Факультет

Студентам

Посетителям

Застывший термометр

Как мы уже знаем, древняя мерзлота оставила разнообразные следы, различающиеся и по форме и по размерам.

При полевых исследованиях в одних разрезах обнаруживаются мелкие миллиметровые сеточки или прослои, чуть заметные прожилки, в других — крупные клиновидные структуры, имеющие 4—5-метровую высоту, ширину — несколько метров, в третьих — в стенках карьера, под толщей ненарушенных, лежат, словно застывшие волны, перемятые в складки отложения. Серыми, зеленоватыми, синими, голубыми, коричневыми, ярко-оранжевыми и бледно-розовыми тонами бывают окрашены толщи вмещающих грунтов и древние мерзлотные деформации.

Чтобы разобраться во всем этом разнообразии древней мерзлоты, следы ее обычно подразделяют на две большие группы: структурные и аструктурные деформации. К первой группе прежде всего относятся древние полигональные формы, клиновидные формы, трещины и другие образования, имеющие четкое, часто симметричное строение в разрезах.

К аструктурным формам относят всяческие смятия, следы криотурбаций, солифлюкционного течения и т. д. Образование мерзлотных деформаций происходило при самых разнообразных режимах древней мерзлоты, в различных по влажности (льдистости) условиях, скорости и продолжительности промерзания и оттаивания грунтов, общей длительности существования мерзлоты. Наблюдения, проведенные в области современной мерзлоты, показывают, что мерзлотным формам свойственна вполне определенная зональность. Она в свою очередь обусловливается величиной среднегодовых температур грунта, абсолютными минимумами температур воздуха, скоростью понижения температур и другими факторами. Получить такие данные о древнем холоде, о мерзлоте, существовавшей десятки и сотни тысяч лет назад, представляется не только интересным, но и очень важным. Сопоставляя природные условия прошлого с современными, можно выявить закономерности развития и изменения природной среды, а значит, и прогнозировать ход основных процессов в будущем.

Какими же данными о древней мерзлоте мы можем располагать? Прежде всего должны существовать убедительные доказательства того, что выявленные в разрезах формы являются именно мерзлотными деформациями, и должно быть определено, к какой группе они относятся. Во-вторых, выясняется их приуроченность к определенным слоям, т. е. их геологический возраст. Прежде чем перейти к более конкретным характеристикам, отметим, что в настоящее время следы мерзлоты— это запись, в которой пока еще много неизвестных, а возможности для ее решения ограниченны. Но раз запись — следы мерзлоты в пластах пород — существует, нужно научиться ее читать и переводить на язык цифр. Считается, что наиболее подходящими объектами и наибольшей информативностью обладают полигональные клиновидные системы.

Действительно, в принципе они могут дать следующую информацию. Само присутствие клиньев в разрезах свидетельствует почти на 100% о существовании в прошлом вечномерзлых грунтов или (ориентируясь по форме клиньев) глубокого сезонного промерзания. Морфологические особенности клиновидных структур и характер вмещающих отложений позволяют судить о том, произошло ли промерзание грунтов и образование клиновидных систем после накопления всей толщи осадков (эпигенетический тип) или накопление отложений и промерзание происходило одновременно (сингенетический тип). Вертикальные размеры (высота) клиньев, согласно представлениям большинства мерзлотоведов, свидетельствуют о величинах современных и древних среднегодовых температур в толще мерзлых пород (tcp.). Работы, проводившиеся американскими исследователями Леффингвелом, А. Уошборном, Р. Блэком, советскими учеными Б. Н, Достоваловым, В. А. Кудрявцевым, Н. Н. Романовским и другими, позволяют приближенно вычислить зависимости вертикальных размеров клиньев и расстояния между ними от величин среднегодовых температур грунтов.

Согласно данным Н. Н. Романовского, клиновидные формы, достигающие глубины около 2 м, скорее всего образовывались при температурах пород близких к 0° С (tcp. = —2, —3°С). Более крупные клиновидные системы, достигающие 4—5 м по вертикали, формируются обычно при температурах грунтов —5, — 8°С, Характерно, что при самых низких температурах, свойственных арктическим районам, далеко не всегда возникают клиновидные формы, максимальные по высоте. При возрастании континентальности изменяется другой параметр полигональных систем — размеры ячеек полигональной решетки. Обнаруженные в разрезах полигональные системы, в которых клиновидные структуры высотой 3—5 м повторяются через 15—17 м, свидетельствуют о суровых условиях. Но в других случаях клинья, даже меньшие по высоте (до 2 м), повторяются в стенке разреза через 3—5 м, что при прочих сходных условиях свидетельствует о большей суровости, резко континентальном климате и низких среднегодовых температурах грунтов.

