Гигиена

Вечная мерзлота и её влияние на природу. Вечная мерзлота, ее причины, распространение

Главная причина возникновения многолетней мерзлоты - исключительно холодный климат, в условиях которого породы имеют температуры ниже точки их замерзания. Mноголетняя мерзлота - результат суровых климатических условий, главным образом, суровых малоснежных зим.
Образованию и сохранению мерзлоты способствуют следующие факторы:
отрицательные среднегодовые температуры, суровые и длинные зимы, глубина промерзания превышает глубину летнего оттаивания.

Многолетняя мерзлота оказывает большое влияние на хозяйственную деятельность человека. Она создает значительные препятствия для производства земляных работ, сооружения и эксплуатации различных построек и т. д. Отапливаемые здания, возведенные на многолетней мерзлоте, со временем оседают вследствие оттаивания под ними грунта, в них появляются трещины, а иногда они и разрушаются. Многолетняя мерзлота затрудняет также водоснабжение в населенных пунктах и на железных дорогах. Это потребовало разработки специальных методов строительства в условиях многолетнемерзлых горных пород.

Мерзлота способствует заболачиванию сельскохозяйственных земель, вследствие чего необходимы дополнительные мелиоративные работы, т. е. удаление излишней влаги с полей.
Из положительных факторов можно выделить два: создание естественных холодильников для хранения скоропортящихся продуктов и экономию крепёжного материала в шахтах и рудниках.

Многолетняя мерзлота оказывает многообразное влияние на природу провинций, где она широко распространена. Прежде всего, она затрудняет передвижение подземных вод - подмерзлотных, межмерзлотных и, особенно, надмерзлотных, расположенных наиболее близко к дневной поверхности. Это сильно ограничивает подземное питание рек Средней и Восточной Сибири. Подземные воды в этих условиях нередко образуют наледи, бугры вспучивания и другие формы рельефа, придающие специфические черты поверхности суши восточных районов Сибири. На северо-востоке СНГ около 4000 наледей (по-якутски - тарын), в которых заключено около 25 млрд. м 3 льда. Протаивание мерзлых грунтов и просадка их способствуют широкому распространению термокарста и обусловленному им своеобразному рельефу Северо-Сибирской, Индигирской, Колымской, Центрально-Якутской и других низменностей и плато в областях многолетней мерзлоты.

Многолетняя мерзлота отрицательно влияет на развитие растительного и почвенного покровов. Растения в условиях избытка холода не получают нормального питания, дают незначительный прирост органического вещества, недостаточно покрывают поверхность почвы. Особенно губительно мерзлота сказывается на древесной растительности, которая имеет явно угнетенный вид, разреженный древостой, бедный видовой состав. В Средней и Восточной Сибири из древесных лучше всего выдерживает многолетнюю мерзлоту даурская лиственница.

В провинциях распространения многолетней мерзлоты слабо развит также и почвенный покров. В Средней и Восточной Сибири широко распространены грубоскелетные каменистые почвы благодаря преобладанию морозного выветривания над химическим и биологическим, на равнинах - повсюду явления заболачивания. Почвы в этих условиях примитивно развиты, маломощны, характеризуются резко подавленными биохимическими процессами, недостатком питательных веществ.

Широко распространены в Средней и Восточной Сибири явления солифлюкции, которые наряду с термокарстом имеют большое рельефообразующее значение.
Многолетняя мерзлота влияет на рельеф, так как вода и лед имеют разную плотность, вследствие чего замерзающие и оттаивающие породы претерпевают деформации. Важно также то обстоятельство, что мерзлый грунт не пропускает воду.

Наиболее распространенный тип деформации мерзлых грунтов - пучение, связанное с увеличением объема воды при замерзании. Возникающие при этом положительные формы рельефа называются буграми пучения; высота их обычно не более 2 м. Если бугры пучения образовались в пределах торфянистой тундры, то их обычно называют торфяными буграми; торф - хороший теплоизолятор, мерзлота под ним сохраняется долго и нередко в тех местах, которые считаются свободными от многолетней мерзлоты, например на Кольском полуострове. Высота торфяных бугров может достигать 3-7 м, в плане они обычно округлы, располагаются иногда поодиночке, но чаще группами.

Летом верхний слой многолетней мерзлоты оттаивает. Лежащая ниже мерзлота мешает талой воде просачиваться вниз; вода, если не находит стока в реку или озеро, остается на месте до осени, когда снова замерзает. Весной оттаивание шло сверху вниз, как результат выравнивания температур уже прогретого воздуха и еще холодного грунта; осенью изменение температур также быстрее происходит в воздухе и промерзание идет тоже сверху вниз. В результате талая вода оказывается между водонепроницаемым слоем постоянной мерзлоты снизу и постепенно нарастающим сверху вниз слоем новой, сезонной мерзлоты. Лед занимает больший объем, чем вода. Вода, оказавшись между двумя слоями льда под огромным давлением, находит наиболее слабое место в сезонномерзлом слое и прорывает его. Если она изливается на поверхность, образуется ледяное поле - наледь; геоморфологическое значение наледи состоит в том, что по ее краям идет интенсивное морозное выветривание. Если же на поверхности плотный мохово-травяной покров или слой торфа, вода может не прорвать его, а только приподнять, растекшись под ним. Замерзнув затем, она образует ледяное ядро бугра; постепенно нарастая, такой бугор может достигнуть высоты 70 м при диаметре до 200 м.

Потепление климата, нарушение температурного режима грунтов вследствие вырубки леса, строительства и т. д. могут привести к протаиванию отдельных участков многолетней мерзлоты, которое вызовет просадки грунта, образование воронок, подземных полостей и других отрицательных форм рельефа, внешне напоминающих карстовые. Процессы рельефообразования, вызванные местным протаиванием многолетней мерзлоты, и все созданные ими формы называются термическим карстом, или (чаще) термокарстом (греч. therme - тепло). В областях распространения термокарста много округлых по форме западин, в них обычно располагаются озера, так как увлажнение избыточное, а лежащая ниже многолетняя мерзлота водонепроницаема. Термокарстовые озера отличаются от карстовых более правильной формой и меньшей глубиной. В равнинных частях центральной Якутии часто встречаются аласы - плоскодонные термокарстовые котловины от десятков метров до нескольких километров в диаметре и глубиной до 15-30 м. Часто аласы заняты озерами, болотами, лугами; иногда они представляют собой котловины спущенных или заросших термокарстовых озер.

В условиях многолетней мерзлоты, особенно если высоко содержание льда в мерзлой породе, вода производит на породу не только механическое, но и температурное воздействие, так как растапливание льда способствует разрушению породы. Поэтому введены специальные термины - термоэрозия и термоабразия. Термоэрозия проявляется в том, что реки легко размывают берега, а овражная сеть достигает невероятной густоты даже в условиях очень плоского рельефа (например, на Ямале); термоабразия вызывает иногда быстрое отступание берегов под действием морских волн.

Формы рельефа, связанные с многолетней мерзлотой, могут находиться и там, где сейчас мерзлота отсутствует, то есть иметь реликтовый характер. Так, в средней и южной частях Республики Коми сейчас нет многолетней мерзлоты, но нередко встречаются неглубокие округлые озера, на аэрофотоснимках хорошо читается сетка полигональных грунтов, особенно хорошо видных на высоких речных террасах.

Причины распространения многолетней мерзлоты на территории Восточной Сибири

Здорик Екатерина

1. Рельеф

Многолетняя мерзлота влияет на рельеф, так как вода и лед имеют разную плотность, вследствие чего замерзающие и оттаивающие породы претерпевают деформации. Важно также то обстоятельство, что мерзлый грунт не пропускает воду.

Для областей многолетней мерзлоты, а также для, характерны так называемые структурные грунты - формы рельефа, возникающие в результате сложного процесса сортировки неоднородной грунтовой массы, насыщенной водой, при многократном ее замерзании и оттаивании.

2. Реки

Реки питаются главным образом за счет таяния снежного покрова в начале лета и летних дождей. Некоторую роль в питании рек играют грунтовые воды и таяние «вечного» снега и ледников в высоких горах, а также наледей. Зимой на многих реках образуются наледи, а малые реки промерзают до дна.

Ледоход начинается в последней декаде мая - начале июня. В это время на большинстве рек наблюдается самый высокий уровень воды. В отдельных местах (например, в низовьях Яны) в результата заторов льда вода поднимается подчас на 15-16 м выше зимнего уровня. В период половодья реки интенсивно размывают свои берега и загромождают русла стволами деревьев, образующими многочисленные заломы.

3. Почвы

Вечная мерзлота хороший водоупор, поэтому она часто служит причиной заболачивания оттаивающей летом почвы.

На вечной мерзлоте формируются специфические глее-мерзлотно-таежные и мерзлотно-таежные почвы.

4. Растительный мир

климатический географический мерзлота рельеф

Неглубокое залегание мерзлого слоя вызывает у растений формирование угнетенной насаждений, снижает устойчивость деревьев против ветра. Многолетняя мерзлота тормозит развитие растений.

5. Хозяйственная деятельность человека

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, создаваемым при сезонном оттаивании деятельного слоя.

Определенных успехов достигло и сельское хозяйство. Созданные в верховьях Индигирки и Колымы совхозы удовлетворяют часть потребностей населения в свежих овощах, молоке и мясе. В якутских колхозах северных и горных районов развиваются оленеводство, пушной промысел и рыболовство, дающие значительную товарную продукцию. В некоторых горных районах развито также коневодство. Значительные площади равнинной и горной тундры представляют собой хорошие оленьи пастбища, а луга речных долин служат кормовой базой для крупного рогатого скота и лошадей.

Суровый климат ограничивает и возможности развития земледелия. В тундровой зоне, где сумма среднесуточных температур выше 10° даже на юге едва достигает 600°, могут выращиваться лишь редис, салат, шпинат и лук на перо. Южнее возделываются также репа, турнепс, капуста, картофель. В особо благоприятных условиях, главным образом на пологих склонах южной экспозиции, можно сеять ранние сорта овса. Более благоприятны условия для животноводства..

Горнодобывающая промышленность стала в настоящее время основой хозяйства и дает стране много ценных металлов.

6. Причины распространения многолетней мерзлоты на территории Восточной Сибири

Суровые малоснежные зимы

Короткое лето

Среднегодовая температура ниже 0 градусов

7. Почему в условиях многолетней мерзлоты дома и промышленные здания следует строить на сваях

При инженерных сооружениях, строительстве железных и шоссейных дорог и т. п. необходимо учитывать возможность пучения и просадок грунтов, сползания оттаивающих грунтов на склонах (солифлюкция), образования наледей на дорогах, у мостов и др.

Так, большие дома в районах севера строятся по специальным технологиям, в частности, построенную коробку панельного дома оставляют на несколько лет, чтобы дом устоялся. Если почва под ним начинает плыть, то его разбирают и собирают в новом месте. На глубоко вбитых сваях дома строят, чтобы не нарушить температурный режим почвы. Несущая способность свай, вмороженных в предварительно пробуренные скважины, обеспечивает устойчивость сооружений, а проветриваемое подполье охраняет грунт от теплового воздействия цеха или жилого дома.

вечный мерзлота красноярский край

Образованию и сохранению мерзлоты способствуют следующие факторы:

отрицательные среднегодовые температуры, суровые и длинные зимы, глубина промерзания превышает глубину летнего оттаивания.

Многолетняя мерзлота оказывает определенное действие на хозяйственную деятельность человека. В России освоение многолетней мерзлоты началось в тридцатые годы 20 века. Российские мерзлотоведы разработали специальные системы технических мероприятий, которые предупреждают отрицательные последствия мерзлоты. Эти технические новшества позволяют осваивать районы мерзлоты.

Польза для человека многолетней мерзлоты состоит в том, что он использует ее как уникальный холодильник. В ней долго сохраняются продукты питания: рыба, мясо, ягоды, фрукты, семена.

Мерзлота является хорошим крепежным материалом в шахтах и рудниках. В настоящее время установлено, что в районах мерзлоты находится много полезных ископаемых: угля, газа, алмазов, золота, никеля, меди, олова, солей. В этих районах много пресных вод.

Мерзлотные аварии в настоящее время, к сожалению, происходят. Причиной является потепление климата техногенное «потепление». Следствием является неравномерная осадка зданий, разрушение фундаментов, деформация их.

В Норильском промышленном районе за последние 10 лет из за ухудшения состояния мерзлоты пострадало 250 строений 100 объектов в аварийном состоянии, около 40 многоэтажных жилых домов, возведённых в 60-80-е годы, снесены или подлежат сносу.

Деформировано почти 60% зданий и сооружений В городах: Игарке, Диксоне, Вилюйске деформировано 60% зданий. 100% зданий и сооружений В национальных посёлках Таймырского округа до 100 % строений повреждены. В Воркуте пострадало около 40% зданий. В Якутске с 70-х годов 20 века из-за просевшего грунта пострадало 300 зданий. Если техногенная «оттепель» продолжится, человеку придётся вновь отстраивать многие жилые дома и промышленные предприятия, заново прокладывать автомобильные и железные дороги.

Многолетняя мерзлота оказывает многообразное влияние на природу провинций, где она широко распространена. Прежде всего, она затрудняет передвижение подземных вод -- подмерзлотных, межмерзлотных и, особенно, надмерзлотных, расположенных наиболее близко к дневной поверхности. Это сильно ограничивает подземное питание рек Средней и Восточной Сибири. Подземные воды в этих условиях нередко образуют наледи, бугры вспучивания и другие формы рельефа, придающие специфические черты поверхности суши восточных районов Сибири. На северо-востоке СНГ около 4000 наледей (по-якутски -- тарын), в которых заключено около 25 млрд. м 3 льда. Протаивание мерзлых грунтов и просадка их способствуют широкому распространению термокарста и обусловленному им своеобразному рельефу Северо-Сибирской, Индигирской, Колымской, Центрально-Якутской и других низменностей и плато в областях многолетней мерзлоты.

В провинциях распространения многолетней мерзлоты слабо развит также и почвенный покров. В Средней и Восточной Сибири широко распространены грубоскелетные каменистые почвы благодаря преобладанию морозного выветривания над химическим и биологическим, на равнинах -- повсюду явления заболачивания. Почвы в этих условиях примитивно развиты, маломощны, характеризуются резко подавленными биохимическими процессами, недостатком питательных веществ.

Широко распространены в Средней и Восточной Сибири явления солифлюкции, которые наряду с термокарстом имеют большое рельефообразующее значение.

Наиболее распространенный тип деформации мерзлых грунтов -- пучение, связанное с увеличением объема воды при замерзании. Возникающие при этом положительные формы рельефа называются буграми пучения; высота их обычно не более 2 м. Если бугры пучения образовались в пределах торфянистой тундры, то их обычно называют торфяными буграми; торф -- хороший теплоизолятор, мерзлота под ним сохраняется долго и нередко в тех местах, которые считаются свободными от многолетней мерзлоты, например на Кольском полуострове. Высота торфяных бугров может достигать 3--7 м, в плане они обычно округлы, располагаются иногда поодиночке, но чаще группами.

Летом верхний слой многолетней мерзлоты оттаивает. Лежащая ниже мерзлота мешает талой воде просачиваться вниз; вода, если не находит стока в реку или озеро, остается на месте до осени, когда снова замерзает. Весной оттаивание шло сверху вниз, как результат выравнивания температур уже прогретого воздуха и еще холодного грунта; осенью изменение температур также быстрее происходит в воздухе и промерзание идет тоже сверху вниз. В результате талая вода оказывается между водонепроницаемым слоем постоянной мерзлоты снизу и постепенно нарастающим сверху вниз слоем новой, сезонной мерзлоты. Лед занимает больший объем, чем вода. Вода, оказавшись между двумя слоями льда под огромным давлением, находит наиболее слабое место в сезонном мерзлом слое и прорывает его. Если она изливается на поверхность, образуется ледяное поле -- наледь; геоморфологическое значение наледи состоит в том, что по ее краям идет интенсивное морозное выветривание. Если же на поверхности плотный мохово-травяной покров или слой торфа, вода может не прорвать его, а только приподнять, растекшись под ним. Замерзнув затем, она образует ледяное ядро бугра; постепенно нарастая, такой бугор может достигнуть высоты 70 м при диаметре до 200 м.

Потепление климата, нарушение температурного режима грунтов вследствие вырубки леса, строительства и т. д. могут привести к протаиванию отдельных участков многолетней мерзлоты, которое вызовет просадки грунта, образование воронок, подземных полостей и других отрицательных форм рельефа, внешне напоминающих карстовые. Процессы рельефообразования, вызванные местным протаиванием многолетней мерзлоты, и все созданные ими формы называются термическим карстом, или (чаще) термокарстом (греч. therme -- тепло). В областях распространения термокарста много округлых по форме западин, в них обычно располагаются озера, так как увлажнение избыточное, а лежащая ниже многолетняя мерзлота водонепроницаема. Термокарстовые озера отличаются от карстовых более правильной формой и меньшей глубиной. В равнинных частях центральной Якутии часто встречаются аласы -- плоскодонные термокарстовые котловины от десятков метров до нескольких километров в диаметре и глубиной до 15--30 м. Часто аласы заняты озерами, болотами, лугами; иногда они представляют собой котловины спущенных или заросших термокарстовых озер.

В условиях многолетней мерзлоты, особенно если высоко содержание льда в мерзлой породе, вода производит на породу не только механическое, но и температурное воздействие, так как растапливание льда способствует разрушению породы. Поэтому введены специальные термины -- термоэрозия и термоабразия. Термоэрозия проявляется в том, что реки легко размывают берега, а овражная сеть достигает невероятной густоты даже в условиях очень плоского рельефа (например, на Ямале); термоабразия вызывает иногда быстрое отступание берегов под действием морских волн.

В разделе на вопрос Назовите причины образования многолетней мерзлоты. Как влияет она на природу, жизнь и деятельность человека??? заданный автором Обособленный лучший ответ это

Мерзлота способствует заболачиванию сельскохозяйственных земель, вследствие чего необходимы дополнительные мелиоративные работы, т. е. удаление излишней влаги с полей.
Из положительных факторов можно выделить два: создание естественных холодильников для хранения скоропортящихся продуктов и экономию крепёжного материала в шахтах и рудниках.

Ответ от 22 ответа [гуру]

Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: Назовите причины образования многолетней мерзлоты. Как влияет она на природу, жизнь и деятельность человека???

Ответ от Егор Шарипов [новичек]
так как ось наклонена на 66 градусов и солнечные лучи в области вечной мерзлоты пападают меньше

Ответ от Просыхать [гуру]

Ответ от Двутавровый [активный]
Многолетняя мерзлота оказывает большое влияние на хозяйственную деятельность человека. Она создает значительные препятствия для производства земляных работ, сооружения и эксплуатации различных построек и т. д. Отапливаемые здания, возведенные на многолетней мерзлоте, со временем оседают вследствие оттаивания под ними грунта, в них появляются трещины, а иногда они и разрушаются. Многолетняя мерзлота затрудняет также водоснабжение в населенных пунктах и на железных дорогах. Это потребовало разработки специальных методов строительства в условиях многолетнемерзлых горных пород.

1.длинная холодная зима и короткое прохладное лето 2. отсутствие снежного покрова

Ответ от Зораб Аветисян [новичек]
Многолетняя мерзлота оказывает большое влияние на хозяйственную деятельность человека. Она создает значительные препятствия для производства земляных работ, сооружения и эксплуатации различных построек и т. д. Отапливаемые здания, возведенные на многолетней мерзлоте, со временем оседают вследствие оттаивания под ними грунта, в них появляются трещины, а иногда они и разрушаются. Многолетняя мерзлота затрудняет также водоснабжение в населенных пунктах и на железных дорогах. Это потребовало разработки специальных методов строительства в условиях многолетнемерзлых горных пород.
так как ось наклонена на 66 градусов и солнечные лучи в области вечной мерзлоты попадают меньше
1.длинная холодная зима и короткое прохладное лето 2. отсутствие снежного покрова

Ответ от Dato Aboyan [новичек]
Главная причина возникновения многолетней мерзлоты - исключительно холодный климат, в условиях которого породы имеют температуры ниже точки их замерзания. Mноголетняя мерзлота - результат суровых климатических условий, главным образом, суровых малоснежных зим.
Образованию и сохранению мерзлоты способствуют следующие факторы:
отрицательные среднегодовые температуры, суровые и длинные зимы, глубина промерзания превышает глубину летнего оттаивания.

Ответ от Влад Матвеенко [новичек]
Пермский край

Ответ от Алёна Дьяконова [новичек]
Пирожок

Ответ от Арсений Родин [активный]
пироги)))

Ответ от Ђ Ш [новичек]
😀

Ответ от Инна Мордачёва [новичек]
м пррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррррр

Введение

Глава 1. Вечная мерзлота. История изучения

1.1.История термина «Вечная мерзлота»

1.2.Краткая история изучения мерзлых пород

2.1. Морфология мерзлых пород

2.2. Южная граница многолетней мерзлоты

Глава 3. Влияние многолетней мерзлоты на природу

3.1. Мерзлотный рельеф

3.2. Подземные воды в зоне многолетней мерзлоты

3.3. Особенности формирования почв в условиях многолетнемерзлых пород.

3.4. Влияние вечной мерзлоты на развитие растительности

Заключение.

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие северо-восточной части России, где приходилось строить в условиях сезонного промерзания пород, вызывает необходимость изучения многолетней мерзлоты. В советское время были предприняты колоссальные усилия по изучению многолетней мерзлоты, и актуальность проблемы состояла в оборудовании новых месторождений и строительстве поселений рядом с ними.

Эта проблема актуальна и по сей день. На территории распространения многолетней или вечной мерзлоты не только нужно строить поселения, но также есть задача сооружения и эксплуатации трубопроводов и скважин. Основной способ строительства на изучаемой территории ― это свайные фундаменты, при строительстве которых возможно оттаивание мерзлотных грунтов и впоследствии деформация свай.

При длительной или неправильной эксплуатации объектов строительств, многолетнемерзлые породы могут менять свои прочностные свойства в результате перехода из мерзлого состояния в состояние растепления, т.е. таяния мерзлотных грунтов. Также в условиях вечной мерзлоты приходится строить железные дороги, на сегодняшний день общая длина участков с вечной мерзлотой на сети железных дорог в нашей стране составляет около 5000 км.

Сегодня во всем мире есть тенденция к глобальному потеплению; в России ученые констатируют уменьшение площади вечной мерзлоты. Районы вечной мерзлоты — верхняя часть земной коры, температура которой длительное 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 1000 метров.

