Подобно поясу жарких сухих пустынь, окаймляющему азиатский материк с юга, от Каспийского моря до берегов Тихого океана, на севере его тянется сплошная полоса холодных, сырых тундр от берегов Белого моря до Берингова пролива. И так же, как пустыни, северные тундры привлекали к себе исследователей и путешественников.
В середине XVIII столетия штурман Семен Челюскин проплыл по р. Енисею и прошел вдоль северных берегов Сибири, побывав на самом северном мысе полуострова Таймыр, далеко выступающего в Северный Ледовитый океан.
Во время своего путешествия С. Челюскин записывал наблюдения над состоянием погоды и строением берегов этой далекой окраины нашей страны. Вот некоторые из заметок, сделанных этим отважным исследователем сибирской тундры, который совершил свое путешествие в тот век, когда не было ни радио, ни электромоторов, ни даже паровых машин. Они относятся к маю 1742 г., когда он двигался с тремя нартами вдоль берега моря:
4 дня мая 1742 г.
«Погода пасмурная со стужей, пополудни в 1-м часу поехал в путь свой.
Здесь мыс высоким яром, на котором земля глина.
Погода пасмурная, туман велик, что ничего не видно.
Берега высокие, по которому земля глина и камень».
5 дня мая 1742 г.
«Погода пасмурная, снег и туман великий, так что
ничего вперед не видно, а для того стояли на месте, понеже описание чинить не можно.
Берег пологий и высокий, по которому земля глина».
8 дня мая 1742 г.
«Погода мрачная с просиянием солнца и великая поземная метель, так что ничего не видно, стояли на месте».
В середине прошлого века большое путешествие по Сибири совершил наш ученый-натуралист А. Миддендорф, оставивший подробное описание его в своей большой работе «Путешествие на север и восток Сибири».
Он был командирован Академией Наук на Таймырский полуостров и в Якутскую область для изучения климата этих областей и постановки наблюдений над температурой земли на различной глубине в полосе холода — в Якутске.
А. Миддендорф из Красноярска с большим трудом дотащился с тремя спутниками по «почтовому тракту» до Туруханска. Там он с помощью ручного бура произвел наблюдения над температурой земли на различной глубине.
Приготовившись к дальнейшему путешествию, экспедиция выехала в село Дудинку, лежавшее на северной границе произрастания лесов.
Пользуясь упряжными собаками и оленями, которых запрягают в легкие нарты, экспедиция из Дудинки проехала в село Введенское, а оттуда большой Низовой тундрой до рч. Дудыпты и далее до озера Таймыр.
Подвигаясь в северо-восточном направлении к р. Боганиде и через Белый хребет, они попали в Холмистую и Нагорную тундры, разделенные долиной реки на Малую Низовую и Авамскую тундры. Далее на север на берегах р. Дудыпты оказалось криволесье, что объясняется только защищенностью его от северных холодных ветров.
Путешествуя то вместе с кочующими ненцами, то в. одиночестве на нартах, запряженных быстроногими оленями, то в челноке по рекам и озерам, А. Миддендорф, часто рискуя жизнью, объездил весь Таймырский полуостров. Наконец, потерпев крушение на лодке, он должен был ждать в течение 20 дней, пока его больного и истощенного голодом подобрали ненцы и доставили на оленях в русское село, так как его спутники ушли за помощью пешком и вовремя не успели возвратиться.
Эта огромная область тундр была совершенно безлюдна, и до устья р. Таймыр, впадающей в Ледовитый океан, не доходили даже кочующие на оленях вездесущие ненцы. Предоставленные собственным силам, А. Миддендорф и ею спутники сделали много интересных наблюдений, объясняющих условия образования тундр.
А. Миддендорф отметил, что при полной противоположности между степями и холодными тундрами немногие породы произрастающих в этих областях растений, по его мнению, относятся к близким между собой видам. Он объясняет это тем, что те и другие должны приспособиться к ветру, который владычествует и в степях и в тундре.
Несмотря на недоступность Таймырского края, старинные западноевропейские карты дают удивительно правильное представление об очертаниях этого полуострова, его реках и озерах, но источник происхождения этих сведений о Таймыре не ясен. Достоверны лишь путешествия к северной оконечности этого полуострова упомянутого уже Семена Челюскина и Лаптева, которым удалось обогнуть самую северную область азиатского материка.
В наше время тундра исследуется планомерно с 1928 г. для выяснения условий возможного развития в ней оленеводства и изучения растительного мира. Многочисленные исследовательские партии рассыпались на просторах от Кольского полуострова до р. Оби, на Анадыре и Пенжине, на Таймырском полуострове (в лесотундре) и на Чукотке.
В целях изучения своеобразного явления вечной мерзлоты, очень распространенного в области тундр, но встречающегося и в других местах, основан особый институт, работающий под руководством акад. В. А. Обручева.
Сперва Комиссией по изучению вечной мерзлоты, а затем Институтом были обследованы бассейн р. Воркуты, низовья Енисея, окрестности Якутска и организованы постоянно действующие станции в районах вечной мерзлоты — на р. Воркуте, на Игарке и на Чукотском полуострове.
К северу от линии: Обдорск — низовья р. Таза — устье притока Енисея р. Хантайки — Индигирка — Нижне-Колымск — верховья р. Анадыря, лежит полоса сибирской тундры, захватывающая все побережье и часть островов Ледовитого океана.
Вошедшее в географию всех народов слово «тундра» имеет финский корень, и точное его значение неизвестно. Жители севера Сибири под тундрой понимают безлесные пространства севера и торфяники, но в науке под тундрой или тундровой зоной подразумевается географическая зона, характеризуемая определенным типом растительного покрова.
Резкую границу между тундрой и северными болотами и лесами провести нельзя, и они постепенно сменяют друг друга; тундра вторгается в область покрытия лесами северных болотистых равнин Сибири, а леса часто покрывают изолированные участки среди тундр; однако можно наметить зоны, где при переходе от лесных участков к тундрам меняется тип растительности, и их можно считать южными границами тундр.
Причиной изменения характера растительности при переходе к тундрам служит низкая средняя температура почвы тундр и господство на их пространстве сильный ветров. Деревья приобретают печальный вид, горбятся и становятся ниже. Сердцевина их часто загнивает, и дерево гибнет. Верхушки наклоняются в направлении, противоположном господствующим ветрам. Остаются лишь немногие породы деревьев, могущие приспособиться к условиям холодных, ветреных погод, покрывающие так называемую лесотундру. Растительность болот также становится беднее; поверхность заболоченных пространств зарастает лишайником. Глубина болот становится меньше, а слой торфа — значительно тоньше.
Совершенно очевидно, что для растительности на поверхности земли существуют северные границы, дальше которых она не может нормально развиваться, и их устанавливает средняя годовая температура.
Далее к северу, где на невысоких плоскогорьях появляются вечные снега и льды, перемежающиеся арктической щебневой пустыней, лежит северная граница тундр, которая пересекает Новую Землю, острова Франца-Иосифа и часть Новосибирских островов.
Так арктическая полоса делится на две зоны: северную — снеговую и южную — тундровую, ограниченную с юга зоной лесов.
Климат тундровой зоны довольно разнообразен. Средняя годовая температура в различных ее частях меняется от —4 до —17°, что объясняется влиянием морских течений и температуры вод Ледовитого океана. На западе она умеряется теплым течением Гольфстрема, в центре и на востоке охлаждается водами Берингова моря. Несомненно, что южная полоса тундры приблизительно параллельна побережью Ледовитого океана.
Средняя температура самого жаркого месяца — июля — в полосе тундры колеблется от +3° на севере Таймыра до +14° на южной границе тундр. Зимой она падает, достигая в среднем (январь) от —16° на Новой Земле до —40° в Якутии.
Климат тундр очень суров, так как на просторе тундр свирепствует жестокий ветер, скорость движения которого достигает 6—7 м/сек. Он сносит с возвышенных мест снега в низины, загромождая их мощными сугробами.
Количество осадков в тундре не велико и составляет в ее различных частях не более 150—400 мм, из которых только 10% приходятся на зиму. Поэтому слой снега, покрывающий безлесные равнины тундр, не превышает 15—20 см. Только в лесотундре он достигает 40—60 см.
Температура почвы тундр не высока, а с углублением быстро понижается и, наконец, падает до нуля. Начинается слой вечной мерзлоты. Это явление наблюдается на огромных пространствах тундр, и лишь на небольших участках в лесотундрах, где имеются проточные воды, исчезает слой вечномерзлых грунтов. Даже на юге лесотундры на Дальнем Востоке температура почвы летом на недолгий срок поднимается до 10—15°, а на Таймыре она в июле и августе на глубине 20 см не превышала 0—5°.
По мере движения с юга на север и проникновения в зону лесотундр ландшафт меняется: деревья становятся ниже и реже, переходя в кустарник; они уже не образуют сплошных лесов, а разбиваются на группы и заросли, разделенные безлесными площадями. Это редколесье, по мнению некоторых исследователей, объясняется сухостью воздуха в тундре во время длительной зимы, когда влага почвы замерзает, а сильные ветры сушат растительность и почву.
Однако в последнее время возникают сомнения в правильности этого объяснения, и некоторые исследователи считают причиной этого явления недостаток поступления влаги в ткани дерева в течение летнего периода и недостаток питательности почвы тундр. Опыты также показали, что при температуре ниже —20° растения не могут испарять заключающуюся в их тканях влагу.
Деревья лесотундры, как и песчаных, сухих пустынь, имеют своеобразный облик, резко отличающий их от деревьев зоны лесов: они достигают в высоту не более 6—8 м, а в толщину — не более 30 см; их тонкий ствол искривлен и наклонен в сторону от господствующих ветров.
В сибирской лесотундре произрастает лиственница, а на востоке — тополь, береза и древовидная ива. Эта замена вечнозеленых сосен и елей лиственными деревьями объясняется воздействием сухой, суровой зимы, которой лучше противостоят породы, сбрасывающие листья.
В зависимости от свойств грунта тундры ее растительный покров резко меняет свой характер. Песчаная и щебенчатая почва редколесья, где не бывает толстого слоя снега, покрывается лишайником. Лишайниковые ельники иногда встречаются в самой южной части лесотундры от Белого моря до Енисея. Но больше всего в лишайниковой лесотундре Сибири сибирской лиственницы с деревьями высотой от 5 до 8 м. В ней не только почва, но даже ветви деревьев покрыты прядями лишайника. На террасах речных долин эти деревья гуще и выше, и им сопутствует подлесок из березы и ольхи. В южной лесотундре к лиственнице примешивается и ель.
Там, где песчаная почва заменяется хорошо дренированной глинистой, лиственничные леса становятся еще более угнетенными, чем на песках: деревья ниже, верхушки искривляются еще более и сохнут. Почва таких лесов покрыта мхом.
Моховые лиственничные леса встречаются по склонам холмов южной лесотундры, а севернее их можно встретить лишь по краям речных долин. Они обычно гуще лишайниковых, но перемежаются безлесными, покрытыми кустарником участками, которые к северу становятся все чаще, и лесотундра переходит в моховую тундру.
На площадях с более богатыми почвами и залеживающимся снегом и обильной водой весной вместо лишайников и мхов развиваются разные травы, покрывающие землю между деревьями и кустами лесотундры. В равнинной лесотундре Сибири и Дальнего Востока много таких травянисто-кустарниковых лесов по речным долинам. В них встречаются красная смородина и другие кусты. К этому виду лесного покрова близки березовые, тополевые и ивовые леса восточной Якутии и Дальнего Востока, заходящие далеко в лесотундру бассейна Анадыря и Пенжины.
Лесотундра служит переходной зоной к кустарниковой тундре, где уже не растут деревья, а вместо них — кустарниковые ива и береза и вечнозеленые кустарнички тундровой зоны. Существование кустарников обусловлено еще довольно значительными по сравнению с более северными частями осадками и большей защищенностью от зимних ветров. Кустарниковая тундра также бывает лишайниковой или моховой. На песках и щебнистых почвах земля между кустами покрывается сплошным лишайником, а на суглинках — мхом.
Дальше к северу зимой ветры так жестоки, что уничтожают все побеги, поднимающиеся над поверхностью тонкого снегового покрова. Кустарники исчезают и встречаются лишь на склонах, хорошо защищенных от ветра снегом. Начинается наиболее типичная тундра. Возрастает количество озер и болот в низинах. Все плоские повышенные пространства и открытые склоны холмов покрыты лишайником и мхом. На бесснежных местах развивается пятнистая тундра, покрытая пятнами расплывшихся суглинков, разделенных между собой полосами растительности. При этом голые пятна занимают повышенные участки, а растительность прячется в защищенных снегом ложбинках.
Там, где зимой задерживается снег, можно наблюдать тундровые луга. Это лужайки, на которых растут разнообразные травы. По краям сугробов, лощин и оврагов, где скопляется много снега, травы так разнообразны и ярки, что лужайки кажутся цветниками на однообразном фоне лишайников и мхов. Там можно встретить злаки и цветы, нередко попадающие, не успев отцвести, под новый снеговой покров. Эти лужайки сходны с альпийскими лугами горных стран.
Наконец, еще далее на север лежит зона арктической тундры. Зимние ветры там еще более суровы, а снеговой покров тоньше и прибивается ветрами так, что по нему можно ходить, не проваливаясь, без лыж. Поверхность почвы от мороза разбивается трещинами на плоские кочки. Лед в трещинах сохраняется до середины лета. Появляются пятна расплывающегося суглинка. Лишайниково-моховый покров сохраняется лишь в ложбинках, где растут только самые выносливые из растений тундры. На открытых местах растительность исчезает, и только изредка встречаются отдельные небольшие группы цветковых растений. Далее к северу тундра кончается, и начинается зона арктических пустынь.
Появление тундр относится к началу последнего ледникового периода на Земле. Вдоль всей границы льдов тогда лежала тундра, подобно тому, как в наше время ежа лежит на границе льдов в Гренландии и на полуострове Лабрадор. Ландшафт древних тундр ледникового периода, по-видимому, не отличался от современного, о чем можно судить по ископаемым остаткам.
В тот период, как и в наше время, полоса тундр отделялась лесами от полосы степей. При изменении климата эти полосы перемещались. По мере отступления льдов на север на тундры надвигались леса, а вслед за ними распространялась далее к северу и степь. Наступившее в позднейшее время и продолжающееся до наших дней ухудшение климата позволило тундрам продвинуться несколько на юг и занять местами часть прежней полосы лесов.
Чрезвычайно характерное явление тундровой зоны — вечная мерзлота, которая встречается, впрочем, и в других районах с низкой средней годовой температурой.
Хотя с этим явлением приходилось сталкиваться людям с чрезвычайно давних времен, однако планомерное изучение его началось очень недавно.
Теперь поясом вечной мерзлоты называют слой почвы, в котором круглый год температура стоит ниже точки замерзания воды. В зависимости от количества влаги в этом слое почва может походить на лед, на замерзшую массу или, если она суха, по виду ничем не отличаться от обычного состояния ее (например, слой сухого песка).
Местные жители — якуты, чукчи, тунгусы и якутские казаки — не только знали о вечной мерзлоте, но даже устраивали погреба, в которых сохраняли в замерзшем состоянии продукты. Учеными первые сведения о ней были получены во время находок в Сибири сохранившихся трупов мамонтов, но впоследствии с вечной мерзлотой пришлось столкнуться при сооружении водопроводов и постройке зданий, так как условия мерзлых почв опрокидывали все расчеты: вода в зарытых в землю трубах замерзала и разрывала их, фундаменты и здания неожиданно разрушались.
Однако даже в XIX в. некоторые геологи, как Леопольд фон Бух и др., еще не хотели верить в существование вечной мерзлоты, так как не могли себе представить, чтобы в почве выше вечномерзлого слоя могли расти высокоствольные деревья. Но русские ученые продолжали изучение вечной мерзлоты, существование которой и было доказано Миддендорфом. Он писал:
«У Таймырского озера на открытой возвышенной тундре… прокопали мы растительный слой земли, песок и глину, но на глубине 18 дм (0,46 м) встретили крепко замерзшую землю… Под мхом на низменностях на глубине нескольких, даже 2 ф. (0,6 м), уже оказывался лед, в котором даже в августе незаметно было признаков таяния».
Этот опыт был сделан Миддендорфом во многих других местах тундры, где также была встречена мерзлая почва. Ее находили и многие другие исследователи Сибири. В настоящее время известно несколько сот пунктов, где под обычной почвой лежит вечномерзлый слой, иногда очень большой толщины.
В разных местах он лежит на различной глубине. Так, в Мезени тундра, как нашел Миддендорф, летом не оттаивала глубже чем на 2 м, в Березове (на р. Оби) в 1821 г. была вскрыта могила сподвижника Петра I — Меньшикова, и его труп через 92 года после погребения оказался нетронутым гниением вследствие низкой температуры почвы. В Иркутской области при разведках на золото близ дер. Дальняя Муя мерзлую почву нашли, начиная от первого до восьмого метра в глубину, но в других пунктах она начиналась и гораздо глубже.
