Вечная мерзлота

Запрос «Вечная мерзлота» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Обозначения:
фиолетовый — районы многолетней мерзлоты в Северном полушарии, синий — районы промерзания почвы более чем на 15 суток в году, оранжевый — районы промерзания почвы менее чем на 15 суток в году, сплошная линия — граница области сезонного снежного покрова

Протяжённость и виды многолетней мерзлоты

Карьер трубки «Удачная»

Таяние вечной мерзлоты на острове Хершел

Многолетняя мерзлота (многолетняя криолитозона, «вечная мерзлота», многолетнемёрзлые породы) — часть криолитозоны, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле — 35 млн км². Распространение — север Америки, Европы, Азии, острова́ Северного Ледовитого океана, Антарктида. Районы многолетней мерзлоты — верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2—3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0 °C. В зоне многолетней мерзлоты, глубина которой иногда превышает 1000 метров, грунтовые воды присутствуют в виде льда. Однако под многолетней мерзлотой ещё в районе отрицательных температур могут находиться жидкие воды высокой солёности — криопэги, например, в южной части Анабарского массива криопэги с температурой -4°C и солёностью до 300 г/л залегают под многолетней мерзлотой в интервале от 200 м до 1500 м, с нижней границей при 0°C.

Общепринятое название — «вечная мерзлота», термин «многолетняя мерзлота» используется в основном петербургской географической научной школой.

Распространённость

Вечная мерзлота — явление глобального масштаба, она занимает не менее 25 % площади всей суши земного шара. Материк, где вечная мерзлота отсутствует полностью, — Австралия, в Африке её наличие возможно только в высокогорных районах. Значительная часть современной вечной мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьируется от нескольких процентов до 90 %. В вечной мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидратов, в частности гидрата метана.

Под дном океанов и морей также могут наблюдаться многолетнемёрзлые грунты, определение мерзлотно-геологического строения разреза которых и криогенных процессов в них является сложной научно-исследовательской задачей.

От 60 % до 65 % территории России занимают районы вечной мерзлоты. Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье.

Самый глубокий предел вечной мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты — 1370 метров — зафиксирована в феврале 1982 года.

Изучение

Одно из первых описаний многолетней мерзлоты было сделано русскими землепроходцами XVII века, покорявшими просторы Сибири. Впервые на необычное состояние почвы обратил внимание казак Я. Святогоров, а более подробно изучили первопроходцы из экспедиций, организованных Семёном Дежнёвым и Иваном Ребровым. В специальных посланиях русскому царю они засвидетельствовали наличие особых таёжных зон, где даже в самый разгар лета почва оттаивает максимум на два аршина. Ленские воеводы П. Головин и М. Глебов в 1640 году сообщали: «Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает». В 1828 году Федор Шергин начал проходку шахты в Якутске. За 9 лет была достигнута глубина 116,4 м. Шахта Шергина шла всё время в мёрзлых грунтах, не вскрыла ни одного водоносного горизонта. В 1840-х годах Александр Миддендорф измерил температуру до глубины 116 м. С этого времени вопрос о существовании «вечной мерзлоты» уже всерьёз не поднимался.

Термин «вечная мерзлота» как специфическое геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным). Вопреки распространённому мнению, этот термин не был впервые сформулирован Петром Кропоткиным. Слово «мерзлота» при этом долгое время чёткого определения не имело, что привело к использованию понятия в различных значениях. Впоследствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона, однако они не получили широкого распространения.

По длительности существования мерзлого состояния пород принято подразделять «родовое» понятие «мёрзлые породы» на три видовых понятия:

• кратковременномёрзлые породы (часы, сутки),
• сезонномёрзлые породы (месяцы),
• многолетнемёрзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Между этими категориями могут быть промежуточные формы и взаимные переходы. Например, сезонномёрзлая порода может не протаять в течение лета и просуществовать несколько лет. Такие формы мёрзлой породы называются «перелетками».

Методы исследования

Для изучения мерзлотно-геологического строения районов многолетней мерзлоты обычно применяется комплекс исследований, включающий в себя:

• геокриологическое бурение;
• отбор и изучение свойств монолитов талых и мерзлых грунтов;
• лабораторные испытания грунтов;
• изучение газового состава;
• электромагнитные зондирования;
• математическое моделирование динамики мощности мерзлоты.

Для определения температуры в мерзлоте применяют термометрические косы, представляющие собой провод с множеством расположенных вдоль него датчиков; для дистанционной оценки состояния мерзлоты используют наблюдения со спутников и беспилотников.

Хозяйственное значение

Учёт многолетней мерзлоты необходим при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере.

В районах вечной мерзлоты отапливаемые здания и сооружения строят на сваях, чтобы обеспечить вентиляцию и избежать оттаивания мерзлоты за счет тепла здания.

Многолетняя мерзлота создаёт множество проблем, но от неё есть и польза. При разработке северных месторождений мерзлота, с одной стороны, мешает, так как промёрзшие породы обладают высокой прочностью, что затрудняет добычу. С другой стороны, именно благодаря мерзлоте, цементирующей породы, удалось вести разработку кимберлитовых трубок в Якутии в карьерах (например, в карьере трубки «Удачная») с почти отвесными стенками.

На полуострове Ямал расположен самый большой Новопортовский мерзлотник — подземное рыбохранилище с температурой, поддерживаемой естественным путём.

Глубина промерзания при средних отрицательных температурах в зависимости от продолжительности
Время (количество лет)	Глубина мерзлоты (м)
1	4,44
350	79,9
3500	219,3
35000	461,4
100000	567,8
225000	626,5
775000	687,7

Почвы районов многолетней мерзлоты

В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мёрзлым слоем, который является водоупором, вследствие коагуляции органических веществ может происходить накопление гумуса, так называемая надмерзлотная регенерация гумуса, надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Образование слоёв льда (шлиров) в почве приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою. Наличием мёрзлого слоя вызван целый ряд механических изменений в почвенном профиле, таких как криотурбация — перемешивание почвенной массы под влиянием разницы температур, солифлюкция — сползание насыщенной водой почвенной массы со склонов по мёрзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), а также образование пятнистых тундр.

Под действием мороза происходит криогенное оструктурирование почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность. Мерзлотной коагуляцией коллоидов обусловлено ожелезнение таёжных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв, рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Последствия оттаивания мерзлоты

См. также: Глобальное потепление

Оттаивание мерзлоты приводит к снижению несущей способности грунта, что ведет к потере устойчивости зданий и сооружений с возможными катастрофическими последствиями. Одна из таких катастроф произошла в районе Норильска 26 мая 2020 года, когда из-за нарушения устойчивости нефтяного резервуара произошли массивная утечка дизтоплива и последующее катастрофическое загрязнение близлежащих рек и озер. Для предотвращения оттаивания грунтов под зданиями существует способ подмораживания грунтовых оснований с помощью трубок с хладагентом.

По прогнозам, оттаивание вечной мерзлоты в результате глобального потепления приведет к огромным потерям для мировой экономики. Ущерб, связанный с выбросами парниковых газов при оттаивании грунтов Сибири, к концу XXI века, согласно оценкам, составит 43 триллиона долларов. Таяние ледников в результате глобального потепления может угрожать частичным затоплением многих прибрежных городов.

Однако для экономики стран со значительной территорией вечной мерзлоты — России и Канады — последствия могут быть скорее положительными, поскольку в результате расширится зона, благоприятная для сельского хозяйства и жизни людей.

См. также

• Мерзлотоведение
• Газовые гидраты
• Гидролакколиты
• Едома
• Талик
• Тундра
• Ледниковый период
• Музей вечной мерзлоты
• Криотекстура
• Сезонно-талый слой

Литература

• Алексеев В. Р. В краю вечного холода: Записки географа-мерзлотоведа / РАН, Сибирское отд-ние, Ин-т мерзлотоведения им. П. И. Мельникова. — Новосибирск: Гео, 2010. — 394 с. — ISBN 978-5-904682-09-5.
• Вельмина Н. А. Ледяной сфинкс. — М.: Мысль, 1975. — 256 с. — 100 000 экз.
• Данилов И. Д. Подземные льды. — М.: Недра, 1990. — 144 с. — ISBN 5-247-00466-3.

Ссылки

• Павлов А. В., Гравис Г. Ф. Вечная мерзлота и современный климат
• Континентальная многолетняя мерзлота // Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем / Ред. С. М. Семенов. — М.: Росгидромет, 2012. — 508 с. — ISBN 978-5-904206-10-9.
• Основные природные и социально-экономические последствия изменения климата в районах распространения многолетнемерзлых пород. Оценочный отчет.
• Тем, кто идет по тайге. Меньчуков А. Е. Архивная копия от 25 июля 2015 на Wayback Machine, с картой покрытия вечной мерзлотой территории СССР. — М.: Недра, 1979.
• Особенности вечной мерзлоты и возведения фундаментов зданий на вечной мерзлоте /
• Карта расположения объектов изучения криосферы Земли
• Вечная мерзлота продолжает таять, а у ученых и чиновников практически нет ответов. — «The Moscow Times», 06.10.2011.
• Сайт Circumpolar Active Layer Monitoring Network (англ.).
• Circumarctic map of permafrost and ground ice conditions (англ.) — National Snow and Ice Data Center.
• https://www.bbc.com/russian/features-53077398
•  Что такое вечная мерзлота? / Институт полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера, 2021.