Многолетняя мерзлота, общей площадью 35 млн км², распространена на территории севера Европы, Западной Сибири, Канады, Аляски и островах Северного Ледовитого океана. На территории нашей страны находится шестьдесят процентов мировой территории, покрытой вечной мерзлотой. Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье.

Тема «Влияние многолетней мерзлоты на природу и жизнь человека» меня заинтересовала тем, что многолетняя мерзлота - это одно из явлений, оставшихся нам после эпохи четвертичного оледенения, а эта эпоха оказала огромное влияние на формирование рельефа России. Мне интересна физика экзогенных процессов, связанных с мерзлотой.

В работе я использовала следующие методы: литературный, картографический и статический. Передо мной поставлены следующие задачи:

1.Ознакомиться с научной литературой, посвященной истории развития, динамике и эволюции вечной мерзлоты.

2.Исследовать положительные и отрицательные стороны воздействия вечной мерзлоты на природные компоненты.

Глава 1.

Понятие о вечной мерзлоте. История изучения

1.1.История термина «вечная мерзлота» .

Основной задачей общего мерзлотоведения является изучение мерзлотных горных пород и выяснение закономерностей их распространения и развития. Поэтому общее мерзлотоведение, имеющее предметом своего изучения мерзлотные горные породы, является в основном геологической наукой, и изучает происхождение, состав, свойства, строению сложение и распространение мерзлых пород в связи с происходящими в них геологическими, геофизическими и биологическими процессами.

Основатель мерзлотоведения как самостоятельной науки М. И. Сумгин (1873―1942) кратко определил его как учение о вечной мерзлоте и мерзлотных грунтах, но понимал при всём этом слово «вечная» как «длящаяся века», а «мерзлота» ― в расширенном смысле. Это вытекает из содержания опубликованного им в 1940 г. в соавторстве с другими мерзлотоведами курса «Общее мерзлотоведение» (Сумгин и др., 1940).

При этом такое расширенное понимание слова «мерзлота» привело к употреблению этого термина в нескольких смыслах, а именно:

1.Мерзлое состояние горных пород,

2.Сами мерзлые горные породы,

3.Область или зона распространения мерзлых пород,

4.Процессы развития мерзлых пород.

Вечная (многолетняя) мерзлота - 1) явление длительного охлаждения горных пород верхней части земной коры до нулевой температуры; 2) слой или область оттаивающих горных пород; 3) горные породы, сцементированные замерзшей в них влагой. (Географический энциклопедический словарь, 1988.)

Хотя при употреблении слова «мерзлота» всегда было понятно, о чем идет речь, необходимость в каждом случае оговаривать и уточнять термин вызвала предложение о введении в мерзлотоведение новых терминов, однозначно определяющих существующие понятия. Так, П. Ф. Швецов (советский ученый, специалист по особенностям формирования подземных вод в условиях многолетней, 1955) указал на нежелательность пользоваться терминами «мерзлота» и «мерзлотоведение» и предложил вместо них соответственно «криолитозона» и «геокриология». Термин «криолитозона» обозначает область, или зону развития мерзлотных пород и соответствует обычно употребляемому термину «мерзлотная толща».

«Геокриология», по Швецову, является учением о закономерности развития и распространения зон мерзлотных почв и горных пород, о сопутствующих процессах и особенностях состава, строения, сложения и свойств мерзлотных горных пород. Это определение не отличается по существу от приведённого выше определения предмета мерзлотоведения по Сумгину.

1.2.Краткий очерк истории изучения мерзлотных пород.

В литературе первые упоминания о наблюдавшихся летом мерзлотных породах стали появляться с XVI века. В это время усилились поиски северного морского пути из Европы в Индию и Китай, и путешествия в северные страны стали более популярными.

В древнем русском сочинении «Описание чего ради невозможно от Архангельского города морем проходити в Китайское государство и оттоле к Восточной Индии», составленном в 1598 г., видно, что имелись отчетливые и даже научные представления о причинах существования многолетних льдов Арктики. В XVII столетии в связи с продвижением русских людей на восток и северо-восток Сибири, в Москву стали поступать донесения о существовании многолетнемерзлых пород. В конце XVII и начале XVIII вв. в связи с развитием торгового капитала и общим подъемом науки в эпоху Петра I север и восток Сибири посещают как отдельные путешественники, так и целые экспедиции. Это привело к постепенному увеличению сведений о существовании и распространении многолетнемерзлых пород. Так, историк и географ первой половины XVIII в. В. Н. Татищев в своих работах (1725, 1736) сообщает о наличии многолетнемерзлых пород и о том, что в них находятся бивни и сохранившиеся битвы мамонтов.

В середине XVIII в. М. В. Ломоносовым в его «Слове о рождении металлов от трясения Земли, произведенном 6 сентября 1757 г., впервые высказывается теоретическое положение о том, что существование многолетнемерзлых пород является результатом двух взаимно противоположных процессов ― летнего нагревания и зимнего охлаждения ― и тем самым кладется начало учению о теплообмене между горными породами и окружающим пространством как об основном факторе, определяющем тепловое состояние верхнего слоя атмосферы. Эти теоретические положения Ломоносова получили дальнейшее развитие лишь в конце XIX столетия, во второй половине XVIII в. и первой половине XIX в. продолжалось накопление фактического материала о многолетнемерзлых породах.

В 1820―1824 гг. Ф. П. Врангель (российский военный и государственный деятель, мореплаватель и полярный исследователь) и Ф. Ф. Матюшкин (мореплаватель, впоследствии адмирал, в начале карьеры - по окончании Царскосельского лицея - участвовавший в двух полярных экспедициях вместе с Врангелем) исследовали северо-восточные области Сибири, уделив также много внимания мерзлым породам.

В 1828 Ф. Е. Шергин (купец 3-ей гильдии, помощник комиссионера Российско-Американской компании в Якутске) начал проходку «колодца» в Якутске и достиг глубины 116,4 м. Таким образом была создана знаменитая Шергинская шахта. Она шла все время в мерзлых породах, не вскрыла водоносных горизонтов и с течением времени сыграла значительную научно-исследовательскую роль в изучении мерзлых пород. В начале 40-х годов XIX в. академик А. Ф. Миддендорф измерил температуру мерзлых пород в Шергинской шахте до глубины 116 м, что позволило впервые определить температурный градиент в мерзлых породах и судить о мощности мерзлой толщи.

В 1850―70 гг. активизировалось промышленное освоение Сибири. Строители непосредственно встретились с мерзлыми породами, им пришлось изучать их и изыскивать новые методы строительства. У агрономов стали возникать вопросы к мелиорации почв в области распространения мерзлых пород.

В 1866 г. горный инженер И. А. Лопатин исследовал многолетнемерзлые четвертичные отложения в низовье Енисея и на Бреховских островах (70⁰15’ ―71⁰00’ с.ш.) и установил широкое распространение в этом районе подземных жильных льдов (включение льда в виде клинообразных тел в горную породу) и явления пучения и термокарста. Он первый обратил внимание на значение этих явлений для строительства на севере, заложив таким образом начало инженерного мерзлотоведения.

Большой вклад в развитие мерзлотоведения сделал Л. А. Ячевский (русский геолог, горный инженер). Он указал на значение для развития многолетнемерзлых пород отрицательные температуры воздуха, мощности снежного покрова, геологического строения местности, состава и теплоемкости пород, их обводненности, происходящих в них геохимических процессов, а также экспозиции склонов. Ячевский опубликовал карту распространения многолетнемерзлых пород и дал и южную границу.

В. А. Обручев (русский и советский геолог, географ, писатель и популяризатор науки), выполняя геологические исследования в Олекминско-Витимской горной стране, установил колебания мощности и отсутствие мерзлых пород в пределах одной и той же климатической области (1891 г.).

