Факультет

Студентам

Посетителям

Следы древнего холода

Ледники оставили многообразные следы, с которыми можно столкнуться прямо на поверхности земли; они широко распространялись на территорию многих стран в северных и средних широтах. Значительно позднее, почти на целое столетие, в пунктах, расположенных далеко к югу и юго-западу (в Европе и Северной Америке) от области современного существования многолетней мерзлоты, были обнаружены и правильно определены следы древних «подземных оледенений» или древней мерзлоты, близкой по возрасту покровным оледенениям.

Первые сведения об «ископаемых следах мерзлоты» относятся к концу XIX в., когда в толщах отложений, часто на глубинах в несколько метров, были встречены необычные формы. Они представляли собой различные нарушения однородности или слоистости: всяческие трещины, внедрения одного слоя в другой, смятия. Размеры таких форм составляли от одного до нескольких метров по вертикали и 1—2 м в ширину. Их возникновение первоначально объясняли и тектоническими причинами, и деятельностью водных потоков, и воздействием древних ледников.

В классической работе польского ученого А. Добровольского «История природных льдов», вышедшей в 1923 г., перигляциальные формы и процессы выделялись уже в особую, самостоятельную категорию.

В начале нынешнего века на Северной Аляске американским ученым Леффингвеллом был собран большой материал о строении вечномерзлых толщ и мерзлотных формах — полигональных образованиях, свойственных этим районам.

Наблюдения русских мерзлотоведов в различных районах Сибири, в суровых, континентальных условиях, существенно расширили сумму знаний о мерзлоте и мерзлотных явлениях.

В целом в первой четверти XX в. в Средней Европе, Англии и Северной Америке находки древних перигляциальных форм, или деформаций, были далеко не единичны. Одной из наиболее ранних сводок по территории Германии была статья немецкого исследователя В. Зоргеля, опубликованная в 1936 г. и содержащая сведения о различных смятиях и трещинах в грунтах — перигляциальных образованиях. Их подразделяли на 4 основные группы: «ледяные клинья», структурные почвы, морозные смятия слоев и солифлюкцию (солифлюксий). Были обнаружены «ледяные клинья», которые достигали 4 м по вертикали и ширины 1—2 м (их возникновение связывали с древними морозобойными трещинами), структурные почвы, называемые также «кипящими грунтами» или «кипунами». Последние предполагают движение и перемешивание грунтов и имеют 1—2 м в поперечнике. Морозное смятие слоев также проявилось в перемещениях грунтов, хорошо выраженные формы были встречены в Германии, Англии и других странах Европы. Следы солифлюкции, или течения по склону, были, пожалуй, наиболее многочисленны.

В 1940 г. в Бюллетене геологического отделения московского Общества испытателей природы А. И. Москвитин сообщил о находке «ледяных клиньев» или клиновидных трещин в стенках карьеров, расположенных почти в центре Русской равнины: у пос. Михайлов к юго-западу от Рязани и в районе пос. Пречистого к северо-востоку от Смоленска. В 1947 г. статья того же автора названа более определенно: «О следах мерзлоты и необходимости их распознавания». В новых пунктах нахождения следов древней мерзлоты они также имели клиновидную форму и сравнительно небольшие размеры: 1—1,5 м высотой и ширину в верхней части до 1 м. Подчеркивалось, что древняя мерзлота скорее всего существовала на расстояниях 200, 300 и более километров от края ледника.

Складывалась схема, согласно которой за пределами покровных ледников, вдоль их периферии, создавались условия, естественно суровые, полностью «диктуемые» ледником — перигляциальная зона. Благодаря холодному дыханию ледника появлялась вечная мерзлота. Следы той древней вечной мерзлоты в виде трещин, клиньев и смятий и обнаруживаются в разрезах.

Чтобы понять смысл и значение обнаруженных явлений, необходимо сделать небольшое отступление и познакомиться с некоторыми процессами, происходящими в области современного распространения многолетней мерзлоты. Ее граница проходит по северной кромке европейской части СССР, за Уралом резко опускается к югу на территорию Западной Сибири, захватывает Восточную Сибирь, Дальний Восток. В северо-западной Якутии многолетняя мерзлота достигает максимальных мощностей (почти 1,5 км), в северном Забайкалье доходит до 1,3 км. В высоких горах Памира, Тянь-Шаня вечномерзлые толщи, возможно, превышают по мощности и эти значения.

В Северной Америке многолетней мерзлотой заняты север Канады и США, ее граница проходит южнее Гудзонова залива и захватывает почти всю Гренландию. Мерзлота существует в районах высокогорий на других континентах, а также в Антарктиде; общий объем подземных льдов П. А. Шумский оценивает цифрой около 0,5 млн. куб. км.

Мощность многолетнемерзлых пород может изменяться от нескольких метров по южной и западной окраинам области мерзлоты до нескольких сот и даже более тысячи метров в центральных и северных районах. В теплое время года верхний слой земли до глубины 0,5—2,5 м может протаять на 2—3 летних месяца, но с наступлением холодов опять примерзает, образуя единую мерзлую толщу. Поэтому верхняя часть грунта носит название сезонно-талого — деятельного слоя, а ниже расположена многолетнемерзлая толща (вечная мерзлота).

Мерзлые грунты характеризуются постоянной отрицательной температурой, замеряемой на глубинах 10—15 м и составляющей от 0 до —15°.

Ежегодное промерзание земли приводит к протаиванию верхних слоев, формированию морозобойных трещин, что характерно для области многолетней мерзлоты. В самых холодных и континентальных районах в ясные зимние дни происходит быстрое и резкое выхолаживание открытых и возвышенных участков земли, при этом на них могут образовываться трещины.

При понижениях температуры грунта мерзлая толща испытывает сокращения, сжатия тем большие, чем быстрее нарастает холод. На земле образуется сетка трещин — сначала нешироких и редких. При более сильных морозах трещины образуются чаще. В местах пересечения трещин формируется замок, или узел, — некоторое расширение, заполняющееся льдом или грунтом. Расстояние между соседними трещинами и общий рисунок полигональной решетки зависят от величины отрицательных температур и от литологии грунтов. На однородных грунтах типа глин или суглинков образуется правильная, часто четырехсторонняя полигональная решетка; на разнородных грунтах типа моренных суглинков с валунами рисунок полигональной сетки неправильный: полигоны могут быть трех — и пятисторонней формы с извилистыми границами. В речных отложениях, например, трещины могут повторять изгибы реки.

Существует много описаний возникновения трещин в области современной мерзлоты. Одно из самых первых было сделано А. Е. Фигуриным еще в 1823 г.: «Трещины во льду и земле делаются от стужи… низменные места, водой упитанные и мало в зимнее время покрытые снегом, преимущественно подвергаются трещинам. Места сии бывают вдоль и поперек почти непрерывными щелями, так сказать, изуродованы».

Возникновение трещин сопровождается гулом, по земле пробегает черная зияющая извилистая или ломаная полоса шириной от нескольких до десятка сантиметров. Если в толще грунтов сделать разрез, пересекающий темную полосу, то мы увидим узкую, с неровными краями трещину, проникающую вглубь до 2—3 м. Трещины могут заполняться снегом, льдом, грунтом и таким образом зафиксироваться в толще земли; при ежегодном сильном промерзании трещина растет, и ее ширина увеличивается. Ежегодный прирост ширины может составлять от 0,5 до 2 см вверху, одновременно может несколько увеличиваться глубина трещины.

В результате повторения процессов первоначальная трещина превращается в «повторную жилу», состоящую из льда или грунта или из их смеси. Нижняя часть жилы, проникающая в толщу многолетнемерзлых, не оттаивающих летом грунтов, сохраняется круглый год, а верхняя часть разбивается новыми трещинами при последующих зимних падениях температур. Зафиксированная трещина сохраняет след о глубоком воздействии низких температур — проникновении холода. Трещины пересекаются, образуя решетку или сетку, разбивают единый массив грунта на ряд отдельных блоков, или полигонов, и формируются полигонально-блочные образования.

На однородных грунтах они имеют тетрагональную или пентагональную форму, с 4—5-сторонними ячейками-полигонами. При взгляде сверху, с самолета, кажется, что на такие участки наложена частая темная сетка. При изменении природных условий, например потеплении климата, мерзлота деградирует, лед вытаивает и полости полигональных жил, содержавшие лед и грунт, частично разрушаются, частично заполняются грунтом, переходя в реликтовое состояние. Как писал еще в 1936 г. В. Зоргель, не так важно, чем заполнены «ископаемые клинья», важен и неоспорим вывод о наличии древней мерзлоты, без которой они не могли бы вообще образоваться.

Помимо клиньев к проявлениям древней мерзлоты относятся уже упоминавшиеся следы солифлюкции, перемешивания, образование ячеистых грунтов, различных бугров и т. д. Современные мерзлотные процессы характеризуются различными текстурами льда в грунтах, смятиями и перемещениями слоев при промерзании, явлениями течения грунтов по склону, разрушения скал и каменных глыб (десквамация), вымораживанием, образованием наледей, бугров пучения, термокарстовых впадин и котловин. Даже пески и валунные суглинки после длительного воздействия мерзлоты могут измениться и будут сильно отличаться от первоначального, исходного материала.

Не все из этих процессов оставили в толще грунтов заметные, «читаемые», следы, точнее говоря, следы не всех процессов мы умеем распознавать, фиксировать и анализировать в настоящее время.

Таким образом, было бы неправильно, описывая древние мерзлотные процессы, говорить только о клиновидных формах; они лишь самые яркие следы древнего холода. Воздействие низких отрицательных температур на древнюю поверхность земли и толщу грунтов проявилось в виде многочисленных мерзлотных форм.

Практически одновременно с клиновидными структурами в геологических разрезах стали выделять следы иных образований. Отмечались смятия, перемешивание и взаимное проникновение слоев, называемое криотурбациями. Они образовались вследствие огромных напряжений, возникающих в грунтах и почвенных водах при промерзании.

В разрезах были встречены следы солифлюкции, или течения по склону, при котором сползают массы грунта и могут формироваться солифлюкционные террасы — уступы, осложняющие склоны. Многочисленные наблюдения приводят к выводу о возможном сохранении следов древних текстур — особого строения мерзлого грунта с прослоями льда, — строения, свойственного только мерзлым породам.

Обычно активные процессы изменения природы мы связываем с динамично проявляющимся воздействием текучих вод, ветра, солнца, осадков. Низкие отрицательные температуры и лед при определенных условиях также производят значительную работу, например по преобразованию горных пород — физическому выветриванию. Начинают действовать законы различной теплопроводности песка, камня, льда, изменения объемов, переходов из одной фазы в другую. В процессе физического выветривания самое главное, самое разрушительное — переходы через 0°, т. е. промерзание и оттаивание. В талом, а тем более в мерзлом состоянии многие природные системы могут сохраняться неограниченно долго; при частых и резких колебаниях температур разрушаются даже скальные монолиты.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: