Многолетняя мерзлота
(по материалам Атласа снежно-ледовых ресурсов мира, 1997)
Многолетняя мерзлота составляет основную массу криолитозоны и занимает 65% территории России. Южная граница области развития многолетнемёрзлых пород в Европейской части России протягивается от Кольского полуострова к устью реки Мезень и далее на восток почти по Северному полярному кругу до Урала, где спускается до 60º с. ш. в Западной Сибири и субширотно идёт до реки Енисей; вблизи устья реки Подкаменная Тунгуска она резко поворачивает на юг и проходит по правобережью реки Енисей. К востоку от Енисея многолетняя мерзлота имеет распространение на преобладающей части Азиатской территории России, кроме юга полуострова Камчатка, острова Сахалин, Приморья и некоторых др. районов. С севера на юг распространение многолетнемёрзлых пород изменяется от сплошного (св. 95% общей площади территории, мощность до 1500 м и более) до редкоостровного (10% площади, мощность 10–20 м) у южной границы распространения.
Рис. 1. Подземные льды. Атлас снежно-ледовых ресурсов. 1997
Рис. 2. Многолетняя мерзлота. Национальный Атлас России (первоисточник)
Сезонное промерзание пород охватывает бóльшую часть территории России, кроме зоны субтропиков, где оно проявляется не ежегодно и его глубина не превышает нескольких сантиметров. Глубина сезонного промерзания уменьшается зонально при повышении температуры пород и увеличивается с возрастанием континентальности климата с запада на восток. Наибольших значений (до 4–8 м) сезонное промерзание достигает в районах с резко континентальным холодным климатом, малоснежными суровыми зимами (Центральное и Южное Забайкалье), в крупнообломочных грунтах, обладающих низкой влажностью. Мощность слоя сезонного промерзания обусловливает глубину заложения коммуникаций, фундаментов зданий.
В зоне сплошной мерзлоты располагаются горные районы Полярного Урала, полуострова Таймыр, архипелага Северная Земля, Новосибирских островов, Верхоянский хребет и хребет Черского , Колымское нагорья, Анадырского плоскогорьяе, Юкагирское плоскогорье. Мощность толщ многолетнемёрзлых пород изменяется от 300 до 500 м и более, в горах – до 1500 м; температуры – от –3 до –9°С и ниже.
Мерзлота с островами талых грунтов (прерывистая, спорадическая) преобладает на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя Тунгуска и Подкаменная Тунгуска, в южной части Приленского плато, в Забайкалье. Мощность мёрзлых толщ иногда достигает 250–300 м, но чаще колеблется от 10–20 до 100–150 м, температура – от 1 до –3°С.
Островная мерзлота развита на Кольском полуострове, в Канино-Печорском районе, в таёжной зоне Западной Сибири, в южной части Среднесибирского плоскогорья, на Дальнем Востоке, вдоль побережья Охотского моря и на севере полуострова Камчатка. Мощность толщ колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров, температура – от 0 до –2 °С. Островная мерзлота характерна также для горной страны Саяны, природных территорий Урал и Кавказ, где она встречается главным образом по периферии районов современного оледенения.
Лед в мерзлых породах представлен двумя разновидностями: 1) кристаллами, прослоями, прожилками (криогенные текстуры) и 2) мономинеральной ледяной породой (полигонально-жильные и пластовые льды, ядра бугров пучения). В кристаллических и метаморфических горных породах лед встречается в виде жилок, заполняющих трещины, в песках — в виде линз и мелких кристаллов, в глинах, суглинках, супесях и торфе — в виде слоев или сетки. Особое место занимают решетки ледяных жил, проникающие в породу до глубины 20–50 м. В горных районах в речных долинах и на склонах обычны наледи — покровы льда, образующиеся при замерзании подземных вод, излившихся под напором, возникающим при сезонном промерзании, а также при промерзании выходов артезианских вод. Протаивание ледяных образований, содержащихся в толщах горных пород, обычно приводит к просадкам, возникновению воронок, округлых впадин и т. п. формам рельефа (термокарст), поверхностных оползней-сплывов, грунтовых потоков (солифлюкция).
Льдистость мерзлых пород различна, встречаются три основных разновидности: малольдистые, преимущественно пески и коренные породы (льда менее 20%), среднельдистые суглинки и супеси (льда 20–40%) и сильнольдистые озерно-болотные и аллювиальные отложения, представленные торфом и суглинком (льда более 40%).
Для большей территории низко- и среднегорий Сибири характерны термокарст, пучение, наледи, солифлюкция, курумы. В высоких горах, впадинах, низких равнинах и речных долинах таежной зоны Средней и Восточной Сибири, Дальнего Востока преобладают наледи, солифлюкция, курумы. Для средних и низких гор на юге криолитозоны России, где распространена прерывистая и островная мерзлоты, типичны процессы термокарста, наледей и солифлюкции.
При сплошном распространении многолетнемерзлых пород в их верхней части летом формируется слой сезонного протаивания. Его глубина зависит от ландшафтно-климатических условий и состава пород. В рыхлых отложениях она минимальна (не более метра) на Крайнем Севере и повсеместно в торфе. В песках она составляет 2 м и более. В горах на коренных породах протаивание достигает 3 м и даже больше. В долинах рек глубина протаивания изменяется весьма значительно на коротких расстояниях. При прерывистом и островном распространении мерзлоты сосуществуют сезонное протаивание мерзлых пород летом и сезонное промерзание талых пород зимой.
При возведении инженерных сооружений, строительстве железных и шоссейных дорог, мостов, трубопроводов, гидротехнических объектов необходимо учитывать возможность пучения и просадок грунтов, сползания оттаивающих грунтов на склонах, образования наледей. В сельском хозяйстве многолетняя мерзлота в одних случаях ограничивает возможности развития тех или иных культур, в других — благоприятствует выращиванию растений в связи с дополнительным увлажнением грунтов при сезонном оттаивании деятельного слоя. В многолетнемерзлых толщах обнаружены термодинамически неустойчивые и поэтому чрезвычайно чувствительные к изменениям условий равновесия газовые гидраты, изменения которых приводят к неконтролируемым выбросам газа в атмосферу, взрывам, пожарам, что усиливает парниковый эффект. В мерзлых породах, льдах и переохлажденных водах открыты жизнеспособные микроорганизмы, которые нередко вовлекаются в современные биогеохимические процессы при оттаивании пород.