В 1890 гг. по просьбе Управления строительства Сибирской железной дороги при Русском географическом обществе в Петербурге была создана комиссия для изучения мерзлых грунтов под председательством геолога и географа, знаменитого путешественника И. В. Мушкетова. Членами комиссии были знаменитый климатолог А. В. Воейков, В. А. Обручев, геофизик М. А. Рыкачев и геолог К. И. Богданович. Комиссия опубликовала в 1895 г. первую «Инструкцию для изучения мерзлоты почвы в Сибири».

Изучение мерзлых пород и связанных с ними практических вопросов усилилось в связи с постройкой и эксплуатацией западной части Амурской железной дороги (1909―1914 гг.). В это же время работники Переселенческого управления и Метеорологического бюро приступили к исследованию почв растительного покрова, земледелия и водоснабжения в условиях распространения многолетних пород (работы ученых Н.И. Прохорова, П. И. Колоскова, М. И. Сумгина, Л. И Прасолова, Б. Б. Полынова, Б. Н. Сукачева, Р. И. Аболина).

В связи с необходимостью развития промышленности и транспорта в период восстановления народного хозяйства после Гражданской войны в Ленинграде и в Москве в 1923-1928 гг. стали возникать организации, которые в своей основной работе сталкивались с вопросами мерзлотоведения и вынуждены были заняться их изучением для разработки рациональных методов строительства. К ним относились Гипромез, ЦУМТ в Ленинграде и Институт инженеров ж/д транспорта, а также Сельскохозяйственная Академия им. К.А.Тимирязева в Москве.

Развитие хозяйственной деятельности в области распространения мерзлых пород потребовало обобщения полученных данных. Эта задача была выполнена М.И.Сумгиным в его капитальном труде «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР», вышедшем в 1927 г. В конце 1929 г. по инициативе Сумгина при поддержке академика В.И.Вернадского а АН СССР была организована постоянная Комиссия по изучению вечной мерзлоты (КИВМ) под председательством В.А.Обручева. Помимо непосредственного изучения вечной мерзлоты, КИВМ стала центром, организующим всю работу в области мерзлотоведения. В 1939 г. на основе КИВМ был организован Институт мерзлотоведения им. В.А.Обручева АН СССР.

В 1953 г. на геологическом факультете МГУ ИМ. М.В.Ломоносова была организована первая в мире кафедра мерзлотоведения, начавшая выпуск специалистов-мерзлотоведов.

После окончания Великой отечественной войны, несмотря на трудности восстановительного периода, мерзлотоведение продолжало быстро развиваться. Явно наметились несколько направлений: 1)общее, региональное и историческое мерзлотоведение, включая криолитологию; 2) физика и механика мерзлых горных пород; 3)термодинамика и теплофизика мерзлотных пород; 4) инженерное мерзлотоведение; 5) агробиологическое мерзлотоведение; 6) тепловая и водно-тепловая мелиорация мерзлотных горных пород; 7)методика мерзлотных исследований; 8) исследования подземных вод.

Мерзлотоведение за послевоенный период созрело как наука, в нем формируются крупные самостоятельные разделы знаний. Оно перерастает в геокриологию.

После упразднение Института мерзлотоведения АН СССР им. Обручева организующий центр этой науки переместился в Сибирь, где в Якутске на базе Северо-восточного отделения Института мерзлотоведения им. Обручева в 1961 году был создан Институт мерзлотоведения Сибирского отделения им. Обручева под руководством П. И. Мельникова.

В 1970 г. в Москве создается Научный совет по криологии Земли, в состав которого вошли крупные ученые. В 90-е гг. в связи с экономическим кризисом численность сотрудников во многих научных центрах сократилась, многие научные исследования были приостановлены. Тем не менее в институте велись исследования по региональной, исторической и инженерной геокриологии, по тепломассообмену в мерзлых толщах земной коры, изучались природа прочности и геологические свойства мерзлых горных пород, разрабатывались различные геофизические и геохимические методы исследования мерзлых горных толщ. Экспедиции института продолжали сбор информации о мерзлых породах и связанных с ними явлениях на севере Западной Сибири, в Прибайкалье и Забайкалье, а также на территории Монголии.

В 2006 г. в Якутске открылся Музей истории изучения вечной мерзлоты, который выполняет научно-просветительскую и образовательную функции, имеет естественно-научный, научно-технический и историко-культурный профили.

В 2012 г. прошла Х Международная конференция по мерзлотоведению. Впервые за полувековую историю существования Ассоциации по вопросам изменения климата такая конференция проводилась в России. Участие в мероприятии приняли свыше 600 делегатов из 22 стран. По итогам Конференции было принято две резолюции. В первой дается высокая оценка роли Ямала в развитии международного сотрудничества по мерзлотоведению и выражается поддержка Губернатору ЯНАО Дмитрию Кобылкину в его инициативе по созданию в автономном округе Международного Научного Центра по изучению Арктики и рассмотрению территории региона как международного полигона для проведения арктических исследований. Во второй резолюции речь идет о необходимости междисциплинарного подхода в исследовании вечной мерзлоты и воздействия на нее инженерии. Как необходимое выделяется создание комплексных карт, которые отразят количество вечной мерзлоты в разных точках мира, а также условия, которые существуют в этих местах.

Последняя международная конференция по мерзлотоведению (а они проводятся каждые 4 года) прошла в конце июня 2016 г. в г. Потсдам (Германия). Следующая, XII международная конференция пройдёт в 2020 году в Китае. До того исследователи многолетнемёрзлых пород смогут встретиться на Азиатской конференции по мерзлотоведению в Саппоро, Япония (июнь 2017 года) и на Европейской конференции по мерзлотоведению на Монблане, Франция (лето 2018 года).

Глава 2. Распространение и морфология толщ мерзлотных пород

Вечная мерзлота - реликт ледниковых эпох. Причем в эпоху максимального распространения покровных материковых льдов в среднем плейстоцене площадь вечной мерзлоты хотя и увеличивалась по сравнению с современным состоянием, но не достигала размеров, свойственных последнему термическому минимуму плейстоцена.

Она сохранилась здесь благодаря резко континентальному климату с очень суровой, продолжительной и малоснежной зимой. Надежным доказательством реликтового происхождения многолетней мерзлоты служит хорошая сохранность в нетленном состоянии мамонтов и шерстистых носорогов, живших в перигляциальной зоне в плейстоцене. Но в районах с крайне суровыми зимами мерзлота возникает и сейчас: в поймах и дельтах рек Северо-восточной Сибири (Лены, Яны, Индигирки, Колымы и др.).

2.1.Распространение мерзлых пород по площади.

По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на 3 зоны: 1) сплошная, 2) мерзлота с островами талых грунтов, 3) островная - острова мерзлоты среди талых пород (Сумгин, 1937), что показано на рисунке 1.

Рис. 1.

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 вечной мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлых толщ - от 500 и более метров до 300 метров и самыми низкими их температурами - от -2 градусов до -10 градусов и ниже.

Сплошная вечная мерзлота в России развита в северной части Большеземельской тундры, на Полярном Урале, в тундре Западной Сибири, северной части Среднесибирского плоскогорья (к северу от долины реки Нижней Тунгуски), на всем Таймырском полуострове, на островах архипелага Северной Земли, на Новосибирских островах, на Яно-Индигирской и Колымской приморской равнине и дельте реки 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 межхребтовых нагорьях, на Анадырской равнине.

В зоне, где среди вечной мерзлоты встречаются острова талых пород, мощности вечномерзлых толщ иногда достигают 250-300 м, но чаще от 100-150 до 10-20 м, температуры - от -2 до 0 градусов. Этот тип вечной мерзлоты имеется в Большеземельской и Малоземельской тундре, на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуска, в южной части Лено-Алданского плато, в Забайкалье.

Островная вечная мерзлота характеризуется малыми мощностями вечномерзлых толщ - от нескольких десятков метров до нескольких метров - и температурами, близкими к 0 градусам.

Островная мерзлота встречается на Кольском полуострове, в Канинско-Печорском районе, в таежной зоне Западной Сибири, в южной части Среднесибирского плоскогорья, на Дальнем Востоке, в северной части острова Сахалин, вдоль побережья Охотского моря и на Камчатке.

В горной зоне вечномерзлые породы встречаются главным образом по периферии районов оледенения и имеют чаще всего островное распространение. Имеются данные о присутствии вечной мерзлоты в породах, слагающих дно полярных шельфовых морей Лаптевых и Восточно-Сибирского.

В пределах геокриозоны поверхностный деятельный слой, оттаивающий летом и замерзающий зимой, увеличивается от первых десятков сантиметров на севере до 5-7 м на юге, но существенно варьируется из-за климата, состава пород, экспозиции склонов и пр. Граница геокриозоны в целом и подзон подвержены колебаниям вследствие глобальных потеплений и похолоданий климата в послеледниковое время. В горных районах с увеличением высоты гор мощность многолетнемерзлых пород возрастает.

В мерзлых породах наблюдаются различные формы льда: повсюду - как цемент в виде замерзшей воды в порах и капиллярах, довольно широко - в виде клиньев в морозобойных трещинах, ледяных жил и прослоек, локально - в виде линз и глыб мощностью до 20 - 30 м. Обычно это бывшие озерные и речные, реже морские и ледниковые глыбы.

2.2.Южная и высотная границы распространения мерзлых толщ.

Сложный характер залегания и распространения мерзлых толщ и их большая динамичность привели к различиям в определении их южной границы в зависимости от того или иного подхода к этому вопросу.

В 80-90-е гг. существовали следующие частные определения южной границы распространения многолетнемерзлых пород.

1. Географическая южная граница распространения многолетнемерзлых пород представляет собой линию, оконтуривающую с юга область распространения мерзлых толщ, за исключением отдельных высокогорных участков мерзлых пород в субтропических и тропических зонах.

2. Геофизическая южная граница распространения мерзлых пород представляет собой среднее многолетнее положение нулевой геоизотермы у подошвы слоя сезонных колебаний температур.

3. Физическая граница мерзлых и талых пород представляет собой границу контакта между мерзлой и талой зонами независимого от географического положения.

Сегодня границы распространения мерзлоты в России проводят так: южная граница проходит с северо-запада на юго-восток от Кольского п-ова к устью р. Мезень и далее почти по Северному полярному кругу до Урала. В Западной Сибири граница имеет субширотное простирание: вдоль широтного отрезка р. Обь, к истокам р. Таз и далее до р. Енисей к устью р. Подкаменная Тунгуска, где она резко поворачивает на юг. К востоку от Енисея мерзлота распространена почти повсюду, исключая юг п-ова Камчатка, о. Сахалин и Приморье (рис.1).

При рассмотрении отдельных зон многолетнемерзлых пород в горных областях вместо термина “южная граница” пользуются термином “высотная граница многолетнемерзлых пород”.

Высотную границу можно определить и по крайнему положению мерзлых толщ, и по среднему положению нулевой геоизотермы.

Влияние многолетней мерзлоты на природу

3.1. Мерзлотные формы рельефа

Рельефообразующие процессы геокриозоны весьма разнообразны: морозобойное растрескивание, пучение грунтов и образование наледей, термокарст, скально-морозное выветривание, морозная сортировка грунтов, солифлюкция, термоэрозия, термоабразия и др. Особенностью большинства мерзлотных форм рельефа является их сложный генезис, так как криогенные процессы взаимодействуют как между собой, так и с другими экзогенными процессами. На образование рельефа существенное влияние оказывает тенденция развития климата: при похолодании - восходящее развитие вечной мерзлоты, возникновение новых форм, которые накладываются на реликтовые, при потеплении - нисходящее развитие, разрушение прежних форм. Важны геологическое строение территории, вещественный состав пород, направленность экзогенного развития - соотношение денудационных и аккумулятивных процессов и другие факторы. Среди мерзлотных форм рельефа преобладают микроформы и мезоформы, как на равнинах, так и в горах.

Трещинно-полигональные формы рельефа развиты на равнинах, сложенных однородными мелкоземистыми породами. Это сеть полигонов в форме многоугольников, ограниченных трещинами, возникающими в результате морозобойного растрескивания при маломощном снеге или на обнаженной поверхности. Размеры блоков в поперечнике могут достигать от нескольких десятков до сотен метров, поверхность их сначала плоская. Первоначальная ширина трещин 3 - 5 см, глубина 0,5 - 0,7 м, т. е. в пределах деятельного слоя. Трещины заполняются водой, и при ее замерзании возникают жилы в виде ледяных клиньев. Из года в год они растут в ширину и глубину, рассекают деятельный слой, внедряются в вечномерзлую толщу, вызывая вспучивание и выжимание грунта, благодаря чему по краям полигонов образуются валики до 1 м высотой, а поверхность грунта становится вогнутой и заболоченной. Такой полигонально-блочный рельеф свойствен тундре («полигональная тундра»). Полигонально-ячеистое строение подчеркивается растительностью: на повышениях-валиках растут лишайники, в центре блоков и в межблочьях на месте трещин - мхи и пушица, накапливается торф.

На блоках развиты микроформы - пятна-медальоны диаметром до 0,5 м. Они образуются осенью, когда плывун, зажатый между замерзающим деятельным слоем и вечномерзлым грунтом, под давлением прорывает поверхностный грунт и в виде «грязевого вулканчика» изливается на поверхность. Такие тундры с голыми глинистыми пятнами, лишенными на первых порах растительности, часто называют «пятнистыми тундрами».

«Структурный микрорельеф» - каменные кольца и многоугольники - микроформы рельефа на горизонтальных поверхностях, сложенных мелкоземом с включением грубообломочного материала. Это пятна или полигончики диаметром 1-2 м из мелкозема со щебнистым обрамлением. Они возникают при избыточном увлажнении деятельного слоя, лежащего на мерзлом грунте, в результате процессов ячеистого растрескивания, вспучивания грунта при промерзании, вымораживания щебня к поверхности и сортировки его на поверхности от повышенного центра ячей в сторону трещин. На наклонных равнинах при крутизне 5 - 6° каменные многоугольники из изометричных становятся продолговатыми, вытягиваясь вдоль линии падения, и постепенно превращаются в каменные полосы, которые чередуются с полосами мелкозернистого грунта, сползающего под влиянием солифлюкции.

Следует отметить, что вымораживание каменных обломков из рыхлого грунта происходит не только в зоне распространения многолетней мерзлоты, но и в любом другом месте при периодическом промерзании и оттаивании грунта. В частности, типичным является вымерзание валунов из морен московского и особенно валдайского оледенений, продолжающееся до сих пор с неослабевающей интенсивностью.

Наледи образуются на днищах речных долин (в руслах и на поймах, иногда - на первых надпойменных террасах) и в местах подтока и выхода незамерзших грунтовых вод в условиях суровых малоснежных зим. Это плосковыпуклые ледяные тела, образующиеся при излиянии воды и быстром замерзании ее на поверхности в условиях сильных морозов (-30... -50 °С). В зависимости от места возникновения и характера питающих их вод различаются речные, озерные и ключевые наледи. По продолжительности существования бывают сезонные, летующие и многолетние наледи -тарыны (по-якутски). Речные наледи образуются при сокращении живого сечения реки вследствие ее замерзания и промерзания; при всём этом образуются полыньи, вода из которых неоднократно изливается на поверхность и замерзает слой за слоем. Речные наледи служат ледяным барьером для весенних вод и способствуют изменению положения русла реки. Известны случаи, когда наледи брали «в плен» деревни. Речные наледи могут протягиваться на десятки километров. Озерные наледи тоже большие по площади.

Ключевые наледи возникают в местах выхода обильных напорных межмерзлотных или подмерзлотных вод, особенно вдоль тектонических разломов. Они присущи горным областям с трещиноватыми породами, чаще встречаются на склонах южной экспозиции, где меньше слой вечной мерзлоты и ближе к поверхности подходят подмерзлотные воды. Местоположение их постоянное. Самая большая ключевая наледь Улахан-Тарын в долине реки Момы, правого притока Индигирки, протягивается на 26 км при ширине 6-8 км и максимальной толщине льда 4 м. Такие жестко фиксированные наледи оказывают сильное воздействие на природу окрестностей: здесь особый микроклимат с невысокой летней температурой, угнетена растительность, от наледи летом растекаются ручейки. Вред наледей огромен: они разрушают дороги, коммуникации, мосты и другие сооружения.

Бугры пучения образуются на сильно влажных грунтах, особенно при подтоке грунтовых вод со стороны, в местах подземных наледей, когда напор подземных вод оказывается недостаточным для прорыва поверхностного слоя грунта. Вода замерзает в виде линзы и вспучивает грунт (рис.2).

Соответственно различают минеральные и торфяные бугры пучения. По длительности существования они делятся на многолетние и сезонные. Многолетние бугры пучения с ледяным ядром являются гидролакколитами и называются булгунняхами (по-якутски) или пинго (по-эскимосски). Это холмы до 30-40 м высотой, 150 - 200 м в диаметре, с крутизной склонов 20-40°. Для образования таких мезоформ необходим постоянный подток подземных вод, поэтому они располагаются над таликами, часто на днищах бывших озерных котловин. При увеличении подземной линзы льда поверхность бугра на вершине часто разбивается радиально-концентрическими трещинами, лед ядра обнажается, летом подтаивает и «макушка» бугра проседает, в результате чего образуется кратерообразная воронка, иногда с водой.

Наряду с булгунняхами есть минеральные бугры пучения, состоящие из грунта с прослойками льда. Они образуются при медленной миграции воды снизу, пропитывающей грунт, замерзающей и увеличивающей объем породы. Размеры их меньше, но распространены они шире, чем булгунняхи.

Торфяные бугры образуются на болотистых равнинах. Ядро их обычно минеральное с прослойками льда, а сверху лежит слой торфа. Высота их достигает 10 м, поперечник - 20-40 м. Бугры пучения разрушают дороги, стройплощадки, аэродромы, так как с них убирается снег, а значит, увеличивается глубина промерзания и усиливается морозное пучение пород.

Термокарстовые формы рельефа - западины, воронки, котловины - образуются при вытаивании ледяных линз и клиньев в местах распространения льдистых рыхлых пород. Благодаря неравномерному вытаиванию содержащегося в породе льда на поверхности возникают просадки и провалы, внешне напоминающие карстовые формы. Среди них есть реликтовые и современные формы. Термокарстовые процессы проявляются в зоне деградации вечной мерзлоты, а также вызываются местными причинами, связанными с хозяйственной деятельностью человека: вырубкой лесов, распашкой земель. Большое значение имеют лесные пожары, в результате которых прогревается грунт, поверхность земли на пожарищах становится черной, летом сильнее нагревается и грунт глубже протаивает. Такой же эффект производят и мелкие озера, которые образуются на месте термокарстовых понижений. В них летом хорошо прогревается вода, а это стимулирует более глубокое прогрессивное протаивание грунта. Увеличение площади озер связано с термоабразией, т.е. оттаиванием и обрушением льдистых пород на побережьях озер из-за отепляющего влияния вод.

Высыхание озер приводит к образованию на их месте аласов - термокарстовых котловин с крутыми склонами и плоским дном. Площадь аласов - от сотен квадратных метров до нескольких квадратных километров, глубина - 15-30 м. В них располагаются ценные луга, издавна используемые местными жителями для выпаса скота. Термокарстовые озера специально осушают и создают луговые оазисы для получения сочных кормов и заготовки сена. Особенно много термокарстовых котловин с озерами на Центрально-Якутской равнине, на приморских Яно-Индигирской и Колымской низменностях, на севере Западной Сибири.

Термоэрозионные формы рельефа - ложбины, промоины, рытвины и даже овражки образуются на склонах речных долин и аласов в местах временных водотоков. Вода воздействует на льдистый грунт прежде всего термически, довольно легко врезаясь в него, и потом механически, унося оттаявшую и оплывающую породу. Если термокарстовые просадки и термоэрозионные промоины-рытвины образуются на месте морозобойных трещин по межблочьям, то блоки-полигоны превращаются в бугры клумбовидной формы диаметром до 10 м и высотой более 2-3 м - байджарахи (по-якутски). Они нередко располагаются в шахматном порядке, образуя целые колонии бугров.

Криогенно-денудационные формы развиты в горах, на нагорьях, плоскогорьях и плато, сложенных твердыми породами и являющихся областями разрушения и сноса. Там интенсивно протекает скально-морозное выветривание. В результате на выровненных участках образуются плащеобразные скопления глыбово-щебнистого материала - так называемые каменные моря. Они служат источником материала для плоскостных и линейных курумов - каменных рек. Останцы выветривания причудливых очертаний на месте устойчивых пород называются кигил-ляхами.

На склонах гор в высотной гольцовой зоне - выше границы лесов и лугов - широко распространены денудационные нагорные террасы - пологонаклонные (3-5°) площадки шириной в сотни метров, перекрытые с поверхности маломощным чехлом обломочного материала. С внешней стороны они ограничены уступами крутизной 25- 30°, сложенными твердыми породами. Число их может быть различным. Они образуются вследствие более интенсивного морозного выветривания в понижениях на склонах, где зимой за счет метелевого переноса образуется «снежный забой». Весной грунты здесь сильно увлажняются и поэтому в большей степени подвергаются морозному выветриванию. В результате понижения расширяются и сливаются между собой, образуя нагорные террасы. В удалении продуктов выветривания с площадок участвует солифлюкция.

Криосолифлюкционный рельеф в виде натечных языков весьма широко распространен на склонах в зоне многолетней мерзлоты. В распространении существующего мерзлотного рельефа на равнинах наблюдается определенная зональность. В северной мерзлотно-климатической подзоне на приморских низменностях преобладают полигональный рельеф, бугры поучения, местами термокарст. В средней подзоне шире развиты процессы солифлюкции, термокарст. В южной подзоне криогенная морфоскульптура ограничена и представлена в основном разными формами термокарста и термоэрозии, часто реликтовыми.

Наряду с зональностью существуют и провинциальные различия, обусловленные степенью континентальности климата. Например, в европейской тундре типичен термокарст, мало бугров пучения и трещинно-полигональных форм, наледи небольшие и образуются редко.

В резко континентальном климате на северо-востоке Сибири с суровыми продолжительными зимами многочисленны наледи, бугры пучения, блочно-полигональный рельеф. Нарушают зонально-провинциальные закономерности горы, нагорья, плоскогорья, на которых господствуют криогенно-денудационные и солифлюкционные формы рельефа.

3.2.Подземные воды в зоне многолетней мерзлоты

Подземные, воды многолетней мерзлоты, по Н. И. Толстихину (русский геолог и гидрогеолог), подразделяются на три категории: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Надмерзлотные воды, залегающие над зоной мерзлых пород, в свою очередь подразделяются на воды деятельного слоя и воды многолетних надмерзлотных таликов. Надмерзлотные воды деятельного слоя залегают на толще многолетней мерзлоты, которая является для них водоупорным ложем. Характерная особенность этих вод — сезонная смена жидкой и твердой фаз. На севере длительность существования жидкой фазы определяется двумя-тремя месяцами летне-осеннего периода; по направлению к югу существование жидкой фазы увеличивается до шести месяцев и более. Питание вод деятельного слоя происходит за счет атмосферных осадков и частично за счет поверхностных водотоков. В химическом отношении надмерзлотные воды сезонного слоя характеризуются малой минерализацией, значительным содержанием органических веществ и наличием гумусовых кислот. Температура их низкая и редко превышает 5° С.

Надмерзлотные воды многолетних таликов существуют благодаря тепловому влиянию поверхностных вод. Залегают подобные талики под озерами и руслами рек. По долинам рек Сибири, несущим тепло, имеются сквозные талики, через которые осуществляется связь, надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных вод. Отличаются эти воды постоянством качества и количества. Минерализация их невысокая, жесткость 0,8—1,2 мг.экв; они широко распространены в бассейнах рек Лены и Колымы. Дебит скважин и галерей нередко достигает 47 л/сек. Используются данные воды на питьевое и хозяйственно-техническое водоснабжение.

К межмерзлотным водам, по Н. И. Толстихину, относят как жидкие воды, циркулирующие в массиве вечномерзлых пород, так и твердую фазу - ископаемые льды и временно законсервированные многолетней мерзлотой мерзлые водоносные горизонты, некогда функционировавшие. Основным фактором, предохраняющим жидкие межмерзлотные воды от замерзания, являются их динамичность, а иногда также высокая минерализация. По характеру вмещающих горных пород выделяются пластовые, карстовые и трещинно-жильные межмерзлотные воды.

Подмерзлотными водами называются все подземные воды, залегающие ниже слоя многолетней мерзлоты. Эти воды обладают напором, нередко в несколько сотен метров. По характеру залегания и условиям циркуляции подмерзлотные воды аналогичны подземным водам внемерзлотных районов. Условия же питания и стока подмерзлотных вод иные. По гидрогеологическим условиям среди подмерзлотных вод Н. И. Толстихин выделяет следующие типы: аллювиальные, порово-пластовые, трещинно-пластовые, трещинные или жильные, и трещинно-карстовые.

Аллювиальные под мерзлотные, воды питаются за счет просачивания атмосферных вод по таликам в аллювии, подтока подземных вод из коренных пород и за счет конденсации. Подмерзлотные воды аллювиальных отложений имеют температуру, близкую к нулю. Лишь в тех случаях, когда в питании аллювиальных вод принимают участие воды коренных пород с более высокой температурой, подмерзлотные воды аллювия имеют аномально высокую температуру. Химический состав подмерзлотных вод аллювия характеризуется меньшим содержанием органических веществ.

Порово-пластовые подмерзлотные воды залегают в осадочных породах и обладают напором. Во многих местах выявлены артезианские бассейны подмерзлотных вод. Трещинно-пластовые подмерзлотные воды характерны для пород древнего возраста (палеозой — юра). Циркулируют они по трещинам в пластах песчаников, известняков, конгломератов и других пород, перекрываемых водоупорами. В частности, на многих месторождениях каменного угля, распространенных в зоне многолетней мерзлоты (Букачачинском, Буреинском бассейнах и др.), подмерзлотные воды этого типа приурочены к трещиноватым песчаникам, конгломератам, изредка к алевролитам и пластам угля. Породы глинистого состава являются водоупорными и разделяют подземные воды на ряд водоносных горизонтов. Воды обладают напором от десятков до сотен метров.

Трещинные и трещинно-карстовые подмерзлотные воды связаны с тектоническими нарушениями. Эти воды отмечены во многих местах Забайкалья, в бассейнах Алдана, на Лене и в других местах. Режим данных вод еще более непостоянный. Известняки на площади распространения многолетней мерзлоты являются наиболее водообильными породами, с ними связаны выходы крупных источников, где образуются мощные наледи.

Источники в зоне многолетней мерзлоты. Для районов распространения многолетней мерзлоты характерны специфические условия выходов подземных вод на поверхность. Источники разделяются на нисходящие и восходящие. Нисходящие источники образуются за счет надмерзлотных вод, расположенных выше местного базиса эрозии. По режиму источники надмерзлотных вод разделяются на сезонные и функционирующие в течение всего года. Дебит тех и других источников непостоянен.

Восходящие источники образуются за счет выходов подмерзлотных вод. Геологические условия выходов подмерзлотных вод весьма разнообразны. Режим источников осложняется мерзлотными факторами — оттаиванием и замерзанием путей движения воды, что обусловливает разделение восходящих источников на следующие виды: периодически исчезающие, мигрирующие, сменные сезонные, непостоянные по дебиту и постоянные. Режим восходящих источников, зависящий от замерзания и оттаивания путей движения воды, не отражает истинного состояния водоносного горизонта, питающего эти источники. Высокодебитные восходящие источники образуются в местах выходов на поверхность трещинно-карстовых подмерзлотных вод.

3.2.Особенности формирования почв в условиях развития многолетней мерзлоты

Особенности формирования почв в области распространения многолетнемерзлых пород изучалось главным образом почвоведами (Сумгин, 1931; Цыплецкий, 1944; Золотников, 1954; Надеждин, 1961; Еловская и др., 1966).

Специфическое условие почвообразовательных процессов в области распространения мерзлоты представляет собой многолетнемерзлые толщи, являющиеся водоупором, ограничивающим глубину горизонта впитывания влаги. Поэтому почвообразующий процесс идет только в слое летнего протаивания.

Второй особенностью являются сравнительно низкие температуры почвы в вегетационный период, накладывающий отпечаток на процессы почвообразования и ослабляющие интенсивность биохимических реакций и жизнедеятельность микроорганизмов.

Обычно в слое летнего протаивания заканчивается слой впитывания (горизонт В), и многолетнемерзлая толща представляет собой горизонт С - материнскую породу, из которой образовалась почва.

Поэтому зимой по почвенному разрезу можно определить слой сезонного промерзания. Горизонт В обычно отличается более повышенным содержанием железа, придающего ему желтовато-коричневый или бурый цвет.

Это относится главным образом к подзолистым почвам, особенно распространенным в южной и средней частях области многолетней мерзлоты.

Этот признак можно использовать для установления максимальной многолетней мощности слоя летнего протаивания, если наблюдения ведутся при неполном протаивании в более холодные годы. Таким образом, почвенный разрез может дать представление о динамике слоя летнего протаивания даже в далеком прошлом.

Подзолистые почвы развиваются преимущественно при отсутствии подстилающего водоупора. При наличии последнего в виде толщи многолетнемерзлых пород часто происходи заболачивание территорий и образуются болотно-глеевые толщи, это видно на примере почв Западной Сибири.

В южных районах области распространения мерзлоты подзолистые почвы не отличаются по своему составу от почв вне области многолетней мерзлоты вследствие сходства в этих зонах температурного режима в вегетативный период.

Е. И. Цыпленкин, исследуя почвы тундры, отмечает относительно большое содержание углекислого газа и щелочную реакцию почв севера. Поэтому обычные приемы агромелиорации почв - внесение извести - для северных районов не рекомендуются. Большое содержание CO₂ в северных почвах по сравнению с южными объясняется также их низкой температурой вследствие увеличения растворимости углекислоты с понижением температуры.