Во многих местах Сибири на известной глубине залегают или слои чистого льда или пласты почвы, круглый год остающиеся мёрзлыми.
Содержание
Распространённость
Роль поверхностных и подземных вод в развитии многолетней мерзлоты
Влияние многолетней мерзлоты на рельеф и растительный мир
Проблемы строительства и хозяйства в условиях многолетней мерзлоты
Первые сведения о постоянной мерзлоте почвы Сибири появляются в первой половине XVIII века. В 1723 году Даниэль Готлиб Мессершмидт нашел, что в болотистой почве по Подкаменной Тунгуске земля стаивала только на ладонь, а ниже была мерзлая и крепкая, как железо. Более серьезно вопрос о мерзлоте возник, благодаря находкам в 1771 на берегу реки Вилюя в мерзлой почве хорошо сохранившегося трупа носорога, а в 1799 на берегу Северного Ледовитого океана, около устья реки Лены, трупа мамонта, который семь лет спустя был доставлен в Петербургскую академию наук профессором Адамсом.
Вечная заполярная мерзлота вдоль Арктического побережья.
Непосредственные наблюдения присутствия вечной мерзлоты в большинстве случаев затруднительны и требуют значительных затрат. Факты залегания вечной мерзлоты обнаруживались обыкновенно случайно при каких нибудь земляных работ и при постройке железной дороги. До сих пор отмечено в Сибири множество пунктов, в которых установлена наличность вечной мерзлоты. Существование вечно-мёрзлого слоя почвы возможно только там, где данное место в конечном итоге за год излучает в пространство больше тепла, чем получает его от солнца, иными словами — когда средняя годовая температура места ниже 0°. Большое значение при этом имеет и снежный покров, препятствующий глубокому и быстрому охлаждению почвы.
Распространённость
Вечная мерзлота почвы захватывает, главным образом, обширные районы Восточной Сибири, общей площадью около 7 миллионов км2. Граничная линия вечной мерзлоты представляет первое приближение, действительная же граница мерзлой почвы по натуре и сложности самого явления представляет вид очень сходный с береговой линией весьма изрезанного материка, окаймленного многочисленными островами. Пространство внутри граничной линии представляет область вечной мерзлоты почвы, где местами будут встречаться обширные талые пространства. В указанной области находятся два больших острова вечной мерзлоты. Один из них, занимающий значительную площадь, охватывает всю северную часть континента Азии от Тазовской губы на запад и до бассейна реки Колымы, включительно, на восток южнее границе этого острова проходит южнее Вилюйскя. Этот остров характеризуется многочисленными находками трупов носорога и мамонта. Второй остров занимает восточную часть Забайкалья и западную часть Амурской области.
По-видимому, в центре островов вечной мерзлоты толщина мерзлого слоя достигает наибольшего развития, уменьшаясь довольно значительно к краям. Мощность мёрзлого слоя колеблется в различных местах от ничтожной величины 0,43 метра до 70 метров. Глубина верхнего горизонта вечной мерзлоты почвы меньше всего (13,60) в Якутии и постепенно увеличивается в Иркутской области до 16,84, в Забайкалье до 19,34, в Амурской области до 22,13 метров; таким образом в Амурской области, несмотря на более южное её положение, верхний горизонт вечной мерзлоты почвы лежит на 9,5 метров глубже, чем в Якутии.
Наличность талой или же мерзлой почвы и мощность мёрзлого слоя тесно связаны с климатическими условиями данного места: с среднегодовой температурой, толщиною и продолжительностью снежного покрова, с почвенными условиями: составом почвы, её теплопроводностью, степенью влажности, с наличием или отсутствием почвенной проточной и непроточной воды, с характером растительного покрова, с топографическими данными местности: высота над уровнем моря и наклоном по отношению к странам света. Высшая температура, большее развитие снежного покрова, сравнительная сухость почвы, отсутствие сплошного мохового покрова, большая абсолютная высота места, склон к югу, наличие проточных почвенных вод — препятствуют образованию и сохранению мерзлоты почвы, особенно большую роль в этом отношении имеют моховые торфяные покровы. Обширное распространение во многих местах особенно поверхностной вечной мерзлоты (Амурские «мари») связано, главным образом, с наличием здесь толстого мохового покрова. Достаточно удаления мха, чтобы образовавшаяся мерзлота постепенно таяла с верхнего своего горизонта и, может быть, по прошествии некоторого числа лет и совершенно исчезла.
Роль поверхностных и подземных вод в развитии многолетней мерзлоты
Видную роль в развитии мерзлоты играют грунтовые воды. При этом влияние их различно, смотря по тому, текучи они или нет. Присутствие в почве непроточной воды увеличивает толщу слоя мерзлой почвы, уменьшает глубину оттаивания во время лета, способствуя образованию сильно смерзшихся пород.
Чувствительность мерзлоты к внешним условиям приводит к чрезвычайно запутанному расположению вечно-мёрзлых слоев рядом с талыми. Повсюду в области вечной мерзлоты встречаются случаи перемежаемости мерзлых и талых грунтов. Глубина, с которой начинается залегание пласта мёрзлой почвы, зависит от тех же условий, которые вообще влияют на образование и сохранение мерзлоты, и колеблется в самых широких рамках. На северных склонах в заболоченных, покрытых моховым ковром, местах вечная мерзлота встречается почти на поверхности почвы, часто уже на глубине 20—25 см, на южных сухих склонах — на глубине до 4 метров и более. Во многих случаях постоянно мёрзлый слой лежит на очень значительной глубине от 10 до 30 и даже 38 метров. Очень часто в вечно мёрзлой почве встречаются не только тонкие прослойки, но и более или менее значитительные слои чистого льда. Так, на левом берегу реки Витима, между его притоками, речкой Шипишкой и Каренгой, был обнаружен на свежем обрыве реки, образовавшемся после половодья, почти на протяжении км слой чистого льда двухметровой толщины, на котором в виде карниза залегал слой торфа около метра толщиною с растущим на нём лиственничным лесом, что указывает на то, что в данном месте лед образует горную породу уже в течение продолжительного периода. Такие пласты льда большей или меньшей толщины в большом количестве встречались при постройке западного участка Амурской железной дороги.
Присутствие обширных пространств с вечно-мёрзлой почвой отражается на режиме рек. Реки Восточной Сибири Лена и Амур, бассейны которых почти полностью лежат в области вечно-мёрзлой почвы, отличаются низким горизонтом вод в зимнее время, очень незначительным подъёмом воды при вскрытии и целым рядом выраженных летних паводков, в промежутках между которыми уровень падает почти до зимнего горизонта. Особенности рек Забайкалья и Амурской области объясняются отчасти малоснежием, главным же образом, присутствием вечной мерзлоты, которая почти повсюду, на небольшой сравнительно глубине, образует водонепроницаемый слой. Сток здесь очень велик. Вешних вод здесь нет, вскрытие даже более значительных рек происходит почти без подъёма воды: у мелких рек часто не бывает весной ледохода, лёд покрывается «верховой водой» и постепенно тает на месте. Летние осадки почти полностью стекают в реки и дают резкие паводки, после которых уровень снова сильно падает. Количество грунтовых вод не велико, т.к. они могут содержаться только в самом поверхностном слое почвы, оттаивающем летом. Постоянное питание рек в тёплую половину года незначительно, чем и объясняется незначительный, в общем, подъём воды летом и быстрое падение уровня после паводков.
Режим почвенных вод в области с вечной мерзлотой также отличен от обычного. Обыкновенно острова и прослойки её перемешаны с талыми пространствами, в которых нередко замечается обильный поток воды. По талинам и трещинам в вечно-мерзлой почве всё время циркулируют воды. В местностях, где вечная мерзлота встречается в виде значительного слоя, наблюдается два горизонта подземных вод; верхний, залегающий на верхней поверхности вечной мерзлоты, находящейся в самой тесной связи с речными протоками и в особенности с их подземным течением, и нижний, залегающий под нижней поверхностью вечной мерзлоты, являющийся наиболее обильным и надёжным источником водоснабжения. Почвенные воды верхнего горизонта, подверженные большим колебаниям зимой, большей частью замерзают. Источниками, питающими нижний горизонт почвенных вод, являются: атмосферные осадки, проникающие в незначительном количестве по трещинам коренных пород; ключи и, наконец, артезианские и ювенильные воды. С наступлением холодов начинается более глубокое замерзание, которое во многих случаях ведёт к слиянию отдельных островков вечной мерзлоты, к закупорке ею трещин и путей, по которым в летнее время циркулировала вода в поверхностных и более глубоких слоях почвы. Находящаяся часто под большим напором вода более глубоких слоёв ищет теперь новых путей, в силу чего зимой в области вечной мерзлоты наблюдается ряд особенных явлений, связанных с нарушением циркуляции как поверхностных, так и подземных вод.
Реки, протекающие в области вечно-мёрзлой почвы, склонны образовывать в зимнее время наледи. Особенно значительно развитие наледи имеют в Якутии. Под наледью разумеется внезапное появление, среди скованной морозами природы, текучей или стоячей воды, которая пропитывает покрывающий землю снежный покров, затопляет покрытые льдом русла рек и целые долины. Летом наледь в Якутии — это громадные, толщиной в несколько метров ледяные поля, покрывающие целые гектары, а иногда и десятки квадратных километров и окаймленные цветущим ковром растительности. Явление наледей объясняется тем, что в области с вечной мерзлотой с наступлением холодов почва вокруг русла реки, покрытой льдом, всё более и более промерзает, река течёт теперь в трубе, все более и более суживающейся. Если напор воды с верховьев реки достаточно силен, то местная вода прорывает свою промерзшую оболочку и изливается в виде наледи. На небольших ручьях наледи достигают особенно большого развития и появляются на них из года в год с замечательной правильностью на одних и тех же местах. Самый характер этих мест очень резко обозначен и даже в конце лета, когда наледи не останется и следа, можно безошибочно предсказать её появление. Наледи не всегда образуются в долинах с поверхностной проточной водой: иногда они появляются и достигают значительного развития в местах почти равнинных с ничтожным рельефом, где летом на поверхности нет и намека на существование русла какого нибудь ручья или ключа. В этом случае они обязаны своим существованием какому нибудь ничтожному роднику, и часто на большой глубине. Мороз, сковав землю, закрыл для него свободный исход, и вся вода из родника начинает выбиваться на поверхность и разливаться вокруг наледью.
Образующаяся при замерзании циркулирующей на некоторой глубине в почве воды наледь часто, не в состоянии пробиться наружу, благодаря замерзшим верхним слоям; тогда образуется подземная наледь, по своему происхождению однородная с обыкновенной наледью и отличающаяся сравнительно небольшими площадями в несколько десятков м2. При своем образовании ледяные пласты приподнимают на себе мощные дерновые слои, иногда с громадными деревьями и кустарником, вследствие чего в готовом виде эти образования имеют форму округлых или овальных бугров или курганов, длинных гряд или валов или даже, наконец, довольно обширных местных поднятий дна долины. Под таким вздутием почвы под поверхностным плотным торфяным слоем на некоторой глубине находится слой чистого льда.
При таянии наледи случается, что текущий на поверхности поток весенних вод заносит часть её довольно плотным и толстым слоем глины, песка и гальки. Если нанесенный разливом слой ила окажется достаточно толстым и притом занесенная им часть наледи лежит в стороне от русла, то этот лёд может не растаять и, оказавшись вне действия речки, сохранится на неопределенное время. Вполне возможно, что находимые в почве слои чистого льда обязаны своим происхождением именно таким занесённым речными наносами остаткам наледи.
Влияние многолетней мерзлоты на рельеф и растительный мир
В местностях с мало развитым рельефом, с отсутствием сильных уклонов, вечная мерзлота залегает на незначительной глубине и создает благоприятные условия для заболачивания. Присутствию вечной мерзлоты обязаны своим существованием обширные и характерные заболоченные пространства в бассейне реки Амура, так называемые «мари». Во многих местах «мари» составляют как бы общий фон почвенного покрова, над которым, в виде различной величины островов, приподнимаются по увалам и сопкам площади иных почвенных образований. Эти «мари» покрывают сплошь все понизи и пологие увалы между отдельными возвышенностями, растягиваются часто на несколько километров в ширину долины, забираются на значительную высоту по склонам, нередко довольно крутым, заходят на водоразделы. Неизменный спутник «марей» — невысокое залегание мерзлой почвы. «Мари» отличаются присутствием обильной влаги. Мерзлота, действующая как мало проницаемая подстилка, вызывает усиленное скопление почвенной и атмосферной влаги исключительно в верхних горизонтах; количество воды возрастает и путем постоянного таяния льда. Мерзлота же предохраняет грунт от более глубокого размывания. На «марях» древесная растительность в большинстве случаев отсутствует.
Оказывая такое могущественное влияние на весь физико-географический облик местности, вечная мерзлота не остается без значения и для растительности. При высоко поднимающихся горизонтах её древесная растительность или совсем отсутствует, или растут только те породы деревьев (лиственница, ель), характерной особенностью которых является малое развитие корней, идущих в глубь почвы. В тех случаях, когда глубина залегания вечной мерзлоты позволяет развиваться и другим древесным породам, она оказывает большое влияние на расположение в почве корневой системы деревьев. Все корни деревьев находятся в поверхностном слое почвы и широко распространены в горизонтальном направлении. Благодаря такому строению корневой системы, деревья весной довольно рано выходят из сферы действия низких температур, корни их рано могут проявить жизнедеятельность. Но такое поверхностное распространение корней не может сообщить большую устойчивость дереву; поэтому деревья в такой тайге при сильном ветре валятся массами.
Проблемы строительства и хозяйства в условиях многолетней мерзлоты
Вечная мерзлота имеет большое значение при таких крупных сооружениях, как постройка железной дороги. При постройке Забайкальской и Амурской железной дороги пришлось встретить много трудностей, совершенно неожиданных и неведомых при прокладке дорог на пространствах, лишенных вечной мерзлоты.
Отсутствие зимой проточной воды даже в омутах промерзающих до дна рек заставило прибегнуть к глубоким артезианским скважинам, пробивающим слой вечной мерзлоты и достигающим более глубоких водоносных пластов, или к особым водосборным галлереям, при чём надо было защитить воду от замерзания, пока она шла по водопроводам, и устраивать обогреваемые водопроводы.
Существенным затруднением оказалась неравномерная осадка почвы под тяжелыми зданиями, построенными на вечной мерзлоте. Большое затруднение для строителей представляют также выемки в вечно-мерзлых слоях, особенно в почвах, очень богатых водой и превращающихся при таянии в плывун. После прокладки выемки совершенно изменяются условия нагревания её поверхностных слоёв. Мерзлота по бокам выемки теперь лежит на самой поверхности. Летом она начинает сильно таять и плыть, обнажая следующий мёрзлый слой, с которым повторяется та же история. Приходится строить предохранительные кюветы, облицовывать скаты и все-таки постоянно бороться с оползнями.