Известно много случаев, когда вечномерзлая почва имеет значительные прослойки чистого льда. Так, еще в XVII в. Вуд нашел на Новой Земле в почве под слоем земли толщиной 1,8 м слой «крепкого, как мрамор», льда. Вблизи побережья Ледовитого океана крутые берега рек состоят из слоев почвы и твердого льда, как это нашел Геденштром. Описывая Большой Ляховский остров, Бунге говорит: «Иногда видны прямо колоссальные ледяные массивы такой мощности, какую мне не приходилось наблюдать на Лене и на Яне. В одном месте вертикально стоящая ледяная стена достигала 72 ф. (22 м). Лед мутный, содержит много воздушных пузырьков и землистых примесей».
Очень интересно установить, когда же образовалась вечная мерзлота.
Одни ученые считают, что это явление связано с современными климатическими условиями: там, где средняя годовая температура ниже нуля, существует и образуется вечная мерзлота, конечно, при том условии, если другие обстоятельства не мешают ее образованию.
Так думает, например, Шостакович, который говорит: «Нам кажется, что присутствие вечной мерзлоты в тех местностях, где годовая температура воздуха ниже 0° и где почва не защищена толстым снежным покровом, легко может быть объяснено ежегодным избытком отрицательных температур. Почва в течение зимы теряет значительно больше тепла, чем получает его летом… С каждой зимой толща мерзлого слоя будет увеличиваться до тех пор, пока промерзание не достигнет тех глубин, где проникающий холод будет уравновешиваться теплотой более глубоких слоев почвы. С этой точки зрения образование мерзлоты представляется явлением современным и вполне объяснимым действием существующих условий».
Сторонники этого мнения в подтверждение того, что образование вечной мерзлоты в Сибири началось в последнем, четвертичном, периоде существования Земли, приводят в виде доказательства находку в 1912—1913 гг. при поисках на золото в верховьях р. Хара-гол, правого притока р. Ориона (в 213 км к югу от Кяхты), в слое вечной мерзлоты остатков неолитического человека очень высокой культуры, умевшего уже обрабатывать металлы и делать изящные вещи из камня и рога.
Однако наличие мощных слоев чистого льда на большой глубине не объясняется сторонниками этих взглядов, и ископаемый лед они принуждены считать наследием более древних геологических эпох.
Если даже считать, что подобное образование на большой глубине льда и мерзлых почв могло происходить под влиянием современного климата, то потребовались бы такие промежутки времени, которые все равно отодвинули бы начало образования их к ледниковому периоду и дальше.
Поэтому естественнее предположить, как делает это Григорьев, что «в районах, где встречаются постплиоценовые ископаемые льды, мерзлота существовала непрерывно с самой ледниковой эпохи» и что «если вечная мерзлота возникла в предшествующую нашей геологическую эпоху, то в настоящее время она сохраняется лишь в тех районах, в каких она могла бы развиться и сейчас, так как иначе она уже давно успела бы исчезнуть».
Доказательством древнего происхождения вечной мерзлоты сибирской тундры и служат находки сохранившихся в ней трупов мамонтов и носорогов, живших несколько десятков тысяч лет тому назад.
Вот как описывает геолог Воллосович гибель мамонта, труп которого был найден в 1844 г. на берегу р. Санга-Юрях: «Он погиб летом (на нем цел густой подшерсток); подойдя к берегу, где была мерзлая почва со включением ледяных слоев, он завязнул в грязевых потоках. Он долго дергал правой задней ногой, пытаясь выбраться из грязи, но неудачно и свалился на правый бок. Его заливало грязью все больше и больше, хищники растаскали из его тела всё, что могли, пока не залило его всего потоком грязи. Из его трупа сохранилось лучше то, что было ближе к тогдашней вечной мерзлоте».
Известный исследователь Сибири Черский нашел в Нижнеудинской пещере (под 54° с. ш.) замерзшие остатки песца. Значит песец, обитатель полярных стран, жил когда-то так далеко на юге, где, очевидно, в те времена был суровый, полярный климат. Его труп пролежал в промерзшей пещере, которая еще не успела с тех пор оттаять, и сохранился до наших времен.
Очевидно, и вечномерзлые почвы Сибири образовались в ту же эпоху, — такой вывод из этих фактов делает современный исследователь вечной мерзлоты Сумгин М. И.
Что же касается вечной мерзлоты арктических тундр, где и теперь господствует климат Заполярья, то там вечная мерзлота может образовываться и в наше время.