Факультет

Студентам

Посетителям

Система геокриологических понятий

Геокриология возникла из мерзлотоведения — описательной науки, опирающейся на случайные эмпирические данные и общие геологические и географические представления.

Описания природных явлений в мерзлотоведении трудно назвать точными в физико-геологическом смысле, поскольку они основываются на физически неверном представлении о проникновении холода (мороза) в земную кору. «Морозное пучение», «морозобойное растрескивание», деятельность мороза вообще — сказочно-поэтические представления, ничего общего не имеющие с физическим понятием о работе тел за счет тепла (внутренней энергии в переходе).

К сожалению, это не единственный пример использования житейских слов в мерзлотоведении, что исторически было связано с физически неправильным толкованием природных явлений. «Вечная» мерзлота также не является вечной в полном смысле слова, а, напротив, при соответствующем изменении условий теплообмена на земной поверхности она легко переходит в «талоту».

Первые в геокриологии логически непротиворечивые частнонаучные понятия были составлены из результатов целенаправленных наблюдений за процессами и математического анализа опытных данных в свете общих физических и физико-химических законов и принципов. В физике и физической химии имеются понятия, необходимые (хотя и недостаточные) для построения теории происхождения объектов геокриологии, а недостающие понятия (категории) и принципы следует искать в геологии, главным образом в таких ее разделах, как петрография, литология.

В геокриологии примерно за одно столетие очень многие понятия претерпели изменения, и не во всех случаях, в силу различного рода причин, произошло адекватное изменение терминологии. Становление новых понятий и разработка терминологии продолжаются и в настоящее время.

Поэтому очень важно в этом вопросе руководствоваться современными методологическими и физическими подходами. Один из таких подходов — системный.

В геокриологии понятие «система» фундаментально. М. В. Ломоносов и В. В. Докучаев впервые рассмотрели почву и грунт (подпочву) как сложную систему с сильными внутренними связями и во взаимосвязи с внешней средой (атмосферой и космосом). Совокупность почвы и грунта мы называем почвенно-грунтовым комплексом. М. В. Ломоносов большое значение придавал энергетике комплекса, связывая ее непосредственно с облучением земной поверхности Солнцем, а не с климатом. В дальнейшем эта идея была развита А. И. Воейковым. Таким образом зародилось физико-геологическое понятие «теплообменная геосистема» как совокупность обменивающихся теплом слоев, толщ, массивов горных пород, так называемого деятельного слоя (т. е. почвы с растительным и снежным покровами), а также приземного воздуха. Это отвечало разработанному в 1904 г. А. И. Воейковым учению о бюджете (балансе) тепла в деятельном слое, почве. Известно, что в среднем 76% суммарной солнечной радиации попадает непосредственно на деятельный слой. Изучения бюджета тепла и температурного режима внешнего деятельного слоя (по Воейкову), т. е. растительного и снежного покрова, а также подстилающей его почвы (внутреннего деятельного слоя) и подпочвы достаточно, чтобы не использовать отвлеченное понятие «климат» в геокриологических исследованиях.

Заметим, что с позиций системного подхода понятие «среда» означает внешнее граничное условие для изучаемой системы (объекта). Поэтому применение слов «среда» и «условие» не всегда уместно. Их часто применяют не по отношению к объектам науки, в данном случае — геокриологии, а к отраслям прикладной деятельности человека. Например, широко используемый в строительстве термины «геокриологические условия» в смысле условий для строительства, а также «геологическая среда» становятся непонятными и логически неверными при региональных исследованиях ландшафтов. В этом случае лучше говорить «геокриологическая обстановка», «физико-геологическая система» или «геокриологическая система», поскольку сами они формируются в определенных физико-географических и геологических условиях.

В геокриологической литературе можно встретить и укоренившиеся неудачные, вследствие неуместного применения физических понятий, термины. Таковы, например, слово «мощность», используемое в смысле толщины («мощность снежного покрова», «мощность сезонноталого слоя» и т. п.), и выражение «работа сооружения». С термодинамических позиций также неверно говорить «тепловое состояние» геологической или геокриологической системы, поскольку тепло — это только форма обмена энергией системы с внешней средой; лучше в таком случае использовать выражение «термическое состояние».

Внешняя среда почвенно-грунтового комплекса как геокриологической системы довольно сложна и заслуживает подробного рассмотрения. Важнейшим объектом этой среды следует считать Солнце, а не атмосферу, термическое состояние которой зависит решающим образом от солнечного сияния и облучения (инсоляции) почвы.

С мерой нагревания почвы солнечными лучами в среднем за ряд лет связано понятие древних греков, выраженное словом «климат». Оно означало наклон солнечных лучей к земной поверхности. Теперь под этим термином подразумевают многолетний статистический режим погоды, характерный для данной местности в силу ее географического положения. Режим погоды — это периодическое и непериодическое изменение значений главных метеорологических элементов (температуры и влажности воздуха, направления и скорости его движения, облачности, осадков и пр.) за сутки, сезоны, годы, ряды годовых периодов. Но вследствие того, что почвенно-грунтовый комплекс сам активно воздействует на термическое состояние атмосферы, приведенное только что определение климата становится недостаточным. Выходит, что климат — это среднее (без учета флуктуаций) за два-три десятка лет состояние большой системы, включающей участки земной коры, атмосферу, космос, океан и т. д. Такое состояние феноменологически и проявляется в виде режима погоды.

Геокриологам приходится пользоваться понятием о климате как о среднем состоянии атмосферы и внешнего деятельного слоя почвенно-грунтового комплекса на протяжении одного или ряда годовых периодов, а не десятков лет, что существенно в практическом смысле, поскольку наблюдения показывают, что последовательным и однонаправленным изменениям режимов погод за пять-шесть и реже более 20 годовых периодов соответствуют понижения или повышения средней годовой температуры грунта на 0,5—1,0°С. Они вполне сопоставимы с теми, которые связываются с похолоданием или потеплением климата в течение столетий.