Многолетняя мерзлота

Мерзлота и человеческая деятельность

Для успешного освоения северных районов очень важно владеть полной информацией о многолетней мерзлоте. Подобные знания необходимы для выполнения следующих задач:

• строительство зданий и различных сооружений;
• проведение геологоразведки;
• добыча полезных ископаемых.

Бесконтрольное таяние мерзлоты может стать причиной появления многих проблем, связанных с особенностью деятельности человека в северных районах. При проведении работ на севере это нужно избегать всеми способами.

Глубоко промерзший грунт, лишенный малейшей подвижности своих пластов, очень удобен при разработке месторождений полезных ископаемых карьерным открытым способом. Поскольку стенки карьера, скованные мерзлотой, не осыпаются, они позволяют более эффективно проводить работу.

В последние годы площадь, которую занимает многолетняя мерзлота, начала сокращаться. Области промерзшего грунта стали медленно отступать к северу. Это напрямую связано с глобальным потеплением на планете и неизменным ростом температуры. Если ситуация не изменится, то уже через несколько десятилетий районы, которые были освобождены от мерзлоты, станут пригодными для сельскохозяйственных работ.

Что мы узнали?

При изучении темы «Многолетняя мерзлота» мы рассмотрели кратко о причинах образования многолетней мерзлоты. Мы выяснили, какие факторы сопутствуют ее формированию, в каких районах Земли она находится и как влияет на деятельность человека.

1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Влияние многолетней мерзлоты на хозяйственную деятельность человека

Освоение регионов с многолетней мерзлотой началось в тридцатых годах 20 столетия. Ряд трудностей, возникающий при работе в этих регионах, подтолкнул ученых к созданию особых способов ведения хозяйственной деятельности.

Например, строителям пришлось пересмотреть основные правила возведения сооружений, таких как жилые дома, мосты, теплотрассы, дороги. При постройке и эксплуатации жилых домов приходится учитывать тот факт, что при определенных условиях грунт начинает оттаивать, дома проседать и трескаться. Земляные работы очень трудоемки, требуют больших энергетических затрат, это тоже приходится учитывать.

Из-за многолетней мерзлоты очень остро стоит вопрос водоснабжения  и обеспечения теплом жилых домов.

Земледелие затруднено из-за заболоченности почвы. Прежде чем приступить к обработке земли и непосредственно к посевам, приходится проводить работы по удалению лишней влаги из грунта.

Новые требования — новые регламенты

Арктические регионы — стратегически важные территории для России, и масштабные проекты требуют новых регламентов в строительства. По предложению Минстроя РФ Минэкономразвития включило в госпрограмму по развитию Арктики проект по созданию обновленных правил для строителей. Эксперты Минстроя говорят о том, что техногенные воздействия коренным образом изменяют тепловое состояние пород Арктической зоны, и это приводит к развитию опасных процессов, которые увеличивают риск деформации или полного разрушения несущих конструкций зданий. Новые регламенты должны быть разработаны к 2020 году, Минстрой готов провести для работы комплекс научных исследований.

«Мы предложили в рамках госпрограммы по развитию Арктики провести ряд научно-исследовательских работ, подготовить базу для разработки нормативно-технической документации. К 2020 году мы должны получить определенные результаты испытаний и начать выпуск документации. Научных кадров сейчас достаточно, они готовы принимать участие в этой работе. Той нормативной базы, которая существует еще с советских времен, явно недостаточно для решения тех серьезных и стратегически важных проектов, которые сейчас уже начинают развиваться в Арктике», — сказала ТАСС заместитель министра строительства РФ Елена Сиэрра.

Как сообщил ТАСС замглавы Минэкономразвития Александр Цыбульский, инициатива Минстроя уже включена в проект госпрограммы по развитию Арктики. «В программе есть целый раздел, посвященный проведению научно-исследовательских работ по организации строительства в условиях вечной мерзлоты», — сказал он.

Подготовительные работы включат в себя изучение мерзлых грунтов. «Мы предлагаем провести исследовательскую работу по изменению температуры грунтов, в первую очередь, в крупных городах арктической зоны. В последние годы происходят изменения климата, что может спровоцировать таяние мерзлоты. Также в регионах нет постоянного мониторинга состояния грунтов, мы предлагаем обеспечить его на постоянной основе для составления карты грунтов, а также возможности прогнозирования ситуации с перспективной на 50 лет», — рассказала Сиэрра.

Хозяйственная деятельность на многолетней мерзлоте

К основным видам хозяйственной деятельности в условиях многолетней мерзлоты можно считать оленеводство, пушной промысел, рыболовство, чуть менее распространено коневодство. Равнинная и горная тундра – это отличные пастбища для оленей, а для крупного рогатого скота подходят луга в долинах рек. Это отличная кормовая база.

С точки зрения добычи природных ископаемых, это своеобразная кладовая природы. Здесь присутствуют  уголь, алмазы, газ, никель, золото, медь, олово. К тому же добыча упрощается тем, что мерзлота является прекрасным крепежным материалом при организации шахт.

Вечная мерзлота используется людьми как природный холодильник. В ней сохраняются  ягоды, рыба, мясо, фрукты.

Земледелие на вечномерзлом грунте затруднительно, но возможно, оно несет с собой массу трудностей.  Распаханная земля более темная, она притягивает тепло, грунт оттаивает, местность покрывается болотами, которые приходится осушать. Но люди постепенно осваивают земли Восточной Сибири,  хотя грунт никогда не прогревается, корневая система растений слабая, но при этом людям удается выращивать некоторые овощи и даже овес. С точки зрения плодородия тоже не все гладко. Из-за низких температур почвенный покров образуется очень медленно, гумус практически отсутствует.

Оттаивание многолетней мерзлоты в России

Чем опасно оттаивание мерзлого грунта? Во-первых, это грозит образованием гигантских провалов, таких как Батагайский кратер в Якутии. Размеры его пугают не только обывателей, но даже ученые относятся к этому явлению настороженно. Такой провал в результате оттаивания вечной мерзлоты может случиться в любом месте и в любое время.

Во-вторых, в результате провалов, в атмосферу выходит природный газ метан, один из парниковых газов. Дело в том, что накопленные тысячелетиями органические вещества, законсервированные в природном холодильнике, начинают постепенно оттаивать под влиянием глобального потепления. Отсюда и природный газ. Чем больше выброс метана, тем выше средние показатели температуры на планете. Получается замкнутый круг.

Ухудшения состояние мерзлого грунта вредит не только природе, но и отражается на человеке. Например, в течение последних десяти лет в Норильске подверглись разрушению более 250 многоэтажных домов. Получается, что с одной стороны человечеством был сделан огромный шаг в сторону освоения многолетней мерзлоты. Люди стали жить, работать, учиться в таких условиях, в которых, казалось бы, жить невозможно. А с другой стороны, вмешательство в природу привело к деградации мерзлого грунта, что пошатнуло природный баланс. Спустя десятилетия человечество вынуждено наблюдать, что научные достижения рушатся как карточный домик.

Изучение многолетней мерзлоты

Одни их первых описаний вечной мерзлоты сделали, покорявшие просторы Сибири, русские землепроходцы XVII века

Впервые на состояние почвенного покрова обратил внимание Я. Святогоров

В дальнейшем грунты изучали первопроходцы Иван Ребров и Семен Дежнев. Они указали на наличие особых таежных зон, в которых почва не оттаивает даже летом. В 1640 году М. Глебов и П. Головин подтвердили, что земля среди лета не оттаивает.

Как особое геологическое явление понятие «вечная мерзлота» было введено в употребление основателем школы мерзлотоведов в Советском Союзе М.И. Сумгиным в 1927 году. Он указывал, что данное понятие подразумевает мерзлоту почвы, которая сохраняется от двух лет до нескольких тысячелетий.

Термин «мерзлота» часто подвергался критике, поэтому были предложены альтернативные варианты: многолетняя криолитозона и многолетнемерзлые горные породы. Но эти варианты не получили широкого распространения.

Понятие «мерзлые породы» по длительности существования пород в мерзлом состоянии подразделяется на такие понятия, как:

• кратковременномерзлые породы (сутки, часы);
• сезонномерзлые породы (месяцы);
• многолетнемерзлые породы (десятки, сотни и тысячи лет).

Между этими видами есть взаимные переходы и промежуточные формы. Так, сезонномерзлая порода в течение лета может не протаять и просуществовать несколько лет. Такие формы называют «перелетками».

Многолетняя мерзлота по происхождению является реликтом ледниковых эпох четвертичного периода. В послеледниковое время наблюдалось потепление климата, что обусловило оттаивание мерзлых пород и сокращение мест их распространения. Это доказывает островной характер распространения вечной мерзлоты, существование в толще мерзлых пород отдельных видов и частей флоры и фауны, активный процесс оттаивания.

С такой точкой зрения согласны не все ученые. Некоторые считают, что вечная мерзлота – явление современное. В доказательство они приводят наблюдения за развитием мерзлоты на островах, недавно образованных в дельтах крупных рек Сибири. Главная причина возникновения мерзлоты – длительные малоснежные зимы с низкими температурами и кратковременное лето, во время которого лед накапливается в почве, так как не успевает растаять.

Строение многолетнемёрзлых горных пород

Строе­ние мно­го­лет­не­мёрз­лых гор­ных по­род за­ви­сит от рас­пре­де­ле­ния в них ле­дя­ных вклю­че­ний. В кри­стал­ли­че­ских и ме­та­мор­фи­че­ских гор­ных по­ро­дах лёд встре­ча­ет­ся в ви­де жи­лок, за­пол­няю­щих тре­щи­ны, в пес­ках – в ви­де линз и мел­ких кри­стал­лов, в гли­нах, суг­лин­ках, су­пе­сях и тор­фе – в ви­де сло­ёв или сет­ки. Осо­бое ме­сто за­ни­ма­ют ре­шёт­ки ле­дя­ных жил, про­ни­каю­щие в по­ро­ду до глу­би­ны 20–50 м. Они ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в пре­де­лах Запад­но-Си­бир­ской, Се­ве­ро-Си­бир­ской, Яно-Ин­ди­гир­ской и Цен­траль­ноя­кут­ской рав­нин на рых­лых не­ли­ти­фи­ци­ро­ван­ных по­ро­дах. Про­мер­за­ние верх­них го­ри­зон­тов гор­ных по­род час­то при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию се­зон­ных и мно­го­лет­них буг­ров-гид­ро­лак­ко­ли­тов, со­дер­жа­щих ле­дя­ное яд­ро; они встре­ча­ют­ся ча­ще все­го в За­бай­ка­лье, на Тай­мы­ре, на се­ве­ре За­пад­ной Си­би­ри, где их на­зы­ва­ют бул­гун­ня­ха­ми. В гор­ных рай­онах в реч­ных до­ли­нах и на скло­нах обыч­ны на­ле­ди – по­кро­вы льда, об­ра­зую­щие­ся при за­мер­за­нии под­зем­ных вод, из­лив­ших­ся под на­по­ром, воз­ни­каю­щим при се­зон­ном про­мер­за­нии, а так­же при про­мер­за­нии вы­хо­дов ар­те­зи­ан­ских вод. Про­таи­ва­ние ле­дя­ных об­ра­зо­ва­ний, со­дер­жа­щих­ся в тол­щах гор­ных по­род, обыч­но при­во­дит к про­сад­кам, воз­ник­но­ве­нию во­ро­нок, ок­руглых впа­дин и т. п. форм рель­е­фа (тер­мо­карст), по­верх­но­ст­ных ополз­ней-сплы­вов, грун­то­вых по­то­ков (со­ли­флюк­ция).

Регионы распространения многолетней мерзлоты

Многолетняя мерзлота присутствует практически на каждом континенте, исключением является Австралия. Общая площадь многолетней мерзлоты на нашей планете – 35 млн. км2, это четвертая часть всей суши.

Если мысленно представить карту мира, то можно прочертить границы этого уникального явления природы. Если начинать от Западной Сибири, то точкой отсчета будет широта Тобольска и Подкаменной Тунгуски. Продвигаясь на юг, и уткнувшись в Северную Монголию, нужно повернуть в сторону Благовещенска и Татарского пролива. Камчатка практически полностью занята многолетней мерзлотой.

Северная Америка также сохранила это реликтовое явление. Многолетнюю мерзлоту здесь можно встретить в бассейне рек Мекензи, Юкон, также на полуострове Лабрадор.

География вечной мерзлоты

Многолетняя мерзлота представляет собой типичное явление для приполярных и полярных районов, расположенных вблизи Северного и Южного полюсов. Также мерзлота встречается и в других районах Земли, в том числе и в экваториальных широтах, но лишь высоко в горах, вершины которых покрыты льдом и снеговыми шапками.

Рис. 1. Снежные пики высоких гор.

Единственный материк на планете, на территории которого нет вечной мерзлоты – это Австралия. Все дело в том, что он максимально удален от Южного полюса и не может похвастать высокогорьем.

Огромные массивы многолетней мерзлоты расположены в таких регионах:

• северная часть Евразийского континента;
• северные территории Канады;
• Аляска;
• Гренландия;
• Антарктида.

Толщина промерзшего почвенного слоя колеблется от нескольких десятков сантиметров до километра и более. Многолетняя мерзлота в России занимает 2/3 всей территории. Наибольшая зафиксированная глубина составляет 1370 м, и находится она в Якутии, в верховьях реки Вилюй.

Рис. 2. Территория мерзлоты возле реки Вилюй.

Мерзлота представлена двумя формами:

• Сплошная вечная мерзлота расположена на территории Сибири, Новой Земли, на арктических островах. В течение многих лет она никогда не таяла, и образовала внушительные массивы промерзшей суши.
• Частичная мерзлота расположена несколько южнее. Она характеризуется небольшим промерзшим слоем и залеганием в виде отдельных областей.

Типы многолетней мерзлоты

Сплош­ная мерз­ло­та рас­про­стра­не­на в сев. час­ти Боль­ше­зе­мель­ской тун­д­ры, на По­ляр­ном Ура­ле, в тун­д­ре За­пад­ной Си­би­ри, в сев. час­ти Сред­не­си­бир­ско­го плос­ко­го­рья, на Тай­мыр­ском п-ове, ар­хи­пе­ла­ге Се­вер­ная Зем­ля, на Но­во­си­бир­ских о-вах, Яно-Ин­ди­гир­ской и Ко­лым­ской низ­мен­но­стях, в дель­те р. Ле­на, на Цен­траль­ноя­кут­ской рав­ни­не, При­лен­ском пла­то и в об­лас­тях Вер­хо­ян­ско­го, Чер­ско­го, Ко­лым­ско­го и Ана­дыр­ско­го хреб­тов, а так­же на Юка­гир­ском плос­ко­го­рье и Ана­дыр­ской рав­ни­не. Мощ­но­сти толщ мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род из­ме­ня­ют­ся от 300 до 500 м и более­, в го­рах – до 1500 м; темп-ры – от –2 до –10 °C и ни­же.

Мерз­ло­та с ост­ро­ва­ми та­лых грун­тов (пре­ры­ви­стая, спо­ра­ди­че­ская) пре­об­лада­ет в Боль­ше­зе­мель­ской и Ма­ло­земель­ской тун­д­рах, на Сред­не­си­бир­ском плос­ко­го­рье ме­ж­ду ре­ка­ми Ниж­няя и Под­ка­мен­ная Тун­гу­ска, в юж. час­ти При­лен­ско­го пла­то, в За­бай­ка­лье. Мощ­но­сти мёрз­лых толщ ино­гда дос­ти­га­ют 250–300 м, но ча­ще ко­леб­лют­ся от 10–20 до 100–150 м, темп-ры – от 0 до –2 °C.

Ост­ров­ная мерз­ло­та раз­ви­та на Коль­ском п-ове, в Ка­ни­но-Пе­чор­ском р-не, в та­ёж­ной зо­не За­пад­ной Си­би­ри, в юж. час­ти Сред­не­си­бир­ско­го плос­ко­го­рья, на Даль­нем Вос­то­ке, вдоль по­бе­ре­жья Охот­ско­го м. и на п-ове Кам­чат­ка. Мощ­но­сти толщ от неск. мет­ров до неск. де­сят­ков мет­ров, темп-ры близ­ки к 0 °C. Ост­ров­ная мерз­ло­та ха­рак­тер­на так­же для гор­ных стран: Са­ян, Ура­ла и Кав­ка­за, где она встре­ча­ет­ся гл. обр. по пе­ри­фе­рии рай­онов совр. оле­де­не­ния.

Как проявляется вечная мерзлота?

В северных районах, где грунт скован вечной мерзлотой, даже летом оттаивает только тонкий слой, не более 5-10 сантиметров. Вода, которая образуется после таяния зимних снегов, не может полностью впитаться в почву, поэтому верхний слой летом представляет собой полужидкую грязь. Если оттаявшая почва расположена на склоне, то грязевой «язык» под действием силы тяжести нередко сползает по нему в низину. Рельеф тундры во многих местах изобилует такими следами грязевых оползней.

С окончанием лета ландшафт может измениться до неузнаваемости. Талая вода, заполнявшая трещины в скальных породах, замерзает (при этом ее объем увеличивается примерно на 10%) и разрывает породу. Это вызывает либо вспучивание, либо сдвиг грунта. Внешне такое место выглядит как холм в форме купола высотой около 30-50 метров, вершина которого расколота на несколько частей либо раскрошена.

Местные жители называют эти холмы словом «пинго». Их можно встретить не только в Сибири, но и в Канаде и Гренландии. На вершинах пинго нередко образуются небольшие кратеры, которые летом превращаются в неглубокие озерца.

Изменение климата и его влияние

Ввиду явления, называемого глобальным потеплением, границы зон вечной мерзлоты смещаются в сторону севера. Это означает расширение пригодных для комфортной жизни и ведения сельского хозяйства территорий.

С другой стороны, это может повлечь за собой ряд проблем:

• Ледники и постоянно промёрзшие земли оказывают огромное влияние на климат, и их оттаивание приведёт к его изменению.
• В регионах вечной мерзлоты здания строятся с её учётом: твёрдый ледяной грунт играет роль фундамента, также есть иные строительные нюансы. Изменение твёрдости и прочности земли вследствие её оттаивания приведёт к разрушению таких строений, а предотвращение этого за счёт дополнительных укреплений может оказаться экономически невыгодным.
• Большинство карьеров для добычи полезных ископаемых окажутся небезопасными и оттого непригодными к работам.

Задания на школьный урок географии

Вечная мерзлота изучается в школах на уроках географии. Это входит в рамки курса 8 класса о климатических особенностях России.

После изучения учебника и дополнительных материалов можно предложить ученикам ответить на следующие вопросы и выполнить задания:

1. В каких частях России находится вечная мерзлота?
2. Объясните происхождение явления и причины его распространения в определённых районах.
3. Сделайте сообщение о жизни в населенных регионах в зоне вечной мерзлоты.
4. Напишите реферат на тему «Многолетняя мерзлота и ее влияние на экономику страны».
5. Назовите и укажите на карте регионы, занятые многолетними мёрзлыми породами.
6. Подготовьте доклад о том, как может уменьшиться или распространиться вечномёрзлая территория в зависимости от экологической обстановки.

Так, многолетняя мерзлота занимает значительную часть территорию России, что оказывает значительное влияние на экономику страны. Также описываемое явление играет важную роль в формировании климата всей планеты в целом и близлежащих стран в частности.

https://youtube.com/watch?v=OccnOJO69lY

Почвенный покров территорий многолетней мерзлоты

На территориях вечной мерзлоты формируются специфические структуры почвы, включающие каменные и торфяные круги, каменные гирлянды, полигональные трещины, каменные полосы. Эти структуры, образованные под влиянием криогенных процессов, находятся на вершинах многих гор.

В почвах, находящихся в зоне постоянной или длительной сезонной мерзлоты, протекает совокупность процессов, зависящих от воздействия низких температур. Над мерзлым слоем – водоупором – вследствие коагуляции органических соединений наблюдается накопление гумуса, или надмерзлотная регенерация гумуса, оглеение даже при малом годовом объеме осадков.

Образование шлиров (слоев льда) в почве способствует разрыву капилляров, в результате чего останавливается подтягивание воды из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою.

Кольцевые структуры могут возникать в результате как промерзания почвы, так и замерзания воды. При замерзании воды образуются главным образом торфяные круги, которые связаны с переменным оттаиванием и замерзанием воды, разрывом и раздвижением почвенного слоя. При промерзании почвы и появлении трещин просадки образуются каменные кольца. Весенние талые воды стекают в трещины, вынося тонкозернистый материал и оставляя грубый обломочный материал на поверхности. Так формируется полигональная система трещин.

Наличие мерзлого слоя вызывает такие процессы, как:

• солифлюкация – сползание по мерзлому слою со склонов почвенной массы, насыщенной водой;
• криотурбация – перемешивание массы почвенного покрова под воздействием разницы температур.

Особенно широко данные явления распространены в тундровой зоне. Криогенные деформации определяют образование пятнистых тундр и характерный бугристо-западинный рельеф, включающий бугры пучения и термокарстовые западины.

Криогенное оструктурирование почвы происходит под действием низких температур. Отрицательный температурный режим способствует переходу продуктов, участвующих в процессах почвообразования в более конденсированные формы, что сильно замедлят их подвижность. С воздействием криогенных явлений связано обогащение средней части профиля подзолотистых почв кремнекислотой. При этом белесая присыпка рассматривается как следствие мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Мерзлотная коагуляция коллоидов предопределяет ожелезнение таежных почв.

Заключение

Многолетняя мерзлота – уникальное явление на земле, хотя она так же естественна как пустыни, джунгли или степи, только менее изучена. Исследования в области мерзлотоведения очень необходимы, и они ведутся по сей день. Новые технологии позволяют более детально изучать мерзлый грунт, открывая его новые особенности. И если в начале двадцатого столетия основной целью изучения было эффективное освоения, то сейчас одно из направлений изучения – это предотвращение деградации многолетней мерзлоты. Десятилетия используя природу исключительно для своего обогащения, человечество, наконец-то, пришло к выводу, что сохранение природы гораздо более выгодно и безопасно.