Вечная мерзлота

Хозяйственная деятельность

Для того чтобы иметь возможность освоить холодные регионы и понять, какими работами там можно заниматься, необходимо владеть полной информацией о них. Ученые не прекращают наблюдения и исследования, пытаются объяснить не только причины происхождения необычного явления, но и его последствия для планеты.

Глубоко промерзшие почвы, лишенные всякой подвижности пластов, удобны для разработки месторождений различных полезных ископаемых. При этом используется так называемый открытый карьерный способ. Стенки такого котлована скованы мерзлотой, они не разрушаются и не осыпаются, что позволяет организовать эффективный рабочий процесс.

Благодаря непрекращающейся исследовательской работе, ученые представляют выводы и сообщения:

• о возможности строительства в промерзлых регионах зданий и сооружений различного назначения;
• о наличии подходящих мест для добычи полезных ископаемых;
• о результатах геологоразведки.

В последние десятилетия площадь обледеневшей почвы заметно сокращается, что можно увидеть и по картинкам, полученным из космоса. Территории стали отодвигаться к северу, это связано с началом глобального потепления. Специалисты прогнозируют, что примерно через полвека дальнейший рост температурных показателей освободит ото льда огромные площади. Они станут полностью пригодными для проведения сельскохозяйственных работ.

Однако не поддающееся контролю таяние многолетней мерзлоты может спровоцировать ряд проблем, которые осложнят любую деятельность человека в тех регионах.

На первый взгляд может показаться, что такой грунт — это прочнейшее основание для любых построек. Однако когда верхние слои земли начнут оттаивать, они станут подвижными и рыхлыми, в результате чего возведенные сооружения трескаются, перекашиваются или вовсе разрушаются. Чтобы не допускать деформации, здания устанавливают на сваи, а между их основанием и грунтом прокладывают охлаждающие трубопроводы.

Из-за мерзлотных процессов осложняется строительство мостов, тоннелей, дорог. Российским специалистам удалось стабилизировать почвенную температуру с применением особой технологии: они используют парожидкостные термосифоны — заполненные замороженной двуокисью углерода трубы.

https://youtube.com/watch?v=DKnX-55NRgs

Изучение многолетней мерзлоты

Одни их первых описаний вечной мерзлоты сделали, покорявшие просторы Сибири, русские землепроходцы XVII века

Впервые на состояние почвенного покрова обратил внимание Я. Святогоров

В дальнейшем грунты изучали первопроходцы Иван Ребров и Семен Дежнев. Они указали на наличие особых таежных зон, в которых почва не оттаивает даже летом. В 1640 году М. Глебов и П. Головин подтвердили, что земля среди лета не оттаивает.

Как особое геологическое явление понятие «вечная мерзлота» было введено в употребление основателем школы мерзлотоведов в Советском Союзе М.И. Сумгиным в 1927 году. Он указывал, что данное понятие подразумевает мерзлоту почвы, которая сохраняется от двух лет до нескольких тысячелетий.

Термин «мерзлота» часто подвергался критике, поэтому были предложены альтернативные варианты: многолетняя криолитозона и многолетнемерзлые горные породы. Но эти варианты не получили широкого распространения.

Понятие «мерзлые породы» по длительности существования пород в мерзлом состоянии подразделяется на такие понятия, как:

• кратковременномерзлые породы (сутки, часы);
• сезонномерзлые породы (месяцы);
• многолетнемерзлые породы (десятки, сотни и тысячи лет).

Между этими видами есть взаимные переходы и промежуточные формы. Так, сезонномерзлая порода в течение лета может не протаять и просуществовать несколько лет. Такие формы называют «перелетками».

Многолетняя мерзлота по происхождению является реликтом ледниковых эпох четвертичного периода. В послеледниковое время наблюдалось потепление климата, что обусловило оттаивание мерзлых пород и сокращение мест их распространения. Это доказывает островной характер распространения вечной мерзлоты, существование в толще мерзлых пород отдельных видов и частей флоры и фауны, активный процесс оттаивания.

С такой точкой зрения согласны не все ученые. Некоторые считают, что вечная мерзлота – явление современное. В доказательство они приводят наблюдения за развитием мерзлоты на островах, недавно образованных в дельтах крупных рек Сибири. Главная причина возникновения мерзлоты – длительные малоснежные зимы с низкими температурами и кратковременное лето, во время которого лед накапливается в почве, так как не успевает растаять.

Строение многолетнемёрзлых горных пород

Строе­ние мно­го­лет­не­мёрз­лых гор­ных по­род за­ви­сит от рас­пре­де­ле­ния в них ле­дя­ных вклю­че­ний. В кри­стал­ли­че­ских и ме­та­мор­фи­че­ских гор­ных по­ро­дах лёд встре­ча­ет­ся в ви­де жи­лок, за­пол­няю­щих тре­щи­ны, в пес­ках – в ви­де линз и мел­ких кри­стал­лов, в гли­нах, суг­лин­ках, су­пе­сях и тор­фе – в ви­де сло­ёв или сет­ки. Осо­бое ме­сто за­ни­ма­ют ре­шёт­ки ле­дя­ных жил, про­ни­каю­щие в по­ро­ду до глу­би­ны 20–50 м. Они ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в пре­де­лах Запад­но-Си­бир­ской, Се­ве­ро-Си­бир­ской, Яно-Ин­ди­гир­ской и Цен­траль­ноя­кут­ской рав­нин на рых­лых не­ли­ти­фи­ци­ро­ван­ных по­ро­дах. Про­мер­за­ние верх­них го­ри­зон­тов гор­ных по­род час­то при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию се­зон­ных и мно­го­лет­них буг­ров-гид­ро­лак­ко­ли­тов, со­дер­жа­щих ле­дя­ное яд­ро; они встре­ча­ют­ся ча­ще все­го в За­бай­ка­лье, на Тай­мы­ре, на се­ве­ре За­пад­ной Си­би­ри, где их на­зы­ва­ют бул­гун­ня­ха­ми. 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. форм рель­е­фа (тер­мо­карст), по­верх­но­ст­ных ополз­ней-сплы­вов, грун­то­вых по­то­ков (со­ли­флюк­ция).

Определение и характеристика

Определение

Вечная мерзлота, которую иногда называют вечной мерзлотой , представляет собой часть криозоля, которая постоянно замерзает, по крайней мере, в течение двух лет и поэтому непроницаема .

Там, где она присутствовала в течение нескольких ледниковых циклов, толщина вечной мерзлоты может составлять несколько сотен метров:

• от 440 метров в Барроу, Аляска, до примерно 750  метров в канадской Арктике  ;
• около 600 метров в Восточной Сибири с максимумами до более 1000 метров в некоторых регионах ( Верхоянские горы ).

В мерзлых почвах Арктики содержится около 1668 миллиардов тонн CO _2..

Глубокая деградация этой вечной мерзлоты происходит за счет адвекции тепла: вода в жидком состоянии циркулирует в глубоких трещинах и тает лед.

Щелкните миниатюру, чтобы увеличить ее.

Замораживание и циркуляция воды

Как это ни парадоксально, замораживание грунта изменяет его физические свойства (набухание, изменение пористости и т

Д.), Но свободная вода может образовываться в самом льду, а также в мерзлом грунте, а в мерзлых грунтах существует определенная гидравлическая проводимость, что более или менее важно. в зависимости от температуры, сезона и типа субстрата и почвы, степени их «насыщенности» и пористости

Эту проводимость можно измерить, как и проницаемость мерзлого грунта. Это явление важно для циркуляции питательных веществ, питающих поверхностную растительность и почвенные организмы, а также, где это применимо, загрязняющих веществ (например, выпадений в результате Чернобыля или аэрозолей или газов, принесенных дождем / снегом, загрязненных другими элементами). В холодных наземных экосистемах, таких как тайга , тундра , именно этот круговорот воды регулирует жизнь почвы и влияет на жизнь на поверхности (через функции корней , микоризы , временных заболоченных территорий и т. Д.).

Циркуляция воды в мерзлом грунте также соответствует медленному (инерция тем сильнее, чем больше толщина вечной мерзлоты) и тонкому переносу калорий, который может пробудить бактериальные, грибковые или симбиотические колонии деревьев и травянистых растений. Таким образом, замороженный золь сохраняет определенную способность к проникновению или даже фильтрации . На поверхности явления криотурбации могут усложнить моделирование переноса воды и калорий.

Ледники России

Процесс образования ледников:

Ледники образуются в местах, где процессы накапливания снега превышают его таяние. Новый снег выпадает на многолетний. Во время таяния появляются кристаллы льда. Они постепенно скапливаются в большие массы льда, которые со временем могут прийти в движение.

География распространения ледников

Северно — Ледовитый океан

Самые крупные ледники в России находятся на островах Северного Ледовитого океана. Здесь располагаются покровные ледники. Их размеры уменьшаются к востоку из-за сокращения количества осадков.

Ледниковый покров Новой Земли – один из наиболее крупных в Арктике. Его площадь составляет более 23 тыс. кв. км. Он занимает большую часть Северного острова. Свободными ото льда остаются лишь узкие прибрежные полосы. Языки ледников, достигая моря, образуют айсберги.

Кавказ

Среди российских горных систем для формирования ледников наиболее благоприятны климат и рельеф Кавказа.

Горные склоны сильно расчленены, и здесь встречаются как долинные, так и склоновые (висячие) ледники. Общее количество ледников – более 2000

Алтай

Алтай по количеству ледников уступает Кавказу. Это обусловлено меньшим количеством осадков

Наибольшее число ледников расположены на западных склонах горной системы (она больше увлажнена)

Урал

На Полярном Урале все ледники расположены на западном склоне, где выпадает большее количество осадков. Здесь одно из наиболее низких среди горных систем России положение снеговой линии – менее 1000 метров. Это объясняется положением территории в высоких широтах.

Полуостров Камчатка

Особенности камчатского оледенения связаны с активным влиянием вулканизма и с тем, что оно может развиваться не на очень больших высотах. Некоторые из них образуются в кальдерах действующих вулканов и существуют до очередного извержения.

Стихийные бедствия, связанные с ледниками

1. Движение горных ледников может вызвать сели (грязекаменные потоки в горах)

2. От полярных ледников могут откалываться айсберги, опасные для мореплавания

Исследование природных льдов необходимо для решения проблем, связанных с изменением климата и стока рек, с гидроэнергетикой, изучением колебаний уровня Мирового океана, орошением засушливых земель, борьбой со стихийными бедствиями в горах.

Расположение на земном шаре

География криолитозоны очень обширная. Она присутствует в высоких широтах (полярная и субполярная вечная мерзлота), но также бывает и на больших высотах (субвертикальные стены до 3500 метров над уровнем моря). Как видно по геологическим картам, она покрывает одну пятую поверхности Земли.

Распространённость в северных широтах:

• 90% Гренландия.
• 80% Аляска.
• 50% Канада и Россия.

Обычно криолитозона постоянная за пределами 60 градусов широты и более спорадична для альпийской местности. Регионы многолетней мерзлоты низменности традиционно делятся на несколько зон на основе оценки географической непрерывности ландшафта. Наука признаёт следующие виды многолетней мерзлоты:

• непрерывная мерзлота (лежащая в основе 90−100% ландшафта);
• прерывистая (50−90%);
• спорадическая (0−50%).

В северном полушарии районы, мерзлота, занимает приблизительно 25% (23 млн км ²) площади суши. В прерывистых и спорадических зонах распространение является сложным и неоднородным. Её толщина варьируется от менее одного до более 1500 метров. В горах средней и низкой широты её распределение тесно связано с характеристиками поверхности суши:

• особенности рельефа;
• растительность;
• снежный покров.

Подводная криолитозона встречается при температуре около 0 °C на больших площадях арктического континентального шельфа. Континентальный шельф — это расширенный периметр каждого континента и соответствующей прибрежной равнины, который был частью континента во время ледниковых периодов, но находится под водой в межледниковые периоды, такие как текущая эпоха.

Термически она состоит из трёх слоёв:

1. активный, оттаивает летом и может достигать трёх метров;
2. подверженный сезонным колебаниям, но постоянно ниже точки замерзания, составляет часть вечной мерзлоты и простирается на глубину от 10 до 15 метров;
3. может достигать нескольких сотен метров или превышать 1 тыс. метров (в Якутии), не испытывает сезонных колебаний температуры и постоянно находится в замёрзшем состоянии.

Температура повышается под воздействием геотермальных потоков и достигает 0 °C в нижней границе вечной мерзлоты. Здесь лёд может забивать поры почвы или образовывать ледяные тела разных генезисов. Кроме того, субарктические районы обусловлены непроницаемостью льда в бескислородных болотных и заболоченных местах, где развивались метаногенные микроорганизмы. Метан также встречается в термокарстовых озёрах.

Постоянная криолитозона может иметь разные характеристики и формы, быть богатой органическими почвами или песчаными и каменистыми, содержать замороженную воду или быть относительно сухой. Она считается как частью криосферы, так и частью геосферы, так как содержит камни и почвы. Её верхняя поверхность, называемая активным слоем, обычно оттаивает и замерзает в зависимости от времени года.

Распространённость

Вечная мерзлота — явление глобального масштаба, она занимает не менее 25 % площади всей суши земного шара. Материк, где вечная мерзлота отсутствует полностью, — это Австралия, в Африке возможно её наличие 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.

От 60 % до 65 % территории России — 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 — 1 370 метров — зафиксирована в феврале 1982 года.

Виды льдов

На нашей планете различают 2 типа ледников:

• Горные.
• Покровные.

Рассмотрим каждый из этих типов более подробно.

Горные ледники

Данный вид ледников образуется в высоких горах, и для его образования нужно большое количество снега и температура воздуха ниже 0 градусов. Мы знаем, что температура воздуха с высотой изменяется, поэтому часто на вершинах гор возможен снег, в то время как у подножия достаточно жаркая погода. В ходе множества экспериментов было установлено, что в горах на каждой 1 км высоты температура воздуха снижается на 6 градусов. Поэтому, зная, какая температура воздуха у подножия горы, можно определить область, где начинается нулевая температура, а значит, где начинается снеговая линия и образуются ледники.

Рассмотрим практический пример. Допустим нам известно, что у подножия горы Килиманджаро температура воздуха весь год равна +25 градусов. Нам нужно определить  есть ли на данной горе снег, и примерно на какой высоте начинается образовываться лед. Для решения этой задачи, прежде всего, нужно определить высоту горы Килиманджаро. Мы знаем, что она составляет 5895 метров. Сопоставим эти данные с температурой воздуха у подножия, а также с изменением температуры воздуха на -6 градусов от каждого километра вверх. Прежде всего мы можем умножить высоту горы на изменение высотный температуры. 5,8 х 6 равно 34,8 градусов. Это значительно больше чем температура у подножия горы в +25 градусов, а значит на горе Килиманджаро есть лед и снег. Теперь делим температуру у подножия горы на высотное изменения температуры. 25 раздели на 6 получается 4,16. Соответственно на высоте примерно 4166 метров начинается снеговая линия, выше которой образуется горный ледник.

Ещё раз можно подытожить, что горные ледники отличаются тем, что в области их формирования температура воздуха всегда ниже нуля, даже, если у подножия горы в это время очень жарко. В примере выше мы определили область снеговой линии. Это очень важная область для горных ледников, поскольку она определяет зону таяния. Выше нее образуется ледник, а ниже нее он начинает таять. Под тяжестью собственного тела ледники постепенно опускаются, достигая снеговой линии, и начинают таять. В результате образуются ручьи и реки. Также в этой области находится множество горных пород, переносимых ледником.

Горные ледники очень важны, поскольку они дают начало многим крупным рекам. Например Амударья берёт своё начало именно в горном леднике.

Покровные ледники

К покровным ледникам относятся практически все ледники на нашей планете. Если взять все ледники планеты земля, только к покровному типу будет относиться более 98% ледников. Ледники покровного типа образуются в географических районах с постоянной температурой ниже 0 градусов. Главное их отличие от горных ледников в том, что горные ледники образуются высоко в горах, а покровные ледники устилают землю, и находятся на незначительных высотах.

Основная масса покровных ледников находится в антарктиде. Здесь средняя толщина этих ледников составляет порядка 4 километров. Как и в горах, покровные льдины осуществляют движение. Есть эпицентр, где сосредоточена основная масса ледника. Под воздействием силы тяжести он растекается в стороны. В результате образуется движение, которое очень часто приводит ледники к морям и океанам. Как только происходит это достижение, под воздействием воды часть ледника скалывается, в результате чего образуются айсберги. Это очень опасные элементы, поскольку они несут большие проблемы для морских судов. Ведь на поверхности воды находятся менее 25% айсберга, а основная его масса находится под водой.

Покровные ледники важны для людей, поскольку они обладают огромным запасом пресной воды. Можно даже говорить о том, что большая часть запасов пресной воды находится именно в этом типы ледников. Для понимания того, о чем мы говорим, можно привести небольшой пример. Так, если взять айсберг средних размеров, то он содержит такое же количество пресной воды, какое протекает в одной небольшой реке за целый год.

Хозяйственная деятельность на многолетней мерзлоте

К основным видам хозяйственной деятельности в условиях многолетней мерзлоты можно считать оленеводство, пушной промысел, рыболовство, чуть менее распространено коневодство. Равнинная и горная тундра – это отличные пастбища для оленей, а для крупного рогатого скота подходят луга в долинах рек. Это отличная кормовая база.

С точки зрения добычи природных ископаемых, это своеобразная кладовая природы. Здесь присутствуют уголь, алмазы, газ, никель, золото, медь, олово. К тому же добыча упрощается тем, что мерзлота является прекрасным крепежным материалом при организации шахт.

Вечная мерзлота используется людьми как природный холодильник. В ней сохраняются ягоды, рыба, мясо, фрукты.

Земледелие на вечномерзлом грунте затруднительно, но возможно, оно несет с собой массу трудностей. Распаханная земля более темная, она притягивает тепло, грунт оттаивает, местность покрывается болотами, которые приходится осушать. Но люди постепенно осваивают земли Восточной Сибири, хотя грунт никогда не прогревается, корневая система растений слабая, но при этом людям удается выращивать некоторые овощи и даже овес. С точки зрения плодородия тоже не все гладко. Из-за низких температур почвенный покров образуется очень медленно, гумус практически отсутствует.

Распространённость[править | править код]

Вечная мерзлота — явление глобального масштаба, она занимает не менее 25 % площади всей суши земного шара. Материк, где вечная мерзлота отсутствует полностью, — это Австралия, в Африке возможно её наличие 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.

Также многолетнемерзлые грунты наблюдаются и под дном океанов и морей, определение мерзлотно-геологического строения разреза и криогенных процессов которых являются сложной научно-исследовательской задачей.

От 60 % до 65 % территории России — 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.

В природе нет ничего вечного?

Вообще говоря, называть мерзлоту вечной не совсем правильно с научной точки зрения. Сам термин «вечная мерзлота» появился только в 1920-х годах, но уже в 1950-х ученые решили, что в природе ничего вечного не бывает, и стали называть ее многолетней, объясняет гидролог из Института мерзлотоведения в Якутске Никита Тананаев. «Определили ее просто: это мерзлый грунт, который не оттаивает в течение двух и более лет». На самом деле, его верхний слой немного оттаивает летом – и тогда появляются очень интересные ландшафты.

Эти фотографии сделаны в окрестностях села Сырдах в Якутии. «Летняя» мерзлота выглядит как растаявшая шоколадка, которая стекает прямо в озеро.

Вечная мерзлота летом

Такое явление для Якутии не редкость. Здесь бывает жара более 30 градусов, и вечная мерзлота успевает разморозиться на два-три метра. Зимой все равно замерзнет обратно.

Бывают и такие районы, где под землей находится чистый лед, рассказывает Тананаев. «Эти места выглядят сверху как сеточка. На протяжении тысяч лет, зимой почва замерзала и уменьшалась в объеме, трескалась, а летом заполнялась водой, постепенно прорастая в землю узкими ледяными жилами на десятки метров в глубину. Так образуются полигональные тундры». Размеры таких полигонов небольшие, метров до 40. Их довольно много и в Якутии, и на Таймыре, и на Чукотке.

Тундра в Красноярском крае

Чистый лед – это не только полигоны. Ещё есть пластовые льды – это когда не жилы ледяные, а сплошная стена льда по берегам.

Еще эпичнее выглядят летние льды на поверхности земли: самая известная такая наледь Булуус находится в 100 км от Якутска. Только представьте: плюс 30, яркое солнце, а вы в самом настоящем царстве льда.

На Булуусе в жаркий день

Чаще всего такое природное явление можно увидеть в горах, где подземные воды, поднимаясь на поверхность по трещинам, образуют зимой наледи на реках – и они практически не тают. Самая большая в мире, Большая Момская наледь, находится в Якутии.

Мерзлотоведы изучают Большую Момскую наледь, 1973

Это ледовое поле протяженностью 26 км! Толщина льда может быть до 5-6 метров, а сверху по нему течет вода и прожигает небольшие русла. От воды лед становится ярко-голубого цвета. Летом он подтаивает, но следующей зимой образуется новый. И таких наледей в Якутии просто гигантское количество: каждую зиму в них замерзает более 50 кубических километров воды.

Заготовка воды в поселке Оймякон, 1971

Из речных льдов, кстати, до сих пор делают запасы пресной воды, ведь копать колодцы в вечной мерзлоте, прямо скажем, затея сомнительная.

Заготовка льда в протоке реки Лены, 2018

Правда, был один энтузиаст, который решил все же это сделать. В начале 19 века руководитель Русско-Американской Компании, купец Федор Шергин, решил найти воду под слоем мерзлого грунта. В итоге остановились на 116 метрах – воду так и не нашли, а шахта Шергина стала использоваться в научных целях. В 1930-х годах шахту пробурили до 140 метров и отдали Институту мерзлотоведения. Теперь в этой шахте с помощью специальных датчиков изучают изменения температуры на разных глубинах мерзлоты.

Сотрудники Якутской научно-исследовательской станции Института мерзлотоведения проводят измерения температуры в шахте Шергина, 1973