Природа

   

Многолетняя мерзлота

Моря

Геологическое строение

Минерально-сырьевые ресурсы

Рельеф

Климат

Многолетняя мерзлота

Внутренние воды

Почвы

Растительность

Животный мир

Природные регионы

Состояние окружающей среды и охрана природы

История исследования территории

 

Многолетняя мерзлота занимает площадь ок. 10 млн км2, или более 60% территории России. Южная граница распространения мерзлоты 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 (см. рисунок на с. 101 и картосхему на с. 102).

Многолетней мерзлотой (или многолетнемёрзлыми горными породами) называют горные породы, промёрзшие на значительную глубину и не оттаивающие в течение длительного времени – от нескольких десятков лет до многих тысячелетий. Мерзлота формируется на суше (в горах и на равнинах), на шельфе арктических морей (Баренцево, Карское и др.) и под ледниками. Возможность промерзания горных пород под ледниками определяется температурой воздуха и мощностью ледника (в толще льда температура повышается с глубиной на 2–2,5°С на каждые 100 м).

Верхний слой земной коры, являющийся ареалом распространения многолетней мерзлоты, называют криолитозоной. Нижней границей криолитозоны служит изотерма 0°С. Температура верхних горизонтов мерзлоты в начале и конце тёплого сезона года переходит через 0°С. В ходе циклических процессов промерзания и оттаивания в её кровле формируется сезонно-талый слой. Если горные породы протаивают глубже этого слоя и не промерзают в зимнее время, то кровля многолетней мерзлоты понижается и возникают талики различного размера и глубины.

Главные характеристики мерзлоты – распространение, мощность, льдистость и температура, криогенные образования (формы рельефа). Их распределение в пространстве подчиняется основным географическим закономерностям: широтной зональности, высотной поясности и секторности. По характеру распространения многолетней мерзлоты выделяются две широтные мерзлотные зоны:

I – северная (сплошного распространения) и II – южная (несплошного распространения мёрзлых толщ). Южная зона подразделяется на три подзоны в зависимости от площади, занимаемой много летней мерзлотой: II а – прерывистого, II б – массивно-островного, II в – ост ровного и редкоостровного распространения многолетнемёрзлых пород. Южнее расположена зона (область) реликтовых мёрзлых пород.

Реликтовая и современная мерзлота в Западной Сибири (мерзлотно-геологический разрез по линии Ноябрьск-Сургут-р.Салым)

Реликтовая и современная мерзлота в Западной Сибири (мерзлотно-геологический разрез по линии Ноябрьск-Сургут-р.Салым)

На территории России представлены два мерзлотных сектора: Европейско-Западно-Сибирский (Атлантический), климат и природа которого развиваются под преобладающим влиянием атлантических (и арктических) воздушных масс, и Азиатский, находящийся в зоне действия Сибирского антициклона и характеризующийся резко континентальным климатом. Секторные различия наиболее чётко проявляются в мощности мёрзлых толщ и широтном положении зон и подзон (см. табл. 1 на с. 103). Многолетняя мерзлота, вероятнее всего, возникла на Земле вслед за общим похолоданием климата в конце плиоцена – начале плейстоцена, после чего многократно отступала и наступала вновь. На современное состояние многолетне-мёрзлых пород в основном повлияла их эволюция во второй половине плейстоцена и в голоцене: менялись климатические условия, эпохи покровных оледенений чередовались с межледниковьями, уровень моря то повышался до отметок +100 м и более, то опускался значительно ниже современного, шельф арктических морей становился сушей (см. табл. 2 на с. 104–105). Мерзлота хранит в себе многие следы (реликты) древних эпох.

В Европейско-Западно-Сибирском секторе распространены реликтовые мёрзлые толщи, сохранившиеся в периоды максимального оттаивания. На севере они залегают под современными мёрзлыми породами слитно, а в южной части – разобщённо (двухслойная мерзлота). К югу от мёрзлой зоны они сохранились на глубине 50–100 м и перекрыты талыми отложениями.

Карта Распространение многолетнемёрзлых пород

Таблица 1

Распространение, температура и мощность многолетнемёрзлых пород России

Зоны (области)

Подзоны

Площади, занимаемые мерзлотой, %

Температура, °С

Южная граница подзон, ° с.ш.

Максимальная мощность, м

Европейско-ЗападноСибирский сектор

Азиатский сектор

Европейско-Западно-Сибирский сектор

Азиатский сектор

I Северная

более 95

от –1 до –10

66,5–68

64–65 (50–60*)

300–450

500

(200)– 1500***

II Южная

IIа

75–95

от –0,5 до –3

65–67,5 (53–58*)

60–64

100–450

100–700

IIб

25–75

от 1 до –

63,5–66

58–62 (50**)

50–300

(1000***)

0–100

IIв

менее 25

1 от 2 до –0,5

61

52–60

0–200

0–50

*Приморье и Хабаровский край; **Забайкалье; ***Левобережье Вилюя, бассейн р. Марха

На шельфе арктических морей России встречаются острова мёрзлых пород мощностью до 50–100 м. Наиболее крупные из них – это реликтовая мерзлота, ещё не протаявшая после последнего (сартанского) промерзания.

Для северных приморских низменностей характерны засолённые мёрзлые породы, содержащие в своём составе более 0,05% растворимых солей. Это преимущественно глинистые морские отложения, не протаивавшие в эпоху климатического оптимума и сохранившие первичную засолённость. Они наиболее типичны для Большеземельской тундры и полуостровов Ямал и Гыдан в Западной Сибири. В Средней и Восточной Сибири ареал засолённых мёрзлых пород образует лишь узкую полосу вдоль Арктического побережья, проникая вглубь материка по долинам рек Лена и Колыма. В бассейне Лены выделяется самая большая в мире область континентального засоления многолетней мерзлоты, связанная с резким преобладанием испарения над атмосферными осадками. Локально континентальное засоление встречается и в межгорных впадинах Байкальского региона.

Строение многолетнемёрзлых пород зависит в основном от распределения в них ледяных включений. В кристаллических и метаморфических горных породах лёд встречается в виде жилок, заполняющих трещины, в песках – в виде линз или мелких кристаллов, в глинах, суглинках, супесях и торфе – в виде прослоев (шлиров) или сетки. Встречаются также крупные залежи подземных льдов, генетически подразделяющиеся на жильные (клинья), пластовые, погребённые и пещерные.

Особое место занимают гигантские ледяные жилы, формирование которых началось в сартанскую ледниковую эпоху и продолжалось сотни и тысячи лет. В результате ледяные клинья выросли до 20–50 м в высоту и 3–5 м в ширину и слились в почти сплошной массив льда. Такие льдистые толщи широко распространены в пределах Северо-Сибирской, Яно-Индигирской и Центрально-якутской равнин и на побережьях северных морей. Их общие объёмы на территории России составляют около 1 тыс. км3.

На севере Западной Сибири и Восточно-Европейской равнины своеобразным природным феноменом являются пластовые залежи подземных льдов в морских плейстоценовых отложениях (мощность 30–50 м, размеры в плане до 1–2 км). В Восточной Сибири они встречаются значительно реже.

Таблица 2

Этапы эволюции многолетней мерзлоты

Геологиче-ский период

Возраст, индекс

Секторы

Климатическая эпоха

Уровень моря (относительно современного)

Температура воздуха (отн. современной)

Средний плейстоцен

150000 (II2–4)

Евр.-Зап.-Сибирский

Максимальное

оледенение

(рисская)

Выше на 100–150 м

Ниже на 5–6°С

Азиатский

Максимальное оледенение

Незначительно выше

Ниже на 5–6°С

Поздний плейстоцен

125000–135000 (III1)

Евр.-Зап.-Сибирский

Межледниковье (микулинское, казанцевское)

Незначительно выше

Выше на 2°С

Азиатский

Межледниковье (казанцевское)

Близок к современному

Выше на 3°С

65000 – 80000 (III2)

Евр.-Зап.-Сибирский

Оледенение

(ранневалдайское,

зырянское)

Ниже на 20–80 м

Ниже на 5–6°С

Азиатский

Оледенение (зырянское)

Близок к современному

Ниже на 7–8°С

30000 – 65000 (III3)

Евр.-Зап,-Сибирск. и Азиатский

Межледниковье

(средневалдайское,

каргинское)

Выше на 5–6 м

Ниже на 1°С

18000 – 20000 (III4)

Евр.-Зап.-Сибирский

Оледенение

(поздневалдайское,

сартанское)

Ниже на 100 м

Ниже на 10°С

Азиатский

Оледенение (сартанское)

Ниже на 7–8°С

Голоцен

5000 – 8000 (IV)

Евр.-Зап.-Сибирский

Климатический оптимум

Незначительно выше

Выше на 2°С

Азиатский

Характеристики мерзлоты

Температура, °С

Мощность, м

На суше

Под ледниками

На шельфе

На суше

Под ледниками

На шельфе

от –14 до –16

от –1 до 14

от –0,5 до –10

300–600

500–700

20–300

от –11 до –19

(от –14 до –22

в горах)

