Геологические процессы в вечной мерзлоте

Многолетней (вечной) мерзлотой называют слой горных пород, находящийся в поверхностных частях земной коры и характеризующийся отрицательной температурой. Этот слой сохраняет отрицательную температуру в течение длительного отрезка времени — от нескольких лет до нескольких тысячелетий.

Зона отрицательных многолетних температур охватывает 25% суши, а в России общая площадь распространения вечной мерзлоты равна —10,7 млн км², что составляет около 63% территории страны. Многолетняя мерзлота получила распространение в тех районах, где среднегодовая температура ниже 0 °C и мало атмосферных осадков в виде снега. В России основная площадь, занятая вечной мерзлотой, приходится на азиатскую часть страны. Отрасль геологии, занимающаяся изучением мерзлых зон земной коры, называют геокриологией, или мерзлотоведением.

Пояс вечной мерзлоты занимает высокие широты и рассматривается как зональное природное явление. В этой зоне с севера на юг выделяются три провинции: 1) арктическая — сплошное распространение мерзлых пород; 2) субарктическая — мерзлые породы с участием таликов; 3) провинция островной мерзлоты — мерзлые породы залегают в виде островов, отдельных прослоев.

По температурному режиму грунтов в области вечной мерзлоты выделяют три основные толщи: деятельный слой; вечномерзлую толщу и подмерзлотную толщу.

Деятельным слоем называется верхний слой, который летом оттаивает, а зимой замерзает. В нем сосредоточивают ется жизнедеятельность растительных и животных организмов, идут процессы почвообразования. Толщина деятельного слоя различна — от 20 см на глинах в арктической тундре до 4 м на песчаных буграх южной экспозиции в лесной зоне. На большей части области вечной мерзлоты зимой замерзающий деятельный слой сливается с мерзлотной толщей, образуя так называемую сливающуюся мерзлоту. В некоторых местах, где вечномерзлые породы залегают глубоко, между деятельным слоем и вечномерзлым остается талый слой. Этот вид мерзлоты называется несливающимся. Мощность вечномерзлой толщи колеблется от 10 до 1500 м, температура — от 0 до 10 °C. Такая мощность вечномерзлой толщи обнаружена в буровой скважине близ Полярного круга в верховьях р. Мархи, левого притока р. Вилюй. Иногда многолетние вечномерзлые породы могут переслаиваться талыми. Такой тип мерзлоты называется слоистой мерзлотой.

Подмерзлотная толща залегает ниже мерзлого и всегда имеет положительные температуры вследствие притока тепла из недр Земли.

Геологическая роль мерзлоты заключается в торможении развития экзогенных процессов, в том числе процесса выветривания. Важная особенность мерзлых пород — их водонепроницаемость. Они практически водоупорны, что является причиной заболачивания территории. Подземные воды в зоне вечной мерзлоты залегают в три слоя: надмерзлотные (верховодка), межмерзлотные и подмерзлотные.

Их замерзание приводит к вспучиванию поверхности, образованию бугров и наледей, а подмерзлотные воды, если они напорные, могут бить фонтаном из-под земли даже зимой. Известен случай, когда в течение 30 минут здание двухэтажной школы превратилось в ледяной бугор. Так было в Иркутской области, когда в школе из-под пола забил фонтан подмерзлотных вод.

С вечной мерзлотой связано еще одно интересное, но опасное явление — термокарст. Оно вызвано таянием погребенного льда, сопровождающегося возникновением внутри мерзлоты пустот, а на поверхности воронок различного диаметра и глубины. Вследствие проседания кровли могут появиться блюдца, западины, а затем провалы.

В целом роль вечной мерзлоты в народном хозяйстве отрицательная, так как создаются затруднения в сельскохозяйственном производстве, в промышленном и гражданском строительстве, при прокладке шоссейных и железных дорог, при возведении плотин и гидроэлектростанций. Нарушение режима вечной мерзлоты отрицательно сказывается на различных сооружениях, вызывая пучение грунта, перекашивание и растрескивание зданий и даже их разрушение и др. За последние годы наблюдается общее потепление климата и отступление вечной мерзлоты на южных рубежах.