Среднегодовые температуры определяют состояние мерзлых грунтов на определенной глубине (10—15 м), и путем приблизительного расчета через геотермический градиент можно определить мощность слоя древней мерзлоты. Такие расчеты помазывают, например, что на территории Русской равнины в наиболее холодный период, когда формировался ярославский криогенный горизонт, мощность мерзлоты, возможно, достигала сотен метров. Как мы видим, эти расчетные данные хорошо согласуются с глубинами, на которых отмечена нижняя граница реликтового пласта мерзлоты, сохранившегося на северо-востоке европейской части СССР. Так, в толщах рыхлых отложений был обнаружен как бы «застывший термометр», на котором даже спустя 10—20 тыс. лет можно «прочесть» температуры древнего холода.

Итак, температуры, мощность мерзлоты, смены условий оставили свои характерные черты в деталях строения и морфологических особенностях следов древней мерзлоты. Но количество данных, получаемых при палеомерзлотных исследованиях, непрерывно увеличивается. Существуют расчеты продолжительности времени формирования клиновидных систем. При этом учитывается ширина реликтовых жил, и путем аналогий с ростом ледяных жил в современных условиях получают, что древние полигональные системы формировались приблизительно от одной до нескольких тысяч лет.

Сложное строение клиновидных структур с расширенной верхней частью, по мнению ряда исследователей, позволяет судить и о таком параметре, как глубина древнего сезонно-мерзлого, или деятельного, слоя. Она, возможно, составляла в среднем 1—2,5 м, но эта величина сильно колеблется в зависимости от литологии пород, положения участков, сохранности следов и других причин.

Определению мерзлотных образований в разрезах и их классификациях посвящены многие работы советских мерзлотоведов и геологов-четвертичников: А. И. Москвитина, А. И. Попова, Б. И. Втюрина, Т. Н. Каплиной, Н. Н. Романовского, Ю. А. Лаврушина, В. В. Баулина, Е. М. Катасонова и многих других.

Интересные материалы были получены впервые А. Архангеловым и А. Льянос-Мас, которые применили метод физического моделирования для решения проблем диагностики клиновидных грунтовых деформаций. Использованные модели, конечно, на 1—2 порядка были меньше натурных природных объектов, что позволило представить не количественные, а качественные связи между ними. При экспериментах формировался ярус ледяных жил шириной от 3—4 до 6 см и высотой 10—15 см. Но и эти первоначальные эксперименты показали принципиальную возможность моделирования псевдоморфоз, зависимость их формы и размеров от состава вмещающих грунтов, скоростей вытаивания. Несомненно, что работы в этом направлении являются интересными и перспективными и для реконструкций древних условий.

Но не только древний холод оставил свои следы при формировании и особенно деградации древней мерзлоты. Как показали наши исследования, при протаивании ледяных и ледогрунтовых жил и формировании псевдоморфоз ложбины полигональных систем представляли разветвленную сеть канав. Соответственно солнце сильнее прогревало микросклоны (высотой 1—1,5 м) южной экспозиции. Канавки, имеющие направление, близкое к широтному, испытывали намного больший прогрев южных микросклонов. При этом ускорялось протаивание бортов жил, их частичное обрушение, а впоследствии, при заполнении жил грунтами, можно отчетливо проследить признак асимметрии. Эта деталь представляется очень заманчивой: ведь мы можем по прожилкам, контактам пород, распределению заполнения внутри структур проследить влияние экспозиции на формирование мерзлотных структур. За долгую историю своего существования полигональные системы сохранили, особенно в заполнении клиньев, многие и многие черты, отражающие прошлую природную обстановку. Внутри клиньев нами были встречены створки моллюсков, ветки и кора деревьев, остатки древних почв. Как мы увидим в следующей главе, в заполнение клиновидных структур попадают даже остатки, связанные с деятельностью первобытных людей.

Мерзлотные процессы выражены в толщах отложений и в виде большой группы аструктурных форм. Смятия и перемещения грунтов могут захватывать горизонты до 1—2 м по высоте и прослеживаются иногда на десятки метров. По существующим представлениям, возникновение аструктурных деформаций обычно объясняют менее суровыми условиями, меньшими амплитудами и абсолютными значениями отрицательных температур.

Самое поразительное заключается, однако, в том, что вычисленные (реконструированные) таким образом палеотемпературы воздуха при формировании древних мерзлотных структур скорее всего составляли минус 40—50°, что соответствует редким минимумам, свойственным средней полосе Восточной Европы (Москва — Ярославль — Смоленск) в настоящее время. Помимо этого существенные различия были скорее всего в скорости понижений температур, в резких ветрах, малоснежных зимах, отсутствии растительности, т. е. в целом комплексе факторов.

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



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: