наклонная, то многоугольники превращаются в каменные полосы.
Вымораживание из грунта обломков приводит к тому, что на вершинных поверхностях и склонах гор и холмов в зоне тундры возникает хаотическое нагромождение крупных камней, сливающихся в каменные «моря» и «реки». Для них существует название «курумы».
БУЛГУННЯХИ
Этим якутским словом обозначается удивительная форма - холм или бугор с ледяным ядром внутри. Он образуется благодаря увеличению объёма воды при замерзании в надмерзлотном слое. В результате лёд приподнимает поверхностную толщу тундры и возникает бугор. Крупные булгунняхи (на Аляске их называют эскимосским словом «пинго») могут достигать до 30-50 м высоты.
На поверхности планеты выделяются не только пояса сплошной многолетней мерзлоты в холодных природных зонах. Существуют участки с так называемой островной . Она существует, как правило, в высокогорьях, в суровых местах с низкими температурами, например в Якутии, и является остатками — «островками» — прежнего более обширного пояса многолетней мерзлоты, сохранившейся со времени последнего .
Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:
Поиск по сайту.
Первые письменные свидетельства о существовании необычного состояния почвы, позже обозначенного как “вечная мерзлота”, остались от русских землепроходцев XVII века, покорявших Сибирь. Первооткрывателем стал казак Я. Святогоров, а члены экспедиций И. Реброва и С. Дежнёва уже изучили вопрос более детально. В своих депешах ко двору они описали особенность отдельных зон в тайге, в которых даже летом земля сохраняет зимнюю мерзлость. В 1640 г. воеводы М. Глебов и П. Головин в послании русскому царю не скрывали своего искреннего недоумения:
Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает.
Окончательно утвердились в существовании районов «вечной мерзлоты» во время начала промышленного освоения Севера. В 1828 г. проходчик Ф. Шергин прорубил первый метр ледяного грунта в Якутске, за 9 лет достигнув отметки чуть менее 116 с половиной метра и не встретив на пути ни одного водоносного горизонта. А. Миддендорф, измерив температуру на всем протяжении шахты Шеригина, подвел черту под ответ. Таким образом, невероятное стало очевидным фактом географии и геологии страны.
Вечная мерзлота полуострова Ямал на севере Западной Сибири, на территории Ямало-Ненецкого автономного округа России.
Понятие «вечная мерзлота» впервые появилось в научной среде в 1927 году. Автором термина стал советский ученый М.И. Сумгин , один из основателей отечественной науки по изучению этого явления.
Научное определение
Под вечной мерзлотой принято считать криолитозону с температурным режимом от 0°C и ниже и соответственно наличием в ней подземных льдов. По Сумгину это почвенная мерзлота с возрастом от 2 лет и выше, максимальные величины накопления измеряются тысячелетиями.
Какое-то время существовала определенная сумятица в терминологии. Значение слова «мерзлота» не имело четкого определения, что приводило к разночтениям. Такое положение подвергалось справедливой критике и поэтому предлагались другие названия. Были попытки широко распространить наименования «многолетнемёрзлые горные породы», «многолетняя криолитозона». Но в результате прижился термин Сумгина.
Срок, в течение которого образовывается мерзлое состояние пород, подразделяет их на три вида:
- Кратковременно-мёрзлые породы (за часы и сутки),
- Сезонно-мёрзлые породы (за месяцы),
- Многолетние мёрзлые породы (за годы)
К отдельной категории относятся промежуточные или переходящие формы мерзлых пород. Их называют перелетками. Примером может послужить случай, когда сезонно-мерзлая порода не успевает протаять за летний период и сохраняется в течение нескольких лет.
Большая доля современной вечной мерзлоты возникла в результате воздействий последнего ледникового периода. Объемы льда в промерзлых породах могут составлять до 90 процентов. В наши дни наблюдается процесс их медленного таяния.
Особенности мерзлых почв
Низкие температуры в условиях мерзлоты, носящей длительный сезонный или постоянный характер, естественно накладывают свой отпечаток на состояние местной почвы. В ней протекают своеобразные химико-биологические процессы. Один из примеров изображен на фото слева.
Над мёрзлым водоупорным слоем в процессе коагуляции (сгущения) органических веществ накапливается гумус. Причем его над-мерзлотная регенерация или так называемое над-мерзлотное оглеение сильно не зависят от милостей природы. Чтобы процесс пошел, достаточно небольшого количества годовых осадков.
Образуемые в земле шлиры (ледяные слои), разрывая водоносные капилляры, перекрывают доступ влаги из верхних над-мерзлотных горизонтов к нижней корнеобитаемой среде. Все явления, происходящие в почве в условиях вечной мерзлоты, особенно характерны для . В результате происходящих из-за наличия мерзлого слоя механических изменений в почве тундра приобрела свой особенный вид. Криогенные деформации в виде криотурбации (перемешивания под влиянием разницы температур почвенной массы) и солифлюкации (сползание почвенной массы, насыщенной водой, со склонов по мёрзлому слою) придали рельефу тундры волнообразные очертания, когда вспученные бугры чередуются с провалами термокарстовых западин. По той же причине образовались пятнистые тундры.
