Многолетняя мерзлота

(перенаправлено с «Вечная мерзлота»)

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[1].

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

Общепринятое название — «вечная мерзлота», термин «многолетняя мерзлота» используется в основном петербургской географической научной школой[источник не указан 2107 дней].

Распространённость править

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 %[2][3] до 65 %[4][5] 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[4].

Изучение править

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[6]. 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[5][источник не указан 488 дней]). Вопреки распространённому мнению, этот термин не был впервые сформулирован Петром Кропоткиным[7]. 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»[8].

Методы исследования править

Для изучения мерзлотно-геологического строения районов многолетней мерзлоты обычно применяется комплекс исследований, включающий в себя[9]:

  • 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[источник не указан 87 дней].

Хозяйственное значение править

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 править

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 править

Оттаивание мерзлоты приводит к снижению несущей способности грунта, что ведет к потере устойчивости зданий и сооружений с возможными катастрофическими последствиями[10]. 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[10]. Для предотвращения оттаивания грунтов под зданиями существует способ подмораживания грунтовых оснований с помощью трубок с хладагентом[источник не указан 87 дней][11].

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[12]. Таяние ледников в результате глобального потепления может угрожать частичным затоплением многих прибрежных городов[13].

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[14].

См. также править

Примечания править

  1. Якушова А.Ф., Хаин В. Е., Славин В. И. Общая геология / Под ред. В. Е. Хаина. — М.: Издательство МГУ, 1988. — С. 196. — 13 100 экз. — ISBN 5-211-00131-1.
  2. Многолетняя мерзлота Архивная копия от 4 ноября 2013 на Wayback Machine — статья из «Россия. Электронный энциклопедический словарь». Издательство «Энциклопедия»
  3. Гл. 5.2. Многолетняя мерзлота Архивная копия от 1 декабря 2016 на Wayback Machine // Кривцов В. А. Физическая география России: Общий обзор. — Рязань, Изд-во R&TL ltd, 2001.
  4. 1 2 «Наука и жизнь» — Вечная мерзлота отступает. Что совсем не радует Архивная копия от 27 ноября 2009 на Wayback Machine
  5. 1 2 Гл. 8. Континентальная многолетняя мерзлота Архивная копия от 16 мая 2017 на Wayback Machine (c. 301) // Методы оценки последствий изменения климата для физических и биологических систем / Ред. С. М. Семёнов. — М.: Росгидромет, 2012. — 508 с. — ISBN 978-5-904206-10-9.
  6. Мерзлотоведение (краткий курс) / Под ред. В. А. Кудрявцева. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. — С. 7—8.
  7. Бунтман, Евгений. Правда ли, что термин «вечная мерзлота» придумал теоретик анархизма князь Пётр Кропоткин? Проверено.Медиа (2 декабря 2022). Дата обращения: 11 декабря 2022. Архивировано 11 декабря 2022 года.
  8. Сумгин М. И. Общее мерзлотоведение / М. И. Сумгин, С. П. Качурин, Н. И. Толстихин, В. Ф. Тумель. — М.Л.: Изд-во АН СССР, 1940. — 340 с.
  9. Koshurnikov, Andrey V.; Tumskoy, Vladimir E.; Skosar, Vladimir V.; Efimov, Yaroslav O.; Kornishin, Konstantin A. Submarine Permafrost in the Laptev Sea // International Journal of Offshore and Polar Engineering. — 2020-03-01. — Т. 30, вып. 1. — С. 86–93. — doi:10.17736/ijope.2020.jc783. Архивировано 3 марта 2021 года.
  10. 1 2 Russian Arctic oil spill pollutes big lake near Norilsk Архивная копия от 21 июня 2020 на Wayback Machine, BBC, 10.06.2020
  11. Как строить на "вечной мерзлоте" – GoArctic.ru – Портал о развитии Арктики. goarctic.ru. Дата обращения: 2 февраля 2024.
  12. Оттаивание вечной мерзлоты обойдётся мировой экономике в триллионы Архивная копия от 10 июня 2020 на Wayback Machine, 23.09.2015
  13. Deutsche Welle (www.dw.com). Эксперты ООН предупреждают о возможном затоплении мегаполисов | DW | 20.09.2019 (рус.). DW.COM. Дата обращения: 16 октября 2020. Архивировано 27 мая 2020 года.
  14. Вечная мерзлота сделает четверть территории России пригодной для земледелия. ТАСС. Дата обращения: 20 сентября 2021. Архивировано 17 октября 2020 года.

Литература править

Ссылки править