Вечная мерзлота и ее структура - Вечная мерзлота

На континентах вечная мерзлота охватывает самые разнообразные типы рельефа -- от низменностей и равнин до высокогорий. Она распространена в различных климатических поясах и ландшафтных зонах -- от арктических пустынь и тундр до степей и полупустынь.

Общий контур вечной мерзлоты разделяется на три зоны: сплошного, прерывистого и островного распространения вечной мерзлоты.

Температура вечной мерзлоты. Температура мерзлых толщ непостоянна, она меняется с глубиной. Обычно минимальные температуры наблюдаются в приповерхностном слое вечномерзлой толщи и по мере углубления температура повышается до 0 °С на подошве Кроме того, в верхнем горизонте мерзлой толщи температура не остается стабильной во времени; она меняется в течение года, следуя за сезонами. Колебания температуры, происходящие в верхнем слое в течение года, называются сезонными колебаниями и они постепенно затухают на некоторой глубине (обычно на глубине 10-15 м от поверхности). Ниже глубины сезонных изменений температура вечномерзлой толщи остается постоянной в течение года. Среднегодовые температуры вечной мерзлоты изменяются в широких пределах, от 0 °С до ?15 °С. Широтная температурная зональность мерзлоты сочетается с вертикальной поясностью в горах, где с ростом абсолютной высоты температура вечной мерзлоты понижается.

Температуры вечной мерзлоты могут различаться на несколько градусов в зависимости от конкретных ландшафтно-географических условий. Это связано с тем, что температурный режим мерзлых толщ зависит от многих факторов природной среды -- типа растительного покрова, толщины снежного покрова и его плотности, среднегодовой температуры воздуха и континентальности климата, состава и влажности почв и т. д.

Растительность на вечной мерзлоте. Вечная мерзлота начинается не от поверхности Земли, а с некоторой глубины, изменяющейся в зависимости от географической широты, абсолютной высоты и их местных условий -- типа грунта, растительности, увлажнения и др. Толщина слоя сезонного оттаивания или как его иногда называют "деятельного слоя" меняется от 0,2-0,3 м на севере до 4-5 м на юге области вечной мерзлоты. Деятельный слой ежегодно, в теплый сезон года, оттаивает и затем осенью и зимой вновь замерзает, сливаясь с массивом вечной мерзлоты. В летние месяцы температура оттаявшего слоя, его верхних почвенных горизонтов достигает 10-15 °С. Именно благодаря слою сезонного оттаивания в зоне вечной мерзлоты возможно произрастание высших растений -- разнообразных трав, злаков, кустарничков и даже деревьев. Экологическая роль слоя сезонного оттаивания исключительно велика, в нем располагается корневая система растений, которая развивается преимущественно в горизонтальном направлении.

В северных наиболее суровых районах вечной мерзлоты распространены безлесья -- тундровый тип растительности. Однако большая часть территории с вечной мерзлотой покрыта тайгой. В Азиатском ареале вечной мерзлоты в тайге господствует особая сибирская разновидность лиственницы. На юге зоны вечной мерзлоты встречаются даже степи, которые широко развиты в Монголии.

Условия произрастания растений в области вечной мерзлоты весьма суровы -- низкие температуры, пониженная скорость почвообразования, небольшая (15-25 см) мощность плодородного горизонта, бедность почвы питательными веществами. Видовой состав растений, приспособленных к жизни на вечной мерзлоте, ограничен. У них ослаблена корневая система, наземные органы деревьев часто имеют угнетенный вид, малые размеры, чахлую крону.

Ледяная начинка вечной мерзлоты. Специфические признаки вечной мерзлоты -- это отрицательная температура и наличие льда, свойственные мерзлым толщам в течение длительного времени.

Температура создает как бы общий фон, условия для возникновения льда в грунтах. И именно присутствие льда в мерзлой толще кардинально меняет ее свойства по сравнению с исходным, немерзлым грунтом. Но с другой стороны большие массивы скальных грунтов или грунтов, насыщенных достаточно концентрированными растворами, могут иметь отрицательную температуру и при этом совсем не содержать льда. Подобные толщи получили название морозных в отличие от мерзлых, т. е. содержащих лед. Количество льда в вечномерзлых толщах разного типа неодинаково. Его содержание изменяется от долей процента, а в некоторых горизонтах и до 100%.

Наиболее разнообразные включения льда, как говорят мерзлотоведы, криогенное строение, имеют мерзлые толщи, которые до промерзания представляли собой рыхлые, несцементированные, увлажненные грунты-глины, суглинки, супеси, алевриты, в меньшей степени пески и грубообломочные грунты. Поэтому, вечная мерзлота равнин и горных впадин, сложенных молодыми толщами рыхлых грунтов, отличается более сложным криогенным строением, распределением льда, значительным содержанием разных типов подземного льда, чем горные массивы и хребты.

