Мерзлотой называют горные породы, грунты и почвы, температура которых постоянно или сезонно опускается ниже нуля градусов по Цельсию. В таких условиях вода переходит в твёрдое состояние, образуя ледяные кристаллы. В умеренных широтах зимой промерзает лишь тонкий поверхностный слой — это сезонная мерзлота. Однако в высоких широтах ситуация принципиально иная: долгая суровая зима и короткое прохладное лето приводят к тому, что земля оттаивает только на глубину от 0,5 до 2 метров. Этот оттаивающий слой называют деятельным, или активным. Под ним круглый год сохраняются отрицательные температуры, формируя мощные толщи многолетнемёрзлых пород, которые также именуют вечной мерзлотой.
Глобальное распространение подземного льда
Области вечной мерзлоты сосредоточены в основном в приполярных регионах Земли. Крупнейшие массивы расположены в Сибири и на севере Северной Америки. Эти территории часто называют зоной подземного оледенения. В целом вечная мерзлота занимает более 20% суши планеты, а в России — почти половину территории. Однако распространена она не сплошным покровом. Под руслами крупных рек, большими озёрами и вдоль тектонических разломов, где активно циркулируют подземные воды, мерзлота прерывается. Эти незамерзающие участки называют таликами. Кроме того, на южных границах мерзлотной зоны и в высокогорьях, например в Гималаях, встречается островная мерзлота — отдельные изолированные пятна мёрзлого грунта.
Лёд как породообразующий минерал
В условиях вечной мерзлоты лёд становится полноценным минералом, формирующим горную породу. В толщах встречаются разнообразные ледяные включения: прослои, линзы, жилы, клинья и даже мощные пласты так называемого ископаемого, или погребённого, льда.
Формы рельефа, рождённые холодом
Вечная мерзлота создаёт уникальные криогенные (порожденные льдом) формы рельефа. Сильные морозы вызывают растрескивание поверхности грунта. Вода, попадая в эти морозобойные трещины, замерзает, расширяет их и образует ледяные жилы клиновидной формы шириной до нескольких метров и глубиной в десятки метров. Иногда на участках встречаются целые сети таких жил, между которыми минеральный грунт сохраняется в виде столбов. Существует гипотеза, что крупные ледяные жилы могут формироваться при замерзании воды, поступающей из таликов, хотя этот вопрос ещё требует изучения.
Другое интересное явление — бугры вспучивания, или гидролакколиты (местное название — булгунняхи). Они образуются, когда растущая под землёй линза льда и давление подземных вод приподнимают вышележащие слои грунта. В Якутии такие бугры могут достигать 40 метров в высоту и 300 метров в ширину. Если давление становится слишком велико, лёд и вода прорываются на поверхность, замерзают и образуют обширные наледи. Чаще всего наледи формируются в местах выхода ключей и родников, в расширениях речных долин и у подножий склонов.
Движение грунтов и термокарст
Циклы замерзания и оттаивания верхнего слоя грунта в сочетании с силой тяжести приводят к медленному течению деятельного слоя даже по пологим склонам. Этот процесс, называемый солифлюкцией (от латинских «почва» и «течение»), характерен для полярных и высокогорных районов. Мерзлота играет роль водоупора, вызывая переувлажнение поверхностных горизонтов. В результате на склонах образуются потоки и языки сползающего грунта, террасовидные уступы, а на равнинах — особые мерзлотные болота (мари).
Протаивание мёрзлых грунтов приводит к их просадке и образованию впадин, часто заполненных водой. Это явление известно как термокарст. Ещё одна характерная черта тундровых ландшафтов — полигональный микрорельеф. На ровных участках однородный мелкозём растрескивается, образуя сеть многоугольников (чаще пяти- или шестиугольных) диаметром в несколько метров. Центры этих полигонов обычно заболочены, а приподнятые края остаются сухими.
Вечная мерзлота и человек
Мерзлотные процессы создают серьёзные challenges для строительства и эксплуатации инфраструктуры: зданий, дорог, мостов, аэродромов. Чтобы избежать деформаций из-за оттаивания грунта, инженеры стремятся сохранить его мёрзлое состояние. Для этого используют специальные технологии: возводят сооружения на сваях, устраивают вентилируемые подполья, прокладывают охлаждающие системы. Сваи часто погружают в предварительно пробуренные скважины. Однако вечная мерзлота может быть и полезна — в её толщах создают естественные холодильники для хранения продуктов и других материалов, а также сооружают или намораживают подземные склады.