300–700

(1000–2000

в горах

от –2 до –4

(от –2 до –6

в горах)

ММП* отсутствуют

от –0,5 до –7

50–300 (50–400 в горах)

ММП отсутствуют

10–200

от –2 до –8

(от–4 до –10

в горах)

50–400 (300–700 в горах)

от–1 до –10

до –10

от 0 до –1,5

до 300–500

до 700

до 500

от –3 до –13

до 500

Близки к современным

от –11 до –18

(от –13 до –21

в горах)

от –5 до –15

от –3 до –5

400–700

(800–1500

в горах)

300–700

100–300

от –9 до –20

(от–13 до –23

в горах)

350–1000

(800–2000

в горах)

от –11 до –18

(от –13 до –21

в горах)

ММП* отсутствуют

от 0 до -7

200–400

ММП отсутствуют

50–250

от 0 до -6

(от -2 до -6

в горах)

Верховое болото в многолетне-мёрзлых породах. Магаданская областьВерховое болото в многолетне-мёрзлых породах. Магаданская область

При таянии древних ледников или айсбергов активизировались процессы разрушения (термоденудации) горных пород, и крупные блоки льда могли быть погребёнными под мощным чехлом обвально-осыпных или оползневых отложений. Они были «законсервированы» мерзлотой и долгое время сохранялись в толще мёрзлых пород. Один из таких ледниковых останцов был вскрыт водами Енисея в районе Северного полярного круга и получил название Ледяная гора.

Для ареала распространения многолетнемёрзлых пород характерны специфические процессы и явления, называемые криогенными. Это криогенное выветривание и морозобойное растрескивание, морозное пучение, наледеобразование, термокарст, термоабразия, разнообразные склоновые процессы.

Особенности распространения, интенсивность развития и проявления экзогенных процессов определяются ландшафтными и геологическими факторами. С этими процессами связано образование определённых мерзлотных форм рельефа.

Морозобойное растрескивание происходит в результате резких колебаний температуры на поверхности земли, приводящих к разрыву мерзлых пород и образованию полигональной в плане системы трещин. Морозобойные трещины в тёплое время года заполняются водой, которая впоследствии замерзает и превращается в ледяные клинья. Возникает полигональная решётка повторно-жильных льдов. Размеры полигонов зависят от градиента температуры и физико-механических свойств пород и варьируют от 0,5 до 50 метров. Повторно-жильные льды встречаются на аккумулятивных равнинах в днищах речных долин и на междуречьях, образуясь преимущественно в песках или торфе при температуре пород ниже –3°С. Интенсивность процесса увеличивается с юга на север.

Зимняя протока. Якутск

Морозное пучение пород обусловлено увеличением объёма замерзающей влаги и накоплением льда при промерзании. Этот процесс очень широко распространён преимущественно в суглинках, глинах и торфе. В результате промерзания торфяников в заболоченных низинах возникают бугристые участки с относительной высотой в несколько метров. Подобные образования широко развиты на севере Западной Сибири. Когда среднегодовые температуры воздуха становятся ниже –6°C, промерзание верхних горизонтов горных пород часто приводит к образованию многолетних бугров пучения – гидролакколитов, содержащих ледяное ядро; они могут достигать высоты 30–60 метров при поперечнике 100–250 метров и встречаются чаще всего в Забайкалье, на Таймыре, на севере Западной Сибири и в Якутии, где называются булгунняхами. Развитие пучения в сезонно-талом слое приводит к сортировке грунтов с образованием каменных полигонов, пятен-медальонов и каменных россыпей полос-курумов (на склонах).

Ледяные тела, образующиеся в результате послойного замерзания воды на открытой поверхности, называют наледями. Они формируются в холодный период года в результате излияний подземных, речных или озёрных вод, прорывающих под значительным давлением ледяную или грунтовую кровлю. По времени существования выделяются однолетние и многолетние (не протаивающие полностью в летний сезон) наледи. Источником воды чаще всего бывают подземные (грунтовые и трещинные) воды, поэтому наледи тяготеют к активным тектоническим структурам и наиболее типичны для горных систем юга и востока Сибири. Наледи изменяются от очень мелких (площадь до одной тыс. м2, объём до одной тыс. м3) до гигантских (площадь более одного млн м2, объём льда более 22 млн м3). Крупные наледи встречаются в бассейнах Яны, Индигирки, на притоках Лены. В Якутии их называют тарынами. Самый большой тарын возникает на р. Мома, правом притоке Индигирки, эта наледь протягивается по долине огромным языком (3,5 км в ширину и 40 км в длину). Мощность её 3–8 м, а площадь более 100 квадратных километров.