Подземные льды очень разнообразны. Самое большое распространение имеют лед-цемент и сегрегационный лед, представляющие основные категории так называемых породообразующих льдов.

Лед-цемент -- это мелкие, чаще всего невидимые глазом кристаллы льда, заполняющие поры и небольшие трещинки в грунте Лед-цемент образуется в результате замерзания воды и сублимации водяного пара в порах и капиллярах, которые существуют в грунте до его промерзания. Этот вид льда потому и называется цементом, что он крепко цементирует отдельные минеральные частицы, непрочно связанные между собой до промерзания, в единую монолитную массу мерзлой толщи. Лед-цемент -- непременный компонент всех типов мерзлых рыхлых грунтов, он как бы создает их общий ледяной микрокаркас, на фоне которого развиваются другие, более крупные включения льда.

Сегрегационные льды образуются при промерзании влажных глинистых грунтов, когда происходит дифференциация однообразной влажной грунтовой массы на ледяные линзочки, прослои, прожилки (ледяные шлиры) и прослои глинистого грунта, сцементированного льдом-цементом. При формировании сегрегационных льдов происходит миграция воды из более глубоких слоев грунта к фронту промерзания. Таким образом, мерзлый грунт как бы обогащается льдом сверх того количества воды, которое было в нем до промерзания. При промерзании массивов твердых коренных пород лед образуется за счет воды, циркулирующей по тектоническим и иным трещинам, а также водяного пара, который, сублимируясь на холодных стенках трещин, образует ледяные щеточки и другие формы.

И все же наибольший интерес вызывают крупные включения подземного льда. Особое внимание исследователей привлекают повторно-жильные льды. Этот вид льда залегает в мерзлой толще в виде вертикальных жил или клиньев шириной до 7-8 м (рис. 44). Ледяные жилы образуют решетчатый каркас в результате пересечения двух взаимоперпендикулярных систем жил. Вертикальная протяженность ледяных жил в определенных местах достигает 10-20 м и даже более.

Самые крупные включения льда в толще вечной мерзлоты представлены не повторно-жильными льдами, а так называемыми пластовыми льдами. Они представляют собой преимущественно горизонтально или субгоризонтально ориентированные пласты льда, простирающиеся на многие сотни метров. Их вертикальная мощность колеблется от первых метров до десятков метров. Пластовый лед встречается преимущественно в верхних горизонтах мерзлых толщ (до 40-50 м), но известны пластовые льды и на больших глубинах до 100-150 м. В некоторых случаях они имеют горизонтальную слоистость, согласную с их общим простиранием, иногда пластовые льды сильно деформированы, смяты в складки так же, как и вмещающие их мерзлые грунты.

В ряде случаев пластовые льды залегают в виде крупных наклонных тел -- штоков с наклонно ориентированной слоистостью. Лед пластовых льдов либо чистый, без включений, либо содержит прослои мерзлых суглинков, песка, валунов. Среди мерзлотоведов нет единства в понимании происхождения крупных пластов льда. Есть концепция, что пластовые льды -- это погребенные ледяные образования, первоначально возникшие на поверхности Земли.

Вечная мерзлота и включенные в нее подземные льды -- результат длительного развития природы. Биография современной вечной мерзлоты начала складываться 1-2 млн лет назад. Важнейшие параметры мерзлых толщ, такие как мощность, льдосодержание, во многих районах являются реликтовыми.

Например, расчеты показали, что наблюдаемые мощности вечной мерзлоты в современных климатических условиях не могут сформироваться, они возникли при более низких отрицательных температурах. Об этом же свидетельствуют и реликтовые, не развивающиеся сейчас, гигантские повторно-жильные льды, включенные в сильнольдистые алевритовые сингенетические мерзлые толщи, широко развитые в центральной и северной Якутии. вечный мерзлота температура грунт

Контуры вечной мерзлоты за плиоцен-четвертичное время не оставались стабильными. Ареал ее неоднократно сужался и расширялся. Однако ясно одно. Несмотря на колебания, она оставалась постоянным компонентом природы Сибири и северо-востока России. Наиболее древние мерзлые толщи найдены в Колымской низменности на севере Якутии, поэтому Якутию нередко называют колыбелью вечной мерзлоты, которая и в современном ее состоянии представлена здесь наиболее полно. Следовательно, в вечной мерзлоте Якутии, существующей непрерывно по меньшей мере 600 тысяч лет, содержатся наиболее древние из обнаруженных на нашей планете льды.

Подземные льды вечномерзлых толщ оказываются, таким образом, значительно древнее льдов современных покровных ледников, даже Антарктического ледникового покрова, ледовая масса которых из-за постоянного движения полностью обновляется за десяток тысяч лет.

Похожие статьи




Вечная мерзлота и ее структура - Вечная мерзлота

Предыдущая | Следующая