Минусовые температуры влияют и на оструктурирование почвы, вызывая ее криогенный характер. Они заставляют продукты почвообразования переходить в более конденсированные состояния, при этом резко замедляя их подвижность. В результате мерзлотной коагуляции коллоидов происходит ожелезнение почв. По мнению некоторых исследователей криогенные явления также обогащают кремнекислотой среднюю часть профиля подзолистых почв. Эти ученые считают белесую присыпку результатом мерзлотной дифференциации плазмы почвы.
Ареалы распространения
Вечная мерзлота имеет глобальные масштабы распространения. Она захватила не менее ¼ части суши земли, в том числе высокогорные районы Африки. Австралия является единственным материком, где это явление отсутствует вообще.
Обширные просторы России представляют собой средоточие вечной мерзлоты. Более половины территории самой большой страны мира приходится на криотозону. Наиболее широкое распространение она получила в Забайкалье и Восточной Сибири, где в верхней части реки Вилюй на глубине 1370 метров залегает нижайшая точка вечной мерзлоты. Рекорд зафиксирован в 1982 году.
Экономическое влияние
Учёт вечной мерзлоты важен для проведения строительства, геологоразведки и других хозяйственных работ в районах Севера. Она может, как создавать проблемы, так и приносить пользу. Способность служить естественным природным холодильником для хранения продуктов лежит на поверхности. Кроме этого, в условиях вечной мерзлоты вероятны образования залежей гидратов газов, используемых человеком, в частности метана.
Высокая прочность промёрзших пород сильно затрудняет добычу ископаемых. Но в то же время имеется другая, сильная, сторона: мерзлота цементирует породы, что позволяло в карьерах Якутии успешно проводить разработку кимберлитовых трубок, доводя стенки чаш до отвесного состояния. Ярким свидетельством последнего служит пример якутского карьера Трубка Удачная.
Игарский музей вечной мерзлоты – явление уникальное, и не только потому, что основные его экспозиционные залы находятся в толще вечно мёрзлого грунта, но и потому, что главный экспонат музея – сама вечная мерзлота.
С первых лет строительства города ученые вели её исследования, мерзлотная станция была открыта в 1931 году. Попутно же вынашивалась идея демонстрации населению результатов бережного отношения к природе. Эта идея принадлежала посетившему научную станцию в 1938 году учёному-мерзлотоведу Михаилу Ивановичу Сумгину. К тому времени были вырыты шахтные колодцы и встречные штреки к ним. За год до начала Великой Отечественной войны путём выемки грунта было оборудовано пять камер, отделённых от коридора перегородками и дверьми. Их стены, как и коридор, были облицованы тонким слоем льда. Объём вынутого грунта составил 468 кубических метров.
Построенные помещения имели научно-исследовательское значение, но тем не менее, для желающих, в первую очередь школьников и гостей города, уже тогда проводились сотрудниками станции первые экскурсии. Так одна из камер по сути уже тогда начала использоваться как биомузей. Его экспонатами стали замороженные ящерицы, ерши, находящаяся в анабиозе бабочка бражник, насекомые: шмели, божья коровка и муха. Учёные пополняли биомузей по мере своих возможностей и принимали посетителей.
Как своеобразный научный эксперимент по исследованию возможности сохранения бумаги и в память о Великой Отечественной войне сотрудниками станции 6 апреля 1950 года была произведена закладку газет военного периода – «Правды», «Известий», «Труда» и «Красноярского рабочего» с завещанием вскрыть ящик с замурованными в нём газетами 9 мая 2045 года.
Датой официального открытия музея вечной мерзлоты в Игарке считается 19 марта 1965 года. Первыми экспонатами, кроме выше упомянутых, стали книги по мерзлотоведению и вмороженные в лёд растения. Природа как будто бы шла навстречу энтузиастам, открывая свои многовековые тайны. В одной из стен коридора при проходе обнажились стволы деревьев, их срезы, позволяющие судить о возрасте – более 50 тысяч лет.
И всё-таки это ещё был музей на общественных началах, остальные помещения использовались в качестве научных лабораторий. И учёные продолжали экспериментировать: так родилась пока не воплощённая идея строительства подземного катка, с возможностью его круглогодичного использования спортсменами и любителями.
С 25 октября 1996 года подземные лаборатории Научно-исследовательской мерзлотной станции были приняты в муниципальную собственность. Были проведены масштабные работы по капитальному ремонту подземной части, расширению и созданию новых экспозиционных залов. Безусловно, что основным в краеведческом комплексе «Музей вечной мерзлоты» считается подземная часть музея. Но также интересные экспонаты есть и в отделах природы, истории, 503-ьей стройки, выставочно-экспозиционном зале. В зале природы, к примеру, находящемся перед входом в подземелье, – найденные в окрестностях Игарки кости доисторических животных, в том числе зуб мамонта. А экскурсоводы, рассказывая об особенностях произрастания деревьев, демонстрируют ствол десятилетней ёлочки с горизонтально идущими корнями – так деревья ищут в оттаявшем слое почвы нужную им для роста влагу.
Огромную роль в развитии музея, его популяризации сыграли первый экскурсовод музея Павел Алексеевич Евдокимов, бывший директор музея Мария Вячеславовна Мишечкина и её ныне покойный супруг Александр Игоревич Тощев. К их заслугам принадлежит не только сохранение грунтов от выветривания от соприкосновения с людьми (а это тоже целый комплекс мероприятий), но и открытие и модернизация новых залов, внедрение музейных традиций, широкая издательская деятельность.