Жилой дом на вечной мерзлоте. НорильскЖилой дом на вечной мерзлоте. Норильск

Термокарст представляет собой образование просадочных и провальных форм рельефа вследствие вытаивания подземных льдов. Причиной его возникновения является такое изменение теплообмена на поверхности почвы, при котором глубина сезонного протаивания превышает глубину залегания подземного льда и начинается многолетнее оттаивание льдистой мёрзлой толщи. Формы проявления термокарста разнообразны. Наиболее распространены заболоченные западины и термокарстовые озёра глубиной от 0,5 до 20 м. На повышениях и склонах привытаивании крупных ледяных жил формируется бугристо-западинный рельеф.

Наледь под жилым домом. ЯкутскНаледь под жилым домом. Якутск

Многоспоров вызывает вопрос о происхождении многочисленных, порой очень крупных озёрно-термокарстовых заболоченных котловин, называемых в Якутии аласами, а в Западной Сибири – хасыреями. Их считают термокарстовыми образованиями, связанными с уменьшением акватории или осушением термокарстовых озёр в результате дренирования их речной сетью. Термокарстовые формы рельефа широко распространены на северных приморских низменностях. С удалением на юг признаки современного развития процесса постепенно затухают. За пределами криолитозоны встречаются лишь реликтовые термокарстовые формы рельефа, свидетельствующие о гораздо более активном развитии процесса в прошлом.

Процесс разрушения берегов, сложенных мёрзлыми породами, под воздействием механической энергии волн и тепла воды называется термоабразией. Берега, сложенные льдистыми мёрзлыми породами или породами, содержащими крупные залежи подземных льдов, разрушаются намного быстрее талых берегов. Скорость их отступания нередко достигает нескольких метров в год. Наибольшая интенсивность термоабразии фиксируется на берегах морей и крупных озёр крайнего Северо-Востока России.

Своеобразную группу образуют склоновые мерзлотные процессы, участвующие в сносе, транзите и аккумуляции материала, т.н. солифлюкция – вязкое течение пылеватых суглинистых и супесчаных пород сезонно-талого слоя на склонах крутизной до 15°. Солифлюкция сопровождается образованием характерных форм микро- и мезорельефа: солифлюкционные потоки, полосы, террасы и др. Наряду с солифлюкцией широко развиты криогенные оползни, зеркалом скольжения которых служит кровля мёрзлых пород. Крупные блоки сезонно оттаивающих сильно переувлажнённых пород быстро смещаются на десятки и сотни метров по склонам разной крутизны (от 3–7° до 10–25°). Процесс сопровождается разрывами дернового покрова. Криогенные оползни и солифлюкция распространены преимущественно в Северной Субарктике.

Курумообразование представляет собой сложный процесс криогенного выветривания крупнообломочного материала и его транспортировки вниз по склону. Суточные и сезонные колебания температуры приводят к циклическому расширению и сокращению обломков пород и пульсационному смещению их вниз по склону. Скорость транспортировки материала составляет обычно несколько сантиметров в год. На увлажнённых склонах материал движется в 3–4 раза быстрее, чем на сухих. Размеры курумов различны, площадь их может исчисляться многими квадратными километрами. Наиболее широко они распространены вблизи южной границы мерзлоты, в горных районах Байкальского региона и Дальнего Востока с континентальным достаточно влажным климатом и изменчивой погодой.

Изучение многолетней мерзлоты имеет большое практическое значение в различных отраслях народного хозяйства страны. Инженерная деятельность человека приводит прежде всего к разрушению почвенно-растительного покрова, что в полярных районах влечёт за собой резкое увеличение глубины сезонного протаивания (иногда в 2–4 раза), активизацию термокарста, термоэрозии и других криогенных процессов. При освоении месторождений, строительстве, прокладке железных и шоссейных дорог и т. п. необходимо учитывать возможность пучения и просадок грунтов, сползания оттаивающих грунтов на склонах (солифлюкция, оползни), образования наледей на дорогах, у мостов и другое. Засолённые мёрзлые породы существенно снижают несущую способность грунтов. При вытаивании крупных залежей подземных льдов происходит катастрофическая активизация склоновых процессов, что также осложняет строительство. При освоении северных районов необходимо учитывать, что природа их очень ранима, и техногенная активизация криогенных процессов надолго затруднит, либо сделает невозможным восстановление естественных природных геосистем.