Многолетняя мерзлота: особенности и изучение

Черты и ареал многолетней мерзлоты

Термин также обозначают как вечную мерзлоту или криолитозону. Если задаться вопросом, что такое многолетняя мерзлота, то это устойчивый слой горных пород, в котором вода заморожена не один сезон, а на протяжении десятков, а то и тысяч лет. Глобально такие территории занимают порядка 35 млн км², что равняется четверти всей земной суши. Австралия полностью лишена подобного явления, а в Африке зоны вечной мерзлоты наблюдаются только в горах.

География распространения показывает, что наиболее ярко выраженные районы многолетней мерзлоты расположены:

• в северных широтах Евразии и Северной Америки;
• в Канаде;
• на просторах Сибири и Дальнего Востока России;
• на севере Аляски и островов Арктики;
• в пределах Антарктиды;
• в высокогорных районах Африки - лишь точечно.

В пределах этих регионов грунтовые воды целиком или частично находятся в застывшем, ледяном состоянии, а глубина промерзания местами превышает километр (рекорд - до 1370 м). Содержание льда в породах может составлять от минимума до 90%. В таких условиях накапливаются ценные ресурсы, например, метановые гидраты - своеобразные скопления газа, законсервированные внутри ледяных кристаллов. На российской территории под многолетней мерзлотой находится около 60–65% всей площади страны, что особенно характерно для Якутии, Забайкалья и других северных областей. Все это учитывается при инженерных изысканиях и промышленном освоении этих широт.

Помимо России и СНГ, многолетняя мерзлота является неотъемлемой частью ландшафта Канады, Гренландии, значительной части Аляски, а также подследствием ледниковых щитов в Антарктиде. Аналогичные зоны в Арктике формируют важные климатические, природные и экологические особенности, влияя на распространение флоры, фауны и особенно на жизнь коренных народов.

Этапы изучения и классификации

Первые упоминания о существовании вечной мерзлоты встречаются у исследователей, осваивавших просторы Сибири в XVII столетии. Землепроходцы под руководством Я. Святогорова описывали части таёжных регионов, где даже в разгар лета земля не успевала полностью оттаять. Итоговые подтверждения уникальности этих почв были составлены экспедициями середины XVII века.

Научное определение и термин "вечная мерзлота" были предложены советским учёным М.И. Сумгиным в 1927 году. Он сформулировал, что многолетняя мерзлота - это категории пород, находящиеся в стабильно мерзлом состоянии минимум два года, но зачастую - многие столетия или тысячелетия. Варианты терминологии (например, "многолетняя криолитозона") предлагались, но не получили широкой поддержки среди специалистов.

Выделяют различные виды многолетней мерзлоты с учётом времени существования и геофизических свойств:

• кратковременные (сменяется в течение суток или недели);
• сезонные (существуют на протяжении одного или нескольких сезонов);
• истинные многолетние (сохраняют замороженность десятилетиями и дольше).

Применительно к распределению и характеристикам также различают массива с постоянным (сплошным) мерзлым ядром, прерывистые образования и "островные" фрагменты, которые встречаются в более тёплых зонах, отделенных от основной криолитозоны. Подобная дифференциация помогает специалистам прогнозировать последствия климатических изменений, а также выявлять риски для объектов транспортной и промышленной инфраструктуры в зоне вечной мерзлоты.

Если рассматривать причины многолетней мерзлоты, ведущая теория указывает на реликтовое наследие ледниковых эпох в истории Земли. Это подтверждается внутренней структурой мерзлой почвы, наличием замороженных пресноводных озёр и флористических остатков, а также явными признаками "островов" в более южных регионах. Альтернативное объяснение связывает современную мерзлоту с экстремальным климатом - длительными зимами и коротким мягким летом, вследствие чего слои почвы и недр не успевают окончательно прогреться за сезон и остаются промёрзшими годами.

Воздействие на почвы и природные процессы

В условиях многолетней мерзлоты формируются уникальные ландшафтные и почвенные структуры: к примеру, характерны каменистые круги, сеть многоугольных трещин и торфяные образования. Все эти элементы связаны с сезонным замерзанием и оттаиванием верхних горизонтов, а также с движением и накоплением воды в толще земли. Над слоем мерзлоты скапливается слой гумуса, а из-за специфики водного режима часто формируются переувлажнённые, оглеённые горизонты даже при низких осадках.

Местами формируется слой ледяных включений (шлиров), которые приводят к нарушению естественного движения влаги, ухудшая питание растений. В результате на склонах наблюдаются явления солифлюкции - медленного перемещения насыщенной водой почвы, а также криотурбации - перемешивания слоёв, вызванного чередованием замерзания и оттаивания.

Самые характерные последствия этой динамики проявляются в тундровых экосистемах, где возникает рельеф западин и бугров, а также термокарстовые углубления. Низкая температура способствует преобразованию химических соединений в почве, замедляя процессы почвообразования и ограничивая биологическую активность. В многолетней мерзлоте происходит накопление огромных запасов органики - при их таянии в атмосферу могут выделяться парниковые газы, оказывая влияние на глобальный климат. Поэтому усиленное изучение процессов деградации этих слоёв чрезвычайно важно для современной географии и прикладной экологии.

Для северной тайги и подзолистых почв характерно дополнительное накопление кремнезёма и образование ржавых вкраплений (ожелезнение), что связывают с коагуляцией мельчайших частиц под воздействием минусовых температур и длительного ледяного покрова.