Author: Данилов И.Д.
Tags: геоморфология учение о формах земной поверхности астрономия астрофизика исследование космического пространства геодезия геологические науки геология археология гидрология подземные льды
ISBN: 5—247—00466—3
Year: 1990
Text
И. Д. Данилов
ПОДЗЕМНЫЕ
ЛЬДЫ
И. Д. Данилов
ПОДЗЕМНЫЕ
ЛЬДЫ
МОСКВА ”НЕДРА” 1990
ББК 26.3
Д 18
УДК 551.435 (551.79+522.14)
Рецензент д-р геол.-минер, наук В. Т. Трофимов
п 1804080000—426 QQ
Д "043(01)—90 350-89
ISBN 5—247—00466—3
© Издательство «Недра», 1990
ОТ АВТОРА
Исследователь, изучающий подземные льды, подобен следопыту.
Тот и другой по оставленным в природе следам должен восстановить
былые события. Только в одном случае их давность исчисляется часами
и днями, а в другом — десятками, сотнями, тысячами и даже миллионами
лет. Задача исследователя — выявить эти следы, изучить, сопоставить
между собой, провести анализ сопоставлений, наконец, осуществить
синтез, обобщение выявленных фактов и на этой основе создать ту
или иную научную теорию.
Следы, оставленные в геологической летописи Земли различными про-
цессами, в том числе и мерзлотными, порой очень запутаны, неясны,
сходны между со'бой. Поэтому для расшифровки геологического прош-
лого привлекаются самые разнообразные современные методы исследова-
ний — оптические, геохимические, геофизические, изотопные, палеонтоло-
гические, минералого-петрологические и многие другие с использованием
самых новейших приборов. Исследователей подземных глубин нередко
называют «разведчиками» недр. Они «разведчики» не только в том смыс-
ле, что ищут и разведывают полезные ископаемые в земных недрах, но
и в том, что ищут ответы на бесчисленные вопросы, которые ставит перед
ними природа, разгадывают ее тайны. И что парадоксально: чем далее раз-
вивается наука, тем больше возникает перед ней новых проблем. Казалось
бы, должно быть наоборот. Современная наука вооружена новейшими
техническими средствами. Геология использует космические методы ис-
следований, на ее службе — сверхглубокое бурение, позволяющее загля-
дывать в земные недра на 12 км и более, новейшая геофизическая
аппаратура, оснащенные всем необходимым корабли в океане, электрон-
но-вычислительная техника и т. д. Однако нерешенных вопросов и
загадок становится не меньше, а, пожалуй, больше, чем было. Конечно,
на многие вопросы наука получила ответы или приблизилась к их
решению. Но решение одной проблемы нередко ставит целый ряд новых,
более сложных. Например, результаты бурения первой же сверхглу-
бокой скважины опрокинули казавшиеся незыблемыми в течение десяти-
летий представления о геофизической модели глубинного строения зем-
ной коры и поставили перед учеными целый ряд новых проблем. То же
самое можно сказать о космических исследованиях и изучении дна
океана. Теперь стало ясным, что надежды на скорое познание с помощью
тех или иных сверхсовременных методов сложных природных явлений
оказались иллюзорными, ибо наука «никогда не кончается».
Высказанные общие предварительные соображения в полной мере
относятся к одной из дисциплин геолого-географического цикла наук о
Земле — мерзлотоведению, или геокриологии, изучающей мерзлые горные
породы и подземные льды в них. Поэтому пусть читатель не удивляется,
когда вместо определенного ответа на целый ряд вопросов он увидит
3
80° 80°
Рис. 1. Схема распространения различных видов природных льдов Земли:
1 — ледниковые покровы; 2 — подземные многолетние льды за пределами ледниковых покровов; 3 —
подземные сезонные льды; 4,5— морские плавучие льды (4 — многолетние, 5 — сезонные); 6 — области
предельного распространения айсбергов
только их постановку, освещение состояния некоторых проблем и пред-
лагаемые пути их решения. Льды на Земле в целом — ледовые покровы
морей, ледники и особенно подземные льды — представляют собой за-
гадочное и далеко еще не познанное явление природы. Когда, почему
они возникли на Земле, каково их строение, какие условия существования
в настоящем и прогноз развития в будущем — вот неполный перечень
вопросов, волнующих современных исследователей.
Живя на планете Земля, мы редко задумываемся над тем, что это в
значительной степени ледяная планета. Многолетние природные льды
занимают огромные территории на поверхности и в верхней части зем-
ной коры. К ним относятся области распространения отдельных лед-
ников в горах, ледниковые покровы на суше и морском шельфе, морские
плавучие льды и мерзлые толщи горных пород с подземными льдами.
Подземные льды — наиболее распространенный по площади вид природ-
ных льдов. Согласно подсчетам П. А. , Шумского и А. Н. Кренке,
плавучие морские льды — без учета акваторий с отдельными айсбергами
4
— занимают около 26 млн. км2, т. е. около 7% площади океана; лед-
ники и ледниковые покровы — около 16 млн. км2, а многолетние под-
земные льды в два раза больше — 32 млн. км2, что примерно равно
1/5 площади всей суши! Вне ледников площадь их распространения
составляет около 11 % суши. Наглядное представление о соотношении
в распределении различных видов природных льдов Земли дает схема,
приведенная на рис. 1. Объем подземных льдов в земной коре относительно
невелик и оценивается величиной в 0,5 млн. км3, что составляет пример-
но 2% от общего объема льда на Земле.
Подземные льды — неотъемлемая часть толщ мерзлых горных по-
род, широко распространенных на континентах в полярных, субполяр-
ных и даже средних широтах, в районах с суровым климатом, а также
в высокогорьях. На небольшой глубине от земной поверхности, не пре-
вышающей обычно первых метров, эти толщи находятся в мерзлом
состоянии в течение многих лет, их называют многолетне- или вечномерз-
лыми, нередко по отношению к ним употребляется термин «вечная
5
мерзлота». Против его использования существуют возражения, поскольку
известно, что в мире ничего нет вечного. Предлагается вместо него
употреблять термины «многолетняя мерзлота» или «многолетнемерзлые
горные породы». Но «вечное» — это не только бесконечное, но и длящееся
долго, сохраняющееся веками. Существуют понятия «вечные снега», «веч-
ная любовь», «вечная весна». Все понимают их условность, но охотно
пользуются ими. Так же условно понятие «мерзлота», вместо него следует
говорить — многолетнемерзлые горные породы, но термин этот слишком
громоздкий. Оговорив условность термина «вечная мерзлота», мы будем
в дальнейшем им пользоваться, но при необходимости иногда употреб-
лять и широко принятый сейчас в научной литературе термин — много-
летнемерзлые горные породы.
Как справедливо полагал основоположник науки мерзлотоведения
М. И. Сумгин, вопрос о происхождении мерзлых недр Земли, наземных
и подземных льдов имеет глубокий «натурфилософский», т. е. естественно-
исторический, мировоззренческий смысл. Порождение ли это современных
климатических условий или наследие ледникового периода, т. е. со време-
нем исчезающее явление? А может быть, это показатель общего осты-
вания Земли, начало ее конца, омертвения? Ведь часть воды из верхних
слоев земной коры застывает, как бы выходит из круговорота жизни.
Может быть, со временем вся Земля оледенеет, покроется холодным
панцирем из ледников и толщ мерзлых горных пород? Не такой ли
прогноз следует сделать в результате изучения древних подземных
льдов? Ответы на все эти вопросы до настоящего времени не были
однозначными.
Задача книги — заставить подземные льды «рассказать» о себе: о
составе, строении, условиях формирования и развития.
Из недр Земли к ее поверхности движется непрерывный поток тепла.
В разных районах он неодинаков, но существует везде. Сверху Земля
также получает лучистую энергию Солнца, преобразуемую в тепловую.
Однако на ее поверхности возникают ледники, а в недрах — мерзлые
горные породы. Это вызвано тем, что Земля вместе с окружающей ее
атмосферой не только получает, но и отдает тепло в космическое про-
странство. От общего баланса тепловой энергии поверхности Земли в
том или ином регионе зависит наличие или отсутствие мерзлых горных
пород, ледников, плавучих морских льдов. Итак, тепловой баланс —
вот основа, определяющая возможность существования льдов в той или
иной форме.
Подсчитано, что внешнее энергетическое воздействие на поверхность
Земли примерно в десять тысяч раз мощнее воздействия внутренних
источников энергии. Главное, следовательно, чем определяется ответ на
вопрос, «быть или не быть?» льдам у земной поверхности,— это распреде-
ление внешней, солнечной энергии, поступающей на Землю. Ее количе-
ство находится в непосредственной зависимости от угла падения солнеч-
ных лучей в разных географических широтах. Так, на экваторе угол
падения солнечных лучей в полдень колеблется в пределах от 90 до
66,5°, т. е. всегда достаточно большой, а на полюсах от 0 до 23,5°.
6
Вблизи полюсов солнечные лучи летом падают под небольшим углом к
земной поверхности, как бы скользят вдоль нее по касательной, поэтому
именно здесь сосредоточены области, где поверхность Земли получает
меньше всего внешнего тепла. С 23 сентября по 21 марта Солнце над
Северным полюсом вообще не показывается; все это время здесь длится
«полярная ночь».
Помимо основного — широтного, или зонального, фактора на распре-
деление тепла на Земле влияют высота местности над уровнем моря,
ее рельеф, циркуляция воздушных масс и вод Мирового океана, пере-
носящих тепло из одних широт в другие. Один из ярчайших и всем
известных примеров тому — Гольфстрим, достигающий северных берегов
Кольского полуострова и растапливающий здесь морские льды в течение
всей зимы. Активный западный перенос теплых атлантических воздуш-
ных масс на Европу приводит к тому, что даже на широте Полярного
круга не везде есть мерзлые горные породы, в то время как в Средней и
Восточной Сибири они имеют, как узнает читатель далее, сплошное
распространение на широте Ленинграда, Москвы и даже на более
южных широтах. Кроме того, здесь сказывается большая высота тер-
ритории над уровнем моря. Наиболее яркие примеры влияния высоты
местности на распределение тепла на поверхности Земли — ледники в
горах субтропических, а в ряде случаев и тропических районов мира.
С речными, озерными, морскими льдами человек в практической
деятельности соприкасался, вероятно, с самых ранних времен своего
существования как биологического вида, а также позднее по мере раз-
вития цивилизаций. Поверхностные льды чаще мешали, реже помогали
его деятельности. Их надо было изучать, чтобы успешнее плавать среди
них, двигаться по ним и т. д. И они были изучены и описаны
относительно хорошо. С ледниками человек в своей деятельности столк-
нулся также достаточно давно. Они влияли на земледелие, разливы рек,
имеющих ледниковое питание и другие явления.
Поэтому ледники имеют достаточно давнюю историю исследова-
ния и познаны неплохо, хотя, конечно, далеко не достаточно. Мерзлые
горные породы и подземные льды в них изучаются сравнительно недавно.
Практическая потребность в этом возникла в конце прошлого — начале
нашего столетия, когда началось активное промышленное освоение уда-
ленных районов Сибири, Северо-Востока СССР, севера Северной Амери-
ки. Именно в это время оформляется как самостоятельная наука мерз-
лотоведение (геокриология), возникновение и развитие которой, следова-
тельно, было вызвано потребностями народного хозяйства. Строение
и инженерно-геологические свойства мерзлых горных пород во многом
определяются подземными льдами.
В природных условиях различают несколько типов подземных льдов:
кратковременные, сезонные и многолетние. Кратковременные существуют
в течение нескольких часов, одних или нескольких суток. Они возникают
в самых приповерхностных слоях в областях с сухим, континентальным
климатом, особенно в горах при резких суточных перепадах температуры.
Сезонные подземные льды образуются на огромных пространствах при
7
зимнем промерзании приповерхностных грунтов на глубину нескольких
метров. И первый, и второй типы подземных льдов связаны преимуще-
ственно с почвами, длительность их существования не превышает не-
скольких месяцев. Третий тип подземных льдов связан с постоянно
(в течение многих лет и тысячелетий) мерзлыми горными породами,
которые и называют вечномерзлыми. Подземные льды существуют в них
также в течение многих лет, веков и тысячелетий. Их также можно
называть вечными в том смысле, что они имеют многовековой возраст
и конца их существованию в обозримом будущем не предвидится. Книга
посвящена именно этому типу льдов — наиболее сложному, интересному,
во многих отношениях не изученному, имеющему не только важное науч-
но-познавательное, естественно-историческое, но и огромное практическое
значение. Наряду с составом, строением, условиями и историей форми-
рования подземных льдов в толщах вечномерзлых горных пород будут
также рассмотрены процессы и явления, связанные с их возникновением и
исчезновением. Но прежде чем перейти к этим вопросам, несколько слов
об истории изучения вечной мерзлоты и подземных льдов в толщах
постоянно мерзлых горных пород.
ГЛАВА 1
Что было известно о
«вечной мерзлоте»
и подземных льдах раньше?
В этом очерке не ставится цель подробно осветить историю изучения
мерзлых горных пород и подземных льдов в них. Это сделано советскими
мерзлотоведами, и в первую очередь М. И. Сумгиным, П. А., Шумским и
П. Ф., Швецовым. Мы остановим внимание читателя лишь на отдельных
знаменательных моментах, вехах на пути познания подземных льдов и
связанного с ним научного поиска.
Коренные жители Крайнего Севера — эскимосы, чукчи, ненцы и другие
издавна знали о постоянно мерзлом состоянии грунтов на небольшой глу-
бине под оттаивающим летом слоем почвы. Они видели тающие по
берегам рек, озер и морей залежи подземных льдов, а летом пользовались
мерзлыми грунтами как естественными холодильниками, сохраняя мясо
убитого зверя и рыбу. С распространением постоянно мерзлых грунтов
связаны некоторые обычаи северных народов, например обряд захороне-
ния. Даже само слово «захоронение» здесь не всегда подходит. Ненцы
не закапывают ящики с телами умерших, а оставляют их на поверхности,
иногда ставя врытые* в грунт опоры-сваи. Их кладбища — хальмеры
напоминают путешественнику скопления игрушечных домиков на ножках-
столбиках. На Чукотке, прибрежные районы которой были, как и сейчас,
заселены эскимосами и береговыми чукчами, уже во II, I тысячелетиях до
новой эры существовал обряд погребения, когда тело умершего с полным
набором охотничьего снаряжения укладывали на плоских вершинах сопок
между каменными останцами или глыбами и заваливали сверху камнями,
щебнем, землей. Иными словами, хоронили не на приморских равнинах и в
речных долинах, где жили, но где невозможно без лома и кайла вырыть
яму в мерзлых и прочных, как камень, песчано-глинистых грунтах, а на
каменистых вершинах и у подножия склонов гор.
На Руси о постоянно мерзлых земных слоях на севере Европы, а
затем и в Азии узнали в средние века. Уже во второй половине XVI века
ладьи русских мореплавателей ходили из Белого моря и устья р. Печоры
через Баренцево и Карское моря в Обскую губу, низовья впадающих в нее
рек и доходили до могучего Енисея. Естественно, что плывшие вдоль
берегов морей, рек и озер люди неизбежно сталкивались с постоянно
мерзлыми грунтами и не могли не видеть подземные льды в береговых
обрывах. Торговый путь в г. Обдорск (ныне г. Салехард) и «златокипя-
щую» Мангазею — известный торговый город, существовавший в конце
XVI — начале XVII веков на севере Западной Сибири недалеко от устья
р. Таз, впадающей в Тазовскую губу, соединяющуюся в свою очередь с
9
Н—ЕЕВг
Рис. 2. Торговый путь в XVI—XVII вв. из устья р. Печоры в низовьях рек Оби и
Таза в города Обдорск и Мангазею (а) и залежь подземного льда в одном
из береговых обрывов реки на севере Западной Сибири (б).
1 — Северный полярный круг; 2 — торговый путь
Обской губой,— проходил через среднюю часть п-ова Ямал (рис. 2, а).
Ладьи русских мореплавателей не огибали этот полуостров, далеко
вдающийся на север и большую часть лета окруженный почти сплошными
полями плавучих льдов, а плыли по двум рекам, которые насквозь
прорезают полуостров в широтном направлении и обе называются Сеяха.
Они вытекают из системы озер Нейто, расположенных в центральной
части п-ова Ямал. Одна река, получившая русское название Мутная из-за
мутной илистой воды в низовьях, течет на запад и впадает в Карское море,
10
другая на восток и впадает в Обскую губу. Эта река получила рус-
ское название Зеленая также, вероятно, по цвету воды в низовьях, кото-
рая летом бывает насыщена микроскопическими водорослями — диато-
меями. Берега этих рек, озера Нейто, Обской и Тазовской губ часто
обрывистые, мерзлые, изобилуют залежами крупных скоплений под-
земных льдов в виде вертикальных жил, горизонтальных прослоев
и линз (рис. 2, б). Проплывая вдоль мерзлых береговых обрывов, купцы
неоднократно видели все разнообразие льдов, не раз рядом с их судами
с грохотом сваливались льдистые твердокаменные глыбы, поднимая
фонтаны брызг. Безусловно, любознательные путешественники задумыва-
лись о причинах столь необычного явления, как многолетнемерзлая
горная порода. В описаниях, составленных в 1598 г., т. е. в год смерти
царя Федора (сына Ивана Грозного) и избрания на престол Бориса Го-
дунова, русские поморы говорили о причинах существования снежных и
ледяных гор на Новой Земле следующее: поскольку солнце здесь подни-
мается лишь на 33 градуса 40 «минутов» и «лучи своя сквозь к земле
оной низспускает, а вследствие того силы не имеет, чтобы снега и
льды растаять».
В первой половине XVII в. русские торговые и промышленные люди,
казаки проникают в самые отдаленные северные районы Сибири —
Якутию и на Чукотку. Опорным пунктом продвижения на крайний
северо-восток Азии становится заложенный в 1632 г. Якутский острог. А в
1640—1643 гг. ленские воеводы П. Головин и М. Глебов сообщали в
Москву, что в районе Якутского острога «... земля-де, государь, и среди
лета вся не растаивает, и потому здесь... по сказкам торговых и промыш-
ленных служилых людей хлебной пашни не чаять». В г. Якутске была
предпринята в 1685—1686 гг. попытка вырыть колодец в мерзлых грунтах.
Колодец был прорыт до глубины около 30 м, но так и не прошел насквозь
мерзлых толщ. Якутский боярский сын Аксентьев спускался в колодец
и убедился в этом. В Москву было сообщено, что колодца в г. Якутске сде-
лать никак нельзя, поскольку летом земля оттаивает не больше чем на
два аршина (1,42 м), а глубже всегда мерзлая.
В России, следовательно, давно знали о мерзлых земных слоях на
европейском Севере и в Сибири и достаточно правильно объясняли при-
чины этого природного феномена. Сведения о нем проникали и в Западную
Европу, но не получали там широкого резонанса. Летом 1676 г. Д. Вуд,
прокопав на Новой Земле грунт до глубины двух футов (0,61 м), уста-
новил, что ниже встречается лед, твердый как мрамор. О находках
мерзлых трупов мамонтов в Сибири сообщал в 1692 г. в Западную
Европу Н. Визен.
Нарастали темпы освоения Сибири русскими купцами и промышлен-
никами, появлялось все больше сведений о мерзлых горных породах.
Одним из широко распространенных промыслов в Сибири становится
промысел высоко ценившейся, как и ныне, слоновой кости, т. е. бивней
мамонтов, в изобилии встречающихся под обрывами на размывающихся
берегах рек. Так, С. И. Дежнев, в 1648 г. проплывший Беринговым
проливом, после более чем 20-летних поисков «новых землиц» в районе
11
Чукотки привез в Москву 196 пудов (3,21 т) «костяной казны». «За
кровь и за раны, и за ясачную прибыль» он был «поверстан» впоследствии
в атаманы. В 1720 г. по указу Петра I в Сибирь отправляется известный
русский географ, историограф, государственный деятель В. Н. Татищев
для розыскания «рудных мест, размножения промыслов и устроения
заводов». В изданных в 1725 и 1736 гг. работах он сообщает, что в
Сибири, добывая слоновую кость, находят в мерзлой почве не только
бивни, но и целые неразложившиеся трупы момонтов. В географическом
описании Сибири он указывает, что севернее 59° с. ш. во многих местах
глубже пол-аршина (35,56 см) земля никогда не растаивает.
Поступавшие из разных источников сведения о мерзлой земле Сибири
были научно обобщены великим русским ученым-энциклопедистом
М. В. Ломоносовым, без упоминания имени которого не обойтись в
историческом очерке по любой отрасли науки. В 1757 г. М. В. Ломоносов
говорил, что мерзлые земли на обширных пространствах Сибири, приле-
гающих к Северному Ледовитому океану, и в горах южной Сибири воз-
никли под влиянием холодного климата в первом случае и высокого
положения над уровнем моря, т. е. близости к студеному слою атмосфе-
ры,— во втором. Строго научно и с самых современных позиций звучат
его слова о том, что нахождение постоянно мерзлых горных пород под
слоем, оттаивающим летом, может быть приписано «зимнему холоду,
летний жар преодолевающему». Этот избыток зимней стужи находится
в равновесии с потоком тепла земных недр. Как увидим далее, данный
вывод далеко не всеми и не всегда разделялся. М. В. Ломоносов
вслед за В. Н. Татищевым упоминает о находках в Сибири погребен-
ных и сохранившихся нетленными туш мамонтов.
В начале XIX в. под руководством Федора , Шергина, служащего
русско-американской компании, была предпринята вторая попытка вы-
рыть колодец и получить надежный круглогодичный источник питьевой
воды в г. Якутске. Небольшие речки и озера, находящиеся близ г. Якут-
ска, зимой при морозах —50° С и ниже промерзают до дна. Летом вода
городской ленской протоки мало пригодна для питья. Жители получали
хорошую питьевую воду только изо льда, который летом хранили в
погребах. Таким образом, проблема снабжения качественной питьевой
водой жителей г. Якутска стояла очень остро.
К этому времени стало известно, что в более южных районах Якутии
многие рытые колодцы легко проходили толщу мерзлых горных пород и
вскрывали в нижележащих талых слоях питьевую воду. И вот с 1827 г. под
руководством Ф., Шергина в Якутске начали рыть колодец шириной са-
жень на сажень (2,13X2,13 м). Глубина его за 10 лет достигла 116,4 м!
Но он так и не прошел всю толщу мерзлых горных пород и не вскрыл
питьевой воды. Несмотря на крушение практических надежд, возлагав-
шихся на колодец, эта попытка достичь воды имела огромное научное
значение. Впервые были получены надежные сведения о том, что мерзлые
толщи уходят в глубь земли более чем на 116 м. Были измерены темпера-
туры мерзлых слоев: на глубине около 16 м они оказались самыми низ-
кими: —6° С.
12
Это уникальное для своего времени сооружение вошло в науку
под названием <<Шергинская шахта». Долгое время она была единствен-
ным пунктом на Земле, где большая толщина мерзлых слоев доказывалась
непосредственными наблюдениями. В 1844—1846 гг. известный исследова-
тель Сибири, русский академик А. Ф. Миддендорф измерил температуру
мерзлых горных пород на всей глубине, Шергинской шахты и вычислил
геотермическую ступень — расстояние, на котором температура меняется
на 1° С. Она оказалась равной примерно 100 футам (30,48 м). На основе
этой величины он рассчитал глубину залегания подошвы мерзлой тол-
щи — 183 м от дневной поверхности. Истинная ее глубина в районе колод-
ца, заложенного на одной из террас р. Лены, составляет 210—214 м, т. е.
весьма близка к расчетной, а в целом в окрестностях г. Якутска толщина
мерзлых горных пород достигает 450 м.
Несмотря на очевидные и достоверные факты существования постоян-
но мерзлых горных пород, поступавшие из России, многие видные
ученые Западной Европы, проживая в условиях мягкого европейского
климата, долго не хотели верить, что под лесами Сибири находится
вечномерзлая земля. Известный немецкий исследователь Леопольд фон
Бух в первой половине XIX в. заявил, что «должно считать совер-
шенно ненадежными все известия, в которых утверждается, будто на
глубине нескольких футов земля даже и летом была находима замерзшею
в странах, где произрастают кустарниковые растения, и то, что в Якутске
при рытье колодца нашли мерзлую землю на глубине 100 футов (30 м),
не следовало бы повторять в учебниках, как доселе делалось». Казалось
совершенно невероятным, что кустарниковая, а тем более высокостволь-
ная лесная растительность может существовать в районах, где земля
на глубине 2—3 м постоянно мерзлая.
Но факты, как известно, вещь упрямая, тем более столь необычные,
поражавшие воображение людей, на основе которых создавались легенды
о загадочном «сибирском сфинксе». С удивлением и налетом мистики были
восприняты известия о находках нетленных тел казаков на Чукотке,
умерших там во времена Петра I, Елизаветы и Екатерины II. В 1821 г.,
через 92 года после захоронения, в поселке Березово, что находится
близ устья р. Северной Сосьвы, впадающей в р. Обь, среди болот Западной
Сибири был вырыт труп сподвижника Петра I светлейшего князя
А. Д. Меншикова. Он оказался нетленным. Любителя жизни, выскочку,
при Петре фельдмаршала, а при Екатерине I генералиссимуса, нелюби-
мого знатью, никто не счел возможным объявить «святым» и тем объяс-
нить сохранность его праха, как это произошло ранее с нетленным
телом «блаженного мученика Василия Мангазейского», перевезенным
в Туруханский монастырь для поклонения.
Поражали ученых известия о все более частых находках хорошо
сохранившихся в мерзлых толщах мамонтов — давно вымерших, покры-
тых шерстью и приспособившихся к холоду слонов, а также покрытых
густым волосяным покровом носорогов. Даже находимые отдельные
фрагменты туш доисторических животных, не то, что целые туши, про-
изводили настолько сильное впечатление, что порождали самые невероят-
13
ные догадки, легенды. Древние китайцы, например, в V в. до новой эры
считали, что огромные бивни мамонтов принадлежат исполинскому
подземному животному, которое они называли «прячущейся мышью».
В средние века, даже в XVI в. оно описывается как сходное с мышью
животное, но гораздо более крупное, приближающееся по размерам к
быку, лишенному хвоста, очень сильное, роющее пещеры в горах и лесах.
Некоторые китайские авторы той поры представляли его себе как подзем-
ное, не переносящее света животное наподобие слона, живущее исклю-
чительно в областях холодного климата.
Подобные суждения о подземном образе жизни и любви к холоду
вполне понятны, так как китайцы слыхали от народов Севера рассказы
о находках в мерзлых толщах трупов мамонтов. Например, в береговом
уступе одного из притоков р. Индигирки был найден труп мамонта, кото-
рый по описанию Г. Майделя, заимствованному у местных русских
жителей, выглядел так. Мамонт находился в стоячем положении, из
обрыва были видны низко опущенная голова и передние ноги. Остальная
часть туловища заключалась в мерзлой земле. Безусловно впечатляющее
зрелище!
В 1787 г. флота капитан Гавриил Андреевич Сарычев, впоследствии
адмирал и почетный член Петербургской Академии наук, плавал вдоль
северо-востока Сибири по «Ледовитому морю и Восточному океану»,
слыхал от жителей селения Алазея, что в ста верстах выше по течению
реки того же названия, впадающей в Восточно-Сибирское море между
Колымой и Индигиркой, из пёсчаного берега вымыт до половины остов
большого животного величиной со слона в стоячем положении, совсем
целый и покрытый кожею, на коей местами видна длинная шерсть.
Позднее он приводит бытовавшие в конце просвещенного XVIII в. пред-
ставления о том, каким образом звери могли обитать в столь бесплодном
и совсем неестественном для них климате, когда стужа бывает до сорока
и более градусов. Некоторые думают,— сообщает он,— что слоны-ма-
монты не водились на Севере, а только завезены сюда во времена давно
минувших походов из теплых стран. Другие полагают, что мертвые тела
сих животных занесло в Сибирь водой, когда был всемирный потоп.
На самом же деле, в местах их обитания был некогда теплый и мягкий
климат, сродный натуре сих животных, который резко изменился на
всем земном шаре. Впрочем,— замечает он,— я оставляю решить сие
сомнение испытателям натуры.
Представления о теплом климате Сибири во время обитания там
мамонтов и носорогов были весьма широко распространены среди
ученых, вплоть до недавнего времени. Однако, если предположить,
чтб мамонты обитали в теплом климате, можно объяснить сохранение
костных остатков, бивней, но никоим образом не целых туш или их
частей. В условиях теплого влажного климата это невозможно, поскольку
очень активно идут процессы разложения органических остатков и даже
минеральных веществ. Иное дело в мерзлых грунтах. В них процессы
гниения — разложения отмерших организмов практически прекращают-
14
ся, и они могут сохраняться до тех пор, пока существуют сами мерзлые
горные породы.
В 1799 г. в низовьях р. Лены был обнаружен труп одного из наиболее
хорошо сохранившихся мамонтов, названный мамонтом Адамса по имени
ученого М. Ф. Адамса, откопавшего его и доставившего в Петербург.
Здесь в 1808 г. впервые в истории науки был смонтирован и выставлен
на всеобщее обозрение полный скелет мамонта. Чучело сделать не уда-
лось, так как кожа не сохранилась. В 1901 г. стало известно о находке
прекрасно сохранившегося трупа почти целого мамонта в долине р. Бе-
резовки — правого притока р. Колымы, названного Березовским. Эта
находка получила в дальнейшем всемирную известность. Специально
снаряженная экспедиция под руководством зоолога О. Ф. Герца откопала
тушу мамонта, и в Петербург были доставлены скелет, кожа с шерстью
и мягкие ткани. После препарации в 1902 г. чучело мамонта в естест-
венной позе его гибели было экспонировано в Зоологическом музее Акаде-
мии наук. И по сей день оно находится в этом музее в Ленинграде.
Мамонты в определенной степени сами ответили на вопрос о том, в
каком — теплом или холодном — климате они жили. Был исследован
состав пищи Березовского мамонта, остатки которой сохранились в
желудке и даже во рту между зубами животного. Состав остатков пищи
полностью соответствовал местным северным растениям в районе
р. Колымы. Однако эти же растения произрастают и в условиях более
теплого и мягкого климата в более южных районах, но важным и
бесспорным представляется вывод о быстром замерзании Березовского
мамонта и сохранении его непрерывно в мерзлом состоянии вплоть до
откапывания. Об этом красноречиво свидетельствовало прекрасное сохра-
нение внутренностей туши и даже подкожного жира.
Находки нетленных останков мамонтов и носорогов сыграли огромную
роль в естественно-историческом познании мерзлых горных пород и
содержащихся в них подземных льдов. Поскольку тела животных нередко
залегали среди толщ очень сильно льдистых отложений и скоплений
чистого льда, был сделан важнейший вывод о том, что крупные скопления
подземного льда образовались в ту эпоху, когда жили мамонты. Оконча-
тельно утвердилось мнение, что мерзлые толщи и подземные льды широ-
ко распространены в Сибири и существуют давно, с «мамонтовых времен».
Именно в связи с этим обстоятельством в научную литературу вошло
новое понятие «вечная мерзлота», т. е. длящаяся продолжительное время,
веками.
С наступлением XX в. в истории изучения подземных льдов начина-
ется качественно новый этап, заключающийся в переходе от собирания и
накопления разрозненных сведений о них к их систематизации и науч-
ному осмыслению. Выдающееся значение в этом отношении имеет обоб-
щающий труд М. И. Сумгина, вышедший в 1927 г.,— «Вечная мерзлота
почвы в пределах СССР», где сведены все накопившиеся к тому времени
данные о вечномерзлых горных породах и подземных льдах, много вни-
мания уделено их происхождению и условиям образования.
15
ГЛАВА 2
Льды Земли
Лед как минерал и горная порода
Одна из своеобразных черт нашей планеты — наличие в ее недрах,
на поверхности и в атмосфере льда. Лед — это особый минерал, суще-
ствующий при отрицательной температуре. Его крупные- скопления на
поверхности суши в виде ледников и в недрах Земли в виде подземных
льдов называют горными породами. Лед как минерал и горная порода
обладает определенными свойствами, которые резко отличают его от всех
прочих минералов и горных пород. Это самый низкотемпературный и
легкий из широко распространенных, так называемых породообразующих
минералов. Известно, что он плавает в воде, ибо плотность его ниже
плотности воды и составляет при 0° С около 0,9, т. е. почти на 10% ниже
плотности воды при той же температуре.
Поскольку лед самый легкий из всех широко распространенных
минералов и горных пород, он концентрируется в верхних слоях земной
коры (подземный лед), на ее поверхности (ледники) или на поверхности
морских и пресноводных водоемов (плавучий лед). Слова поверхность,
поверхностный звучат в предыдущей фразе неоднократно, что подчерки-
вает общую закономерность распространения льда в земных условиях.
Так как лед самый низкотемпературный минерал, считается, что в
процессе становления Земли как планеты при дифференциации (разделе-
нии) составляющего ее вещества он образуется последним. Выделяют
четыре температурные ступени дифференциации вещества Земли в ходе
ее преобразования из первоначального газообразного состояния: 1) раз-
деление на газовую и жидкую фазы; 2) застывание и кристаллизация
наиболее легких силикатных, т. е. состоящих в основном из кремнезема,
магм близ поверхности Земли; 3) выпадение химическим путем, кристал-
лизация вещества из водных растворов; 4) развитие жизни на Земле и
осаждение веществ при участии живых организмов — биогенная диффе-
ренциация в условиях обычных приповерхностных современных темпе-
ратур. По мнению некоторых исследователей, следует выделять еще одну,
пятую, ступень — ледяную, исключающую деятельность организмов и
знаменующую собой начало затухания жизни и омертвения Земли.
Лед имеет очень простой химический состав — НгО, его кристалли-
ческая решетка состоит из молекул кислорода 16О и водорода !Н.
Примесь тяжелых изотопов водорода — дейтерия 2Н и трития 3Н и
кислорода 17О и 18О в природных водах и льдах ничтожна и не оказывает
сколько-нибудь заметного влияния на его физико-химические свойства.
Растворенные в воде соли при замерзании выталкиваются в простран-
ство между кристаллами льда, создавая солевые пленки. Соли содержат-
ся во льду лишь в виде механических примесей. По степени солености
льдов, как и природных вод, в зависимости от содержания солей выде-
16
ляют четыре градации: 1) пресные — до 1 г/л; 2) солоноватые — от 1 до
10 г/л; 3) соленые — от 10 до 50 г/л; 4) рассолы — свыше 50 г/л.
Известно 10 кристаллических модификаций льда и аморфный, некри-
сталлический лед с беспорядочным расположением атомов, молекул и
ионов. В природе обнаружена только одна гексагональная модификация
кристаллического льда, условно названная лед I. Лед I образует при
свободном росте кристаллы, имеющие вид шестигранной призмы с основа-
нием в виде правильного шестиугольника — гексагона, а также пластин-
чатые, игольчатые, звездчатые, шестилучевые и другие формы. Все осталь-
ные модификации льда существуют только при высоких давлениях и
очень низких температурах и потому в природной обстановке не встреча-
ются, но могут быть получены искусственным путем. Лед может обра-
зовываться как при замерзании воды, так и при сублимации пара —
переходе его в твердую фазу, минуя жидкую. Причем этот процесс
может происходить в подземных условиях, и тогда в пустотах мерзлых
горных пород возникают сростки кристаллов льда, называемого субли-
мационным (рис. 3). В отличие от него лед, который образуется при
замерзании воды, называется конжеляционным, или гидрогенным.
В земных условиях, лед очень изменчив в связи с изменением тем-
пературы и давления. При длительных статических нагрузках и под
Рис. 3. Сростки кристаллов ледяной изморози, покрывающие стенки подземного
туннеля в толще мерзлых горных пород. Размер сростков 3—5 см в поперечнике
2
Заказ 1319
17
действием собственной массы лед становится пластичным и приобретает
свойство текучести: он начинает течь в поверхностных условиях, когда
толщина его достигает примерно 20 м. При этом образуются складки,
ориентированные в основном горизонтально или наклонно. Текучестью
обладают и скопления подземного льда, находящиеся под действием
больших давлений, но проявляться это их свойство может не всегда, так
как залежи подземного льда обычно подвергаются всестороннему рав-
номерному давлению. В тех же случаях, когда текучесть подземного
льда проявляется, что бывает чаще всего вблизи дневной поверхности, в
нем наблюдаются складки, как и в ледниках, но ориентированные
преимущественно в вертикальном или близком ему направлении. При
температуре около 0° С лед становится особенно пластичным и пред-
расположенным к течению. В таком состоянии текучесть его в миллион
раз выше, чем у плотных горных пород. В целом можно сказать,
что в температурном диапазоне от 0 до —5° С лед близок к расплаву.
Примерно в таком состоянии находится сталь, нагретая до
температуры 1200° С, т. е. до состояния красного каления. С понижением
температуры и давления лед приобретает хрупкость и приближается к
абсолютно твердому телу.
Криосфера
Польским ученым А. Б. Добровольским и советским академиком
В. И. Вернадским в двадцатых — тридцатых годах нашего столетия
была высказана мысль о целесообразности выделения особой оболочки
Земли — криосферы. Слово «криос» в переводе с греческого означает
холод, лед. Близ поверхности Земли выделяют несколько ее оболочек:
твердую — литосферу; жидкую — гидросферу; газообразную — атмо-
сферу. Частично каждая из этих оболочек находится в отрицательно-
температурном состоянии и содержит или может содержать лед. Объ-
единенные вместе эти части и составляют криосферу (табл. 1). В атмо-
сферной части криосферы лед присутствует главным образом в виде снега,
а также мельчайших распыленных частичек, по существу это еще не лед
Таблица 1
Виды льдов криосферы Земли (исключая атмосферные льды)
Виды льдов Подразделение льдов по длительности их существования
Кратковременные (эпизодические) Сезонные Многолетние
Плавучие
Наземные
Подземные
Ледяной покров
водоемов
Снежный покров
Льды, возникаю-
щие при ночных
заморозках в поч-
вах
Устойчивый зимний
покров льдов водое-
мов
Устойчивый зимний
снежный покров
Льды в приповерхно-
стном слое ежегодно-
го зимнего промерза-
ния
Паковые льды по-
лярных морей, айс-
берги
Ледники
Льды в толщах
многолетне- или
вечномерзлых гор-
ных пород
18
в его обычном понимании. В пределах гидросферы лед образует поверх-
ностный покров морей, рек, озер, он может быть круглогодичным
многолетним (например, в центральной части Северного Ледовитого
океана) или сезонным. Сезонный покров в свою очередь подразделя-
ется на ежегодный (Охотское, Берингово, Чукотское, Восточно-Сибир-
ское, Лаптевых, Карское, частично Баренцево и Белое моря, в меньшей
степени Ботнический, Финский и Рижский заливы) и неежегодный,
обычно достаточно кратковременный (северные части Каспийского и
Черного морей).
Наконец, в литосфере лед сосредоточен в ее приповерхностной
части, имеющей отрицательный тепловой баланс. Литосфера — это
твердая внешняя оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю,
твердую часть подстилающей ее мантии. Слово «литое» в переводе с
греческого означает камень, это понятие употребляют по отношению к
отложениям, превратившимся в уплотненную осадочную горную породу.
Следовательно, литосферный лед — это твердая «каменная» горная поро-
да, составляющая часть твердой приповерхностной оболочки Земли. Как
горная порода и составная часть литосферы, лед может быть подразде-
лен на наземный (ледники) и подземный, вернее, внутриземный по
отношению к дневной поверхности суши. Следует оговорить одно обя-
зательное условие, при котором наземный и подземный лед можно рас-
сматривать как горную породу,— длительность его существования, изме-
ряемая в геологическом масштабе времени, т. е. тысячами, десятками и
сотнями тысяч лет. Поэтому кратковременные — суточные и сезонные,
зимой возникающие, а. летом исчезающие льды нельзя считать горной
породой.
Три формы оледенения Земли
Когда говорят о современном или древнем оледенении Земли, имеют
в виду обычно лишь его наземную, наиболее яркую и эффектную форму
проявления — ледники, незаслуженно «забывая» подземную и морскую
составляющие. Подземные льды, как и наземные, существуют геологиче-
ски длительное время, в течение тысяч, десятков, сотен тысяч, возможно,
миллионов лет. Можно уверенно говорить о трех различных формах
проявления единого оледенения Земли — наземной, подземной и морской,
связанных между собой. Все они закономерно распределены в простран-
стве и составляют вместе единую зону — криолитозону.
Наземное оледенение — это прежде всего ледники суши. Ойи образуют
огромные покровы, крупнейшие из которых — Антарктический площадью
около 14 млн. км2 и толщиной свыше 4 км, а также Гренландский
площадью около 1,8 млн. км2 и толщиной до 3,4 км. Гораздо меньшую
площадь занимают ледниковые покровы арктических островов — архи-
пелаги Шпицберген, Земля Франца-Иосифа, Новая Земля, Северная
Земля, Канадский Арктический архипелаг и др. Их общая площадь со-
ставляет всего 0,24 млн. км2. Еще меньше площадь всех вместе взятых
горных ледников, но значение их в жизни людей и развитии природных
2*
19
процессов огромно. Крупные ледниковые покровы — устойчивые, дли-
тельно существующие образования. На их зарождение и развитие тре-
буются сотни тысяч лет. Мелкие покровы островов и горные ледники
имеют относительно «молодой» возраст, измеряемый тысячами и де-
сятками тысяч лет. Подсчитано, что средняя продолжительность «жизни»
ледникового льда в условиях антарктического покрова составляет поряд-
ка 200 тыс. лет, а по мнению некоторых ученых, достигает 500 тыс. лет!
Это означает, что, образовавшись на поверхности ледникового покрова
в его центре, каждая льдинка достигнет края ледника и растает здесь
или вынесется в море в виде айсберга, просуществовав на Земле 200—
500 тыс. лет.
Подземные льды и льдистые мерзлые горные породы также суще-
ствуют многие десятки и сотни тысяч лет беспрерывно, «вечно». Бла-
годаря этому в них хорошо сохранились ископаемые остатки древних
растений и животных. Как уже говорилось, площадь подземного оле-
денения Земли примерно в два раза превышает площадь наземного.
Если же рассматривать отдельно Северное полушарие, то это соотношение
еще больше.
Морское оледенение, или устойчивый многолетний покров плавучих
льдов, также существует очень давно. В центре Арктического бассейна,
как полагают, его возраст составляет первые миллионы, а вокруг Антарк-
тиды первые десятки миллионов лет! Толщина многолетних покровов
морских льдов в центральной части Арктического бассейна составляет
в среднем 3 м, нередко достигая 4,5 м, а иногда и более, поскольку
льды постоянно нагромождаются друг на друга. Ледяные торосы вы-
сотой 10 м не редкость в центре Арктики, а вблизи побережий подни-
маются громады высотой более 15—20 м. Покровы плавучих льдов —
своеобразная форма оледенения Земли. Они постоянно дрейфуют и вы-
носятся из полярных водоемов, периодически обновляясь. Лед ледников
суши также постоянно движется и обновляется.
Все три формы единого оледенения Земли обусловлены одной главной
причиной — дефицитом тепла на поверхности суши и моря. Наземное
оледенение развивается там, где не только существует холодный климат,
но и выпадает достаточно много атмосферных осадков в виде снега,
которого должно выпадать зимой больше, чем таять летом. Как говорят
климатологи и гляциологи, баланс твердых атмосферных осадков дол-
жен быть положительным. В связи с этим в Северном полушарии наиболее
крупные ледники и ледниковые покровы располагаются в зоне влияния
влажного атлантического или тихоокеанского воздуха: Гренландия,
Шпицберген, Земля Франца-Иосифа, Новая Земля, Северная Земля,
Аляска, Канадский Арктический архипелаг. А на удаленных от зоны
влияния влажного атлантического и тихоокеанского воздуха Новосибир-
ских островах ледников нет, несмотря на их высокоширотное положение.
Подземное оледенение развивается в пределах суши там, где при
дефиците тепла мало выпадает атмосферных осадков, особенно зимних.
Снега здесь выпадает меньше, чем может стаивать летом. Области мощ-
ного подземного оледенения в Центральной и Северной Якутии — это
20
районы, где выпадает мало снега. Общее летне-зимнее количество ат-
мосферных осадков здесь составляет нередко всего 50—200 мм, как в
пустынях и полупустынях.
Существование морского оледенения, приуроченного исключительно к
полярным и приполярным широтам, обусловлено малым количеством по-
ступающего сюда солнечного тепла. Ийогда границы его далеко отодви-
гаются к северу под воздействием теплых течений. Особенно яркий при-
мер — течение Гольфстрим, благодаря которому круглогодично не замер-
зает большая часть Баренцева моря, тогда как расположенные южнее
Белое и Печорское моря замерзают. Некоторые арктические моря
отепляют выносимые в них пресные воды крупных рек — Оби, Енисея,
Лены, пересекающих всю Сибирь с юга на север.
Распространение подземных льдов
Довольно часто приходится слышать от неспециалистов сомнения в
том, что на огромных пространствах Сибири, Канады и Аляски под
высокоствольными таежными лесами на очень небольшой глубине от
поверхности находятся постоянно мерзлые толщи горных пород и под-
земных льдов. Более понятно, что они есть в тундровой зоне, где растут
лишь мхи, лишайники, кустарнички, травы и осоки (рис. 4,а). Но чтобы
на мерзлоте, над скоплениями подземных льдов росли березы, ели, лист-
венницы, сосны? Это представляется совершенно неправдоподобным.
Однако это так (рис. 4, б). Главное для таежной растительности не
сам факт существования или отсутствия мерзлых горных пород с под-
земными льдами, а то, на какую глубину они оттаивают летом (табл. 2).
В тундровой зоне на равнинах близ побережья Северного Ледовитого
океана глубина летнего оттаивания на глинистых грунтах составляет обыч-
но не более 0,8—1 м, и лишь на песках, в которые лучше просачивается
атмосферная влага летом, достигает 1,8 м. В таежной и таежно-степной
зонах грунты в целом оттаивают больше: глинистые до 2—2,5 м, песчани-
стые на юге Сибири до 3—4 м.
Таким образом, глубина летнего оттаивания мерзлых горных пород
определяется их составом и климатом. Там, где климат влажный, летние
температуры невысоки и даже в июле в среднем составляют не более
8—10° С и преобладает облачная туманная погода с частыми морося-
щими дождями, глубина сезонного оттаивания невелика. Именно в этих
районах распространена тундровая растительность. В районах с наиболее
суровым, но континентальным климатом, для которых характерны рез-
кие перепады между летними и зимними температурами, т. е. там, где
зимой очень холодно, а летом жарко, глубина сезонного (летнего)
оттаивания наибольшая и здесь растет лес. Например, в Якутске, где
зимоц морозы достигают —64° С, в июле зафиксирована температура
38° С, в Верхоянске, находящемся в верховьях р. Яны, температура
зимой опускается до —68° С, а летом поднимается до 35° С. Тайга
раскинулась вокруг полюса холода Северного полушария — Оймякона
21
a
Рис. 4. Два основных типа растительности над вечномерзлыми толщами с подзем-
ными льдами:
а — мохово-кустарниковая тундра в предгорьях (Чукотский п-ов); б — елово-березово-лиственничный
лес, растущий над обрывом смятого в складки подземного льда, при таянии которого деревья падают
вниз (низовья р. Енисея в районе г. Игарки)
Таблица 2
Примерная глубина летнего оттаивания
неодинаковых по составу грунтов в различных географических зонах
Глубина летнего оттаивания (в м) в географических зонах
Грунт тундровой (прибрежные равнины Северного Ледовитого океана) таежной (Средняя и Восточная Сибирь) таежно-степной (юг Сибири)
Торф
Глина
Песок
0,2—0,4
0,8—1
1,2—1,8
0,6—0,8
1,5—2
2—2,4
0,8—1
1,8—2,5
3—4
(верховья р. Индигирки), где зафиксирована самая низкая температура
на земной поверхности, не покрытой ледниками, —71° С, но летом здесь
температура поднимается до 33° С. Меньше всего оттаивают летом в
любой ландшафтно-географической зоне торфяно-болотные грунты.
В пределах распространения толщ мерзлых горных пород с подзем-
ными льдами с севера на юг располагаются, сменяя друг друга, сле-
дующие растительные зоны: тундровая, лесотундровая, таежная, таежно-
степная. Последняя приурочена у нас в стране главным образом к
районам Забайкалья. В зоне тундры различают арктическую камени-
стую тундру, называемую часто «арктической пустыней», мохово-лишай-
никовую и кустарниковую. В таежной зоне наиболее далеко на север
среди древесных пород проникают в пределах Сибири сибирская и даур-
ская лиственницы, поскольку они обладают стелющейся приповерхно-
стной корневой системой и могут произрастать на сравнительно неглубоко
оттаивающих льдистых глинистых грунтах. Ель, пихта, сосна, береза
предпочитают песчанистые грунты с более глубоким залеганием летом
кровли мерзлых горных пород.
Охарактеризовав верхние пределы залегания вечномерзлых горных
пород с подземными льдами, рассмотрим их распространение по пло-
щади и глубине. Они занимают в нашей стране площадь около 10 млн. км2,
т. е. почти половину территории. Кроме того, мерзлые горные породы и
отрицательно-температурные соленые воды (криопэги) широко распрост-
ранены на арктическом шельфе и в центральной части Северного Ледо-
витого океана. О характере распространения вечномерзлых толщ с
подземными льдами, а также отрицательно-температурных соленых вод
и грунтов на территории СССР дает наглядное представление схема
(рис. 5, а). В пределах занимаемой ими площади на суше выделяют
две основные зоны: северную — сплошного и южную — островного рас-
пространения мерзлых толщ (рис. 5, б). Зоны абсолютно сплошного
распространения не существует, поскольку даже в районах с самыми
суровыми климатическими и мерзлотными условиями существуют талые
участки — своеобразные узкие коридоры. Они располагаются под русла-
ми больших рек, крупными озерами, в местах активной вертикальной
циркуляции подземных вод вдоль глубоких разрывных тектонических
нарушений — разломов земной коры. В зоне островного распространения
мерзлые горные породы располагаются в виде островов среди основ-
ного моря талых пород и занимают менее 50% территории. Иногда между
23
ьо
Рис. 5. Схема (а) и схематический разрез (б)
распространения мерзлых толщ с подземными
льдами и засоленных толщ с отрицательной
температурой на территории СССР:
1—2 — области распространения мерзлых толщ на суше
(/ — островного, 2 — сплошного); 3 — реликтовые мерз-
лые толщи под дном арктических морей; 4 — приповерхно-
стные в океане и придонные в арктических морях толщи
соленых вод и грунтов; 5 — толщи соленых вод и засолен-
ных грунтов с отрицательной температурой у дна Северно-
го Ледовитого океана; 6 — толщи талых грунтов и вод с
положительной температурой
-10 -б -6 -4 -2 0 2 4 6 8 °C
Рис. 6. Строение мерзлого блока горной породы и график
изменения в нем температуры с глубиной в зависимости от
времени года:
1 — слой летнего оттаивания; 2 — мерзлый слой, в котором сказываются
годовые (зима—лето) изменения температуры; 3 — слой с нулевой годовой
амплитудой температур; 4 — слой с отрицательной в течение всего года
температурой, постепенно повышающейся с глубиной; 5 — талые горные
породы с положительной в течение всего года температурой
сплошной и островной выделяют зону прерывистого распространения
мерзлых толщ, а южнее еще зону спорадического их распространения,
где они составляют несколько процентов территории.
В вертикальном разрезе мерзлой толщи также выделяют несколько
зон, или слоев (рис. 6). В верхней ее части, находящейся под слоем
летнего оттаивания, температура в течение года непостоянна, здесь
в несколько сглаженном виде сказываются сезонные, летне-зимние изме-
нения температуры воздуха. На глубине примерно 10—15 м от дневной
поверхности располагается слой нулевой годовой амплитуды температур.
Ниже залегают мерзлые горные породы с отрицательной в течение года
температурой, которая с глубиной постепенно повышается за счет потока
внутриземного тепла и на определенной глубине становится равной
0° С. В мерзлых толщах, расположенных ниже слоя годовых (сезонных)
изменений температуры, проявляются только вековые и тысячелетние
колебания температуры, нередко накладывающиеся друг на друга и
нарушающие закономерную картину постепенного потепления земных
недр с глубиной.
Расстояние по вертикали между подошвой слоя сезонного оттаивания
и глубиной залегания горных пород с температурой 0° С называется
мощностью мерзлых толщ (на рис. 6 она составляет около 40 м). На
равнинах мощность мерзлых толщ закономерно увеличивается к северу
и уменьшается к югу. Горы осложняют эту закономерную картину, по-
скольку к широтной климатической зональности примешивается высотная
поясность, а с высотой температуры воздуха, как известно, понижаются.
Глубина залегания толщ горных пород с отрицательной температурой
на равнинах Крайнего Севера близ побережий арктических морей до-
стигает 450—600 м, а наибольшая глубина отмечается в горах и плоско-
горьях Сибири (табл. 3). Так, в буровой скважине на северо-востоке
Среднесибирского плоскогорья в истоках р. Мархи близ Северного поляр-
ного круга она составляет 1500 м. Естественно, что у южной границы
распространения мерзлых толщ мощность их наименьшая — первые
десятки метров, в зоне прерывистого распространения — в среднем
около 100 м.
Помимо мощности важным показателем состояния мерзлых горных
пород с подземными льдами является их температура. Когда говорят о
ней, имеют в виду температуру мерзлых толщ в основании слоя ее
годовых колебаний, т. е. в слое нулевой годовой амплитуды (на рис. 6
она равна — 2° С). Это дает возможность сравнивать температуры мерз-
лых толщ в разных регионах и выявлять их различия, определяемые
целым рядом факторов. Прежде всего температура мерзлых толщ в
том или ином регионе зависит от теплового баланса, теплообмена между
почвой и атмосферой. Чем меньше поступает на поверхность Земли
лучистой солнечной энергии, преобразуемой в тепловую, и чем больше ее
отдается в пространство, тем ниже должна быть температура мерзлых
горных пород. Если бы все остальные факторы были равнозначны, то
температура мерзлых толщ закономерно понижалась бы при движении
на север. И в целом для равнинных территорий это так. Но на температур-
26
Таблица 3
Наибольшие глубины залегания подошвы толщ горных пород
с отрицательной температурой в различных регионах (по И. А. Некрасову и др.)
Тип местности | Регион | Географический пункт Глубина, м
Равнины и возвы- Европейская г. Нарьян-Мар 150
шенности часть СССР г. Воркута 200
пос. Амдерма 400
Западная Сибирь п-ов Ямал 450
г. Лабытнанги 350
г. Салехард 190
Гыданский п-ов 300
р. Мессояха, верховья 400
р. Енисей на широте Поляр- ного круга 370
Якутия пос. Тикси 630
пос. Жиганск 600
г. Якутск 450
Чукотка м. Шмидта 330
г. Певек 230
Аляска м. Барроу 430
м. Томпсон 390
Канада р. Маккензи в низовьях 600
пос. Винте Хабор 450
пос. Резолют 400
Плато и горы пос. Ранкин Инлет 300
Среднесибирское р. Марха в верховьях 1500
плоскогорье г. Мирный 550
Верхояно-Колым- ская горная стра- г. Верхоянск 600
на Забайкалье хр. Удокан 1000
ном режиме мерзлых толщ сказываются еще много факторов: толщина
снежного покрова, характер растительности, рельеф местности, ее геоло-
го-тектоническое строение, состав грунтов и т. д.
Снежный покров оказывает в основном отепляющее воздействие на
почву и приповерхностные слои литосферы. Но вместе с тем он оказывает
и охлаждающее влияние. Во-первых, там, где больше скапливается снега,
почва позже прогревается весной. На таяние снега затрачивается боль-
шее количество тепловой энергии. При малой толщине снежного покрова
он практически не является теплоизолятором, т. е. не предохраняет
почву от выхолаживания, но вместе с тем от его белой поверхности
отражаются солнечные лучи, лучистая энергия Солнца не преобразуется
в тепловую. Отражательная способность снежного покрова характеризу-
ется величиной альбедо (от лат. «альбус» — белый), которая равняется
отношению отраженного снегом радиационного потока к падающему.
В полярных странах альбедо чистого свежевыпавшего снега составляет
0,85—0,9, т. е. до 90% лучистой энергии Солнца отражается от него.
Таким образом, снег может быть и отепляющим и охлаждающим фак-
тором. При его достаточном количестве он действует в основном как
отепляющий фактор, предохраняющий землю от выхолаживания.
27
Растительность, ее характер во многом определяют температуру
приповерхностных толщ горных пород, поскольку существенно влияют на
теплообмен между атмосферой и верхними слоями земной коры. От
характера растительного, покрова — его высоты и густоты — зависит ко-
личество отраженной лучистой энергии Солнца, он защищает почву от
влияния, в том числе и иссушающего, ветров, регулирует влагообмен
между почвой и атмосферой. В целом можно так охарактеризовать
влияние растительного покрова: он предохраняет почву от зимнего охлаж-
дения и летнего прогревания. Поэтому в жарком климате его влияние
охлаждающее, а в холодном — отепляющее. В тундровой зоне особенно
важное значение имеет моховой покров. Мох плохо проводит тепло, легко
поглощает влагу. Влагоемкость гипновых (одного из родов так называ-
емых «зеленых») мхов превосходит 350%, а сфагновых («белых») 1300—
1500%. Это значит, что I г сухого мха может поглотить до 15 г воды.
Зимой при малом снежном покрове влагонасыщенный мох, замерзая,
превращается в лед и уже хорошо проводит тепло, не препятствуя
выхолаживанию грунтов. Поэтому температура в мерзлых торфяниках
всегда на 1—3° С ниже, чем на окружающих территориях, они — свое-
образные коллекторы холода. Близ южного предела распространения веч-
ной мерзлоты собственно мерзлыми являются только массивы торфяни-
ков, представляющие собой как бы ледяные глыбы, погруженные в та-
лые грунты у их поверхности.
Отепляюще действуют на мерзлые толщи поверхностные воды, как
стоячие — озера, лагуны, так и текучие — ручьи, реки. Под ними всегда
есть таликовые зоны — сквозные, которые насквозь пронизывают мерз-
лые толщи, и несквозные, когда мерзлые толщи оттаяли не на всю
глубину. Первые образуются под наиболее крупными реками и озерами,
вторые под более мелкими. Отепляюще действуют на мерзлые горные
породы подземные воды, а также некоторые геохимические процессы,
идущие с выделением тепла, например окисление сульфидных руд.
Если рассматривать в целом картину распределения температуры
мерзлых толщ, то самые невысокие отрицательные значения свойствен-
ны южным районам их распространения, где они составляют всего —0,5...
— 1° С. Именно такие температуры мерзлых толщ характерны для рай-
она г. Воркуты на северо-востоке европейской части СССР, для городов
Салехарда и Игарки на севере Западной Сибири. Самые низкие темпе-
ратуры мерзлых толщ—12...— 14°С отмечена на п-ове Таймыр, в пределах
Станового нагорья, на арктическом побережье Канады. Выдающимися
советскими мерзлотоведами Б. Н. Достоваловым и В. А. Кудрявцевым
выделено пять мерзлотно-температурных зон, характеризующихся опреде-
ленными комплексами мерзлотных условий. Первая, наиболее южная со
средними температурами от 0 до —1°С, вторая более северная с тем-
пературами от —1 до —3° С, третья от —3 до —5° С, четвертая от
—5 до —10° С и пятая, наиболее северная, где температуры мерзлых
толщ ниже —10° С.
Давно подмечена зависимость температуры мерзлых толщ от средне-
годовой температуры воздуха в том или ином регионе, хотя полного
28
соответствия между ними нет. Температура мерзлых горных пород обыч-
но выше средней годовой температуры воздуха, поскольку на них отепляю-
ще влияют растительность, снеговой покров, поверхностные и подземные
воды и т. д. М. К. Гавриловой установлена достаточно четкая зависи-
мость между значениями годовых сумм температур воздуха и харак-
тером распределения мерзлых толщ. Зона их сплошного распростра-
нения соответствует наиболее низким значениям годовых сумм темпе-
ратур воздуха (—2000, —6000 градусо-дней в год), зона прерывистой
мерзлоты — относительно умеренным (—1000, —1500), зона островной
мерзлоты — самым высоким (—400, —1000 градусо-дней в год).
Огромное влияние на температуру мерзлых толщ оказывает высота
местности над уровнем моря. Именно этим фактором обусловлено широ-
кое распространение мерзлоты в горных районах умеренных широт, по-
скольку установлено, что на каждые 100 м высоты температура воз-
духа понижается на 0,5—0,6° С. Известным советским мерзлотоведом
А. П. Горбуновым вся зона распространения вечной мерзлоты подраз-
делена на две главные области: приполярную (зональную) и альпийскую
(горную), где наличие мерзлых толщ обусловлено не широтной зо-
нальностью, а высотной поясностью. В свете вышеизложенного становит-
ся понятным, почему южная граница распространения мерзлых толщ
имеет далеко не широтное положение: на него влияют и географическая
зональность, и высотная поясность, и конкретные ландшафтно-геоло-
гические особенности того или иного региона. Наглядное представление
о влиянии высоты местности и рельефа на ширину зоны распространения
мерзлоты дает сравнение территорий Западной Сибири с ее плоским
низменным рельефом и Средней Сибири с ее плоскогорьями и южными
горами. В первом случае южные пределы распространения мерзлых
горных пород едва выходят за Северный полярный круг, во втором —
далеко за южную границу СССР.
Рассмотрим распространение мерзлых толщ с подземными льдами на
территории нашей страны (см. рис. 5). В северной половине Кольского
п-ова они образуют лишь отдельные острова. Далее на восток южная гра-
ница островной мерзлоты протягивается в направлении устья р. Мезени,
затем почти достигает широтного колена р. Печоры. В пределах Уральских'
гор она резко опускается на юг примерно до 58° с. ш. Огромную Западно-
Сибирскую равнину южная граница мерзлых толщ пересекает, плавно
изгибаясь в юго-восточном направлении от широтного колена р. Оби на
западе до устья р. Подкаменной Тунгуски на востоке.
Толщи мерзлых горных пород на севере Западной Сибири имеют
сложное строение. Именно здесь впервые в истории мерзлотоведения
было установлено двуслойное строение мерзлых толщ и наличие ниже
современного слоя древнего, реликтового, отделенного от него талыми по-
родами. Это — следствие сложной истории развития мерзлых толщ,
чередования периодов с более и менее суровым температурным режимом,
а также сложного геологического строения территории. Север Западной
Сибири — район интенсивного современного хозяйственного освоения, и
знание закономерностей строения и распространения мерзлых горных по-
29
род с подземными льдами здесь очень важно не только с научной, но
и с практической точки зрения.
В районе устья р. Подкаменной Тунгуски южная граница распростра-
нения мерзлых толщ резко поворачивает на юг, следуя вдоль право-
бережья р. Енисея и оконтуривая западные склоны Среднесибирского
плоскогорья. Область распространения мерзлоты охватывает южные горы
Сибири и Средней Азии и уходит в горные районы МНР и КНР. На
Дальнем Востоке южная граница распространения мерзлых толщ окон-
туривает восточное побережье Камчатки, а также горный хребет Сихотэ-
Алинь, протягивается вдоль левого берега р. Амура в его низовьях.
Горная, или альпийская, мерзлота есть не только в горах Южной Сибири,
на Тянь-Шане, Памире, но даже на Кавказе.
Вечномерзлые толщи с подземными льдами широко распространены
в Северном полушарии и за пределами СССР. В Северной Америке зона
сплошной мерзлоты охватывает север п-ова Аляска и Канады, а также
острова Арктического архипелага, включая ледники в их пределах.
Южная часть п-ова Аляска и территория Канады, прилегающие к Гуд-
зонову заливу,— области несплошной мерзлоты. К зоне сплошной мерз-
лоты относятся обычно северная и центральная части Гренландии
с ее ледниковым покровом, в Южной части предполагается несплошное
распространение мерзлоты. В Европе за пределами СССР островная
мерзлота имеется в горах на севере Скандинавского полуострова. В Азии,
за пределами СССР, она занимает значительные пространства в МНР и
КНР. Особенно широко она развита в пределах горных систем Гималаев,
Гиндукуша, Каракорума, Куньлуня и высокогорного Тибетского нагорья.
На сегодняшний день можно считать установленным, что горная мерз-
лота есть в районах с субтропическим и даже тропическим климатом.
Не везде имеются прямые данные о ее наличии, но есть косвенные
подтверждения — ледники. Они существуют на высоких вулканах Мек-
сики: Орисаба (5700 м),Попокатепетль (5452 м), Икстасихуатль (5288 м).
Появляются данные о существовании вечной мерзлоты в Африке на
наиболее высоких конусах потухших вулканов и отдельных вершинах, где.
есть ледники — горы Кения, Килиманджаро, Рувензори. Величайшая го-
ра Африки Килиманджаро состоит из двух вершин,, разделенных седло-
виной. Одна из них — вулканическая некка Маванзи высотой 5356 м
не имеет ледникового и даже постоянного круглогодичного снежно-
го покрова, а другая — вулканический конус Кибо высотой 6010 м —
покрыта ледниковой шапкой. Есть все основания считать, что вокруг
нее и подо льдом существуют мерзлые горные породы. В Южной Аме-
рике они занимают достаточно значительные площади в горных систе-
мах Анд. Мерзлые горные породы отмечены на вулкане Фудзияма
в Японии и даже на Гавайских островах (потухший вулкан Мауна-
Кеа). Единственный континент, где вечная мерзлота отсутствует,—
Австралия.
Не имеет полной ясности вопрос о характере и масштабах рас-
пространения мерзлых толщ в Антарктиде. В «оазисах», т. е. своего рода
проталинах в ледниковом льду, где выходят на дневную поверхность
30
скальные и рыхлые горные породы, вечная мерзлота установлена. Но
закономерности ее пространственного распространения, глубина проник-
новения в земные недра, температура далеко еще не выяснены. Не так
давно было установлено, что в самом центре антарктического ледни-
кового покрова толщиной более 4 км в районе Полюса Недоступности
существуют подледные озера на больших площадях. Природа их может
быть двоякой: плавление льда под воздействием потока внутриземного
тепла или трения движущегося льда о скальное ложе. На американской
станции Берд из-подо льда толщиной более 2 км в скважину затекла
вода, поднявшись на 60 м. Ясно, что толстый покров льда оказывает
отепляющее влияние на находящиеся под ним горные породы в поляр-
ных широтах, предохраняя их от выхолаживания. Поэтому можно предпо-
лагать, что под многокилометровыми толщами льда мерзлоты нет или она
развита ограниченно даже в областях с самым суровым климатом на
Земле, каковым является Антарктида. Под тонкими же ледниками и у
края толстых она есть. Например, мерзлые толщи с температурой —13° С
зафиксированы на севере Гренландии подо льдом толщиной около 1300 м.
На о-ве Элсмира — самом северном в Канадском Арктическом архипела-
ге, в основании ледникового купола Агассиц толщиной 139,5 м температу-
ра льда составляет —19,04° С, а при толщине льда 338 м —16,7° С.
Следовательно, примерно такой же является и температура подстилаю-
щих лед мерзлых горных пород в их верхней части. Вопрос о зако-
номерностях распространения вечной мерзлоты под ледниковыми покро-
вами решится только после того, как будет пробурено достаточное число
скважин в толще льда и подстилающих горных породах. Пока же
число скважин, прошедших ледниковый покров, имеющий толщину свыше
1 км, очень невелико.
Спорным является также вопрос о распространении мерзлых горных
пород с подземными льдами под дном полярных морей. Одни ученые
считают, что вследствие огромного отепляющего влияния воды мерзлые
толщи не могут долгое время существовать под дном морей. Другие,
напротив, исходя из конкретных фактов, обосновывают эту возможность.
Любопытно, что русские исследователи Арктики уже в начале нашего
века приводили примеры сохранения подземных льдов под дном морей.
Так, ледяное дно отмечалось под слоем полужидкого ила вдоль отмелых
берегов Новосибирских островов. На этих же островах известные иссле-
дователи севера Сибири академик К. А. Воллосович и Э. В. Толль
отмечали, что льды, выходящие в обрывах берегов, перекрыты солоно-
водными глинами и суглинками с морскими раковинами и плавучим ле-
сом (плавником). Этими наблюдениями доказывалась возможность сох-
ранения мерзлых толщ с подземными льдами под дном арктических мо-
рей геологически длительное время, которое требовалось для накопле-
ния слоев глин и суглинков с морскими раковинами. Аналогичные усло-
вия залегания подземных льдов под морскими глинами и суглинками мож-
но наблюдать в низовьях р. Енисея. Здесь вертикально ориентированные
ледяные жилы, формирование которых, как далее узнает читатель, воз-
31
можно только на суше, перекрыты 20-метровой толщей морских гли-
нистых отложений.
Возможность сохранения мерзлых отложений и подземных льдов под
дном полярных морей обусловлена тем, что на большей части их аква-
тории в придонных слоях вода имеет отрицательную температуру. Извест-
но, что соленая вода замерзает при температуре ниже 0° С. Морская вода
нормальной солености (36%с), содержащая 36 г солей на 1 кг раствора,
замерзает при —2 °C, с соленостью 27%0 — при —1,8 °C, 22%о — при
—1,2 °C, 16%о — при —0,9 °C и т. д. Если соленость морской воды выше
нормальной, то она замерзает при температуре ниже —2° С. Засоленность
донных морских грунтов обычно выше, чем наддонных вод. Но даже
при одинаковой солености температура замерзания иловато-глинистых
морских грунтов ниже, чем воды. С началом промерзания минерализация
грунтовых вод повышается за счет вымораживания солей из мерзлых
отложений, достигая 60—80 г на 1 кг раствора, температура становится
отрицательной, но он не переходит в лед. Согласно экспериментальным
данным, донные илы с соленостью 20%©, т. е. ниже нормальной, начинают
промерзать при температуре —1,2ч—1,3° С, с соленостью 40%с, т. е.
несколько выше нормальной,— при температуре —2,4-4—2,6 °C, с соле-
ностью 50%о — при —3,2 °C. Твердомерзлыми илы с соленостью 40—50%о
становятся при температуре —4-4—5 °C. Поскольку температура морской
воды у дна полярных водоемов обычно не бывает ниже —1,8° С, накап-
ливающиеся там илы находятся в немерзлом — жидком или вязкопла-
стичном состоянии.
Промерзание донных морских грунтов начинается обычно лишь на
мелководьях в тех случаях, когда поверхностный лед смерзается с дном.
В ходе промерзания вместе со льдом из минерализованной воды грун-
тов выпадают соли в виде новообразованных минералов. При замерза-
нии морской воды нормальной солености, т. е. при температуре от —1,9
до —2,0° С, из нее выпадает углекислый. кальций — минералы кальцит
или арагонит; при температуре замерзания от —7,8 до —8,2° С более
минерализованных вод из них выпадает водный сульфат натрия — ми-
нерал мирабилит; при температуре —23° С из раствора выпадает наибо-
лее растворимая (поваренная) соль — хлористый натрий, или минерал га-
лит. Рассолы вымораживания иногда пропитывают линзы, прослои и це-
лые горизонты отложений, не давая им замерзнуть. Их называют, как и
отрицательно-температурные соленые морские воды, криопэгами.
Положительно-температурные придонные воды и грунты в арктиче-
ских морях и вдоль склонов океанических впадин Полярного бассейна
распространены только в районах проникновения теплых атлантических
и тихоокеанских вод, а также близ впадения крупных рек, дельты
которых далеко вдаются в мелководные моря, например вблизи устья
р. Лены (см. рис. 5). Но теплые и пресные воды таких могучих сибир-
ских рек, как Обь и Енисей, растекаются поверх соленых, холодных
и потому более тяжелых вод Карского моря. В его южных районах ниже
слоя опресненных обь-енисейских вод толщиной 10—15 м с температурой
около 6° С находятся соленые тяжелые морские воды с отрицательной
32
температурой до —1,8° С. Так что отепляющее влияние речных вод на
донные грунты арктических морей сказывается не всегда.
Непосредственные наблюдения показывают, что придонные воды и
донные грунты с отрицательной температурой распространены на боль-
шей части арктических морей. Наряду с ними буровыми работами в мел-
ководных прибрежных районах на разйых глубинах под дном были
вскрыты мерзлые горные породы со льдом. Так, В. М. Пономаревым еще
в 1940 г. отмечены мерзлые толщи вертикальной протяженностью 66 м
в бухте Кожевникова моря Лаптевых на глубинах 4,4 м, а в заливе
Креста в пределах изобаты 12 м. Льдистые отложения вскрыты под
далеко вдающимся в море молодым песчаным валом, отгораживающим
залив Ванькину губу от моря Лаптевых на глубинах от 84 до 100 м, на
расстоянии более 10 км от возвышенных мерзлых берегов. Льдистые
грунты отмечены почти с поверхности дна в проливе Дмитрия Лаптева,
отделяющего от материка архипелаг Новосибирских островов. Вокруг пос-
ледних они также неоднократно наблюдались непосредственно ниже мор-
ского дна. Обнаружены льдистые отложения и в Аляскинско-Канадском
секторе арктических морей, в частности, в районе мыса Барроу — самой
северной оконечности Аляски, под слоем морской воды толщиной 4 м
на расстоянии 117 м от берега. Перечень примеров, показывающих,
что мерзлые горные породы с подземными льдами широко распространены
в пределах арктических морей, можно было бы продолжить, но и приведен-
ные наглядно иллюстрируют действительную картину.
Древние — реликтовые мерзлые толщи и подземные льды оказываются
на морском дне вследствие размыва льдистых берегов и постепенного
затопления суши наступающим морем. Когда-то, в геологическом масш-
табе времени не так давно, около 20 тыс. лет назад, суша простиралась
далеко к северу от современных берегов Евразии и Северной Америки
в пределы нынешних арктических морей. Особенно далеко на север она
заходила в восточном секторе мелководных морей Советской Арктики —
Лаптевых, Восточно-Сибирском, западной, части Чукотского. И именно в
этих морях наиболее широко распространены реликтовые толщи мерзлых
горных пород с подземными льдами. Льдистые берега очень быстро
отступают под воздействием моря. Механическое действие волн и отепля-
ющее действие воды, а также непосредственное нагревание солнечными
лучами береговых обрывов приводят к высокому суммарному эффекту.
Скорость отступания берегов, сложенных льдистыми мерзлыми толщами,
в среднем составляет 5—10 м, но нередко достигает 15—20 м в год.
Известны многочисленные случаи, когда льдистые берега арктических
островов отступали со скоростью до 100 м в год и даже более.
История изучения Арктики богата сведениями об исчезнувших остро-
вах и связанных с этими событиями легендами. Каждому школьнику
известна загадочная «Земля Санникова», которую русский промышлен-
ник Яков Санников видел к северу от Новосибирских островов, участвуя
в их изучении в 1809—1812 гг. В районе открытой в 1764 г. в центральной
части Восточно-Сибирского моря, а затем исчезнувшей «Земли Андреева»
расположены мели, вокруг которых ныне скапливаются поля тяжелых
3 Заказ 1319 33
сплоченных плавучих льдов. Н. А. Солнцев упоминает об исчезнувших
в историческое время и исчезающих до сих пор островах в Баренцевом
море. Так, о-в Колгуев раньше имел большую ширину, распространяясь
дальше на запад, чем сейчас. Приблизительно в 46,3 км к северо-востоку
от него 1688 г. был открыт о-в Витсона, который оказался размытым
волнами и исчез. Конечно, легенды, связанные с исчезнувшими острова-
ми в Арктике, привлекательны, романтичны, но действительность про-
заичнее: они исчезают под сокрушающим действием моря и Солнца или
являются плавучими ледяными полями.
Подземные льды — объект науки криолитологии
Как это ни покажется странным, «классическая» геология до сих пор
практически не занимается изучением подземных льдов как составной
части земной коры, или литосферы. Между тем скопления льда образуют
в горных породах крупные, горизонтально залегающие пласты, линзо-
образные залежи толщиной 40 м, вертикально ориентированные жилы
протяженностью до 50 м и более! Толщи льдистых мерзлых отложений
проникают в недра Земли на глубину 300—400 м. Площадь их распрост-
ранения, как уже сказано, огромна, а в недавнем геологическом прошлом
была еще больше.
К настоящему времени геологическая наука распалась на ряд научных
дисциплин. Одна из них — литология изучает состав, строение и форми-
рование осадочных горных пород. Осадочные горные породы образуются
путем выпадения в осадок твердых частиц под действием силы тяжести
из среды, в которой они переносились: воздуха,* воды, льда. В водной
среде осаждение твердых частиц осуществляется также химическим и био-
химическим (с участием живых организмов) путями. Осадочные горные
породы подразделяются по происхождению (генезису) на несколько
типов, и прежде всего на морские и континентальные. Разнообразие
последних особенно велико: склоновые, речные, ледниковые, озерные
и т. д. К осадочным горным породам относятся и такие органогенные
накопления, как болотные торфяники, хотя они не «выпадают», не осажда-
ются из какой-либо среды, а накапливаются на месте путем отмирания
растений. Также к осадочным горным породам относят продукты разру-
шения, «выветривания» других горных пород: вулканических, метаморфи-
ческих, более древних осадочных — так называемых «кор выветривания»,
которые, как и торфяники, образуются на месте, а не осаждаются из
водной, воздушной или другой среды. В суровых климатических усло-
виях в зоне распространения мерзлоты на той или иной стадии ее
формирования все типы неупЛотненных отложений и уплотненные осадоч-
ные горные породы промерзают и в них образуются подземные льды.
Следовательно, подземный лед — часть осадочных горных пород, сформи-
рованных в специфических условиях криолитозоны, т. е. зоны особого
осадочного породообразования с участием в этом процессе природных
льдов. Возникающий при промерзании осадочных накоплений подземный
лед иногда до неузнаваемости меняет их облик, состав и строение.
34
Количество новообразованного минерала — льда при этом может дости-
гать 50%, а нередко 70—80 и даже 90% объема горных пород!
Традиционно сложилось так, что изучением причин и способов возник-
новения подземного льда, его состава, строения, свойств, взаимосвязи
с вмещающими отложениями занимается наука мерзлотоведение, или
геокриология. Вместе с тем совершенно очевидно, что те же проблемы
рассматривает и литология, призванная изучать состав, строение и усло-
вия формирования осадочных горных пород в целом. Но в криолито-
зоне помимо толщ с подземными льдами существуют огромные скопле-
ния чистого льда, также отрицательно-температурной горной породы
осадочного происхождения,— это ледники. Ледники возникают вследст-
вие осаждения из воздуха твердых частиц — снежинок и их последующего
преобразования: уплотнения, перекристаллизации. Налицо все стадии
формирования осадочных горных пород: осаждение твердых частиц под
действием силы тяжести из воздушной среды и их последующее пре-
образование, называемое диагенезом осадков. Иногда говорят о леднико-
вом льде как метаморфической горной породе, т. е. до неузнаваемости
измененной осадочной породе, испытавшей процесс перекристаллизации
вещества и динамического воздействия (динамометаморфизма). С этим
утверждением согласиться трудно, поскольку метаморфические горные
породы возникают на больших глубинах в условиях высоких давлений и
температур. Но во всяком случае, как своеобразную осадочную горную
породу ледниковый лед, безусловно, можно рассматривать. Ледники, в
том числе состав, строение, свойства льда, изучает наука гляциология.
В природе существуют еще льды как сезонные и устойчивые покровы
водоемов. Самостоятельной науки, их изучающей, нет. Их исследуют
и гляциологи, и геокрйологи, и океанологи.
Ледники и ледовый покров морей представляют собой подвижные
образования, которые переносят в себе или на себе, а затем после таяния
отлагают каменный, песчаный и пылевато-глинистый материал. Вопроса-
ми формирования ледовых и ледниковых отложений в числе прочих
занимается четвертичная геология — наука о самых молодых горных по-
родах Земли, образовавшихся на заключительных этапах ее геологиче-
ской истории. Она же изучает состав, строение, условия и историю
формирования мерзлых осадочных отложений с подземными льдами. Все
перечисленные выше научные дисциплины объединяет одно — природные
льды, но каждая из них познает различные типы льдов или отдельные
их стороны. Вместе с тем существует один очень важный аспект, касаю-
щийся всех природных льдов криосферы,— геологические последствия са-
мого факта их существования или деятельности. Потребностями науки
и практики было вызвано к жизни новое научное направле-
ние, находящееся еще в стадии становления,— криолитология.
Криолитология — пограничная научная дисциплина, зарождающаяся
на стыке: литологии — науки об осадочных горных породах; геокрио-
логии (мерзлотоведение) — науки о мерзлых горных породах; гляциоло-
гии — науки о ледниках и четвертичной геологии — науки о наиболее мо-
лодых горных породах Земли (рис. 7). Криолитология призвана разра-
3*
35
Рис. 7. Схема, иллюстрирующая исходные научные дисциплины («родители*)
криолитологии и ее основные задачи
батывать методы криолитологических исследований, изучать состав, стро-
ение, свойства мерзлых горных пород и в конечном итоге создавать
теорию формирования осадочных горных пород, или, как говорят,
«осадочного процесса» в криолитозоне, зоне распространения отрица-
тельно-температурных слоев и природных льдов литосферы. Этот процесс
назван криолитогенезом. Особой задачей криолитологии является раз-
работка учения о криогенных формациях — естественно-исторических
комплексах мерзлых осадочных пород. Существует мнение, что крио-
литология должна изучать только подземные льды и вопросы, связанные
с их возникновением и исчезновением, т. е. промерзанием и оттаиванием
горных пород. Комплекс этих процессов называется одними авторами
криогенезом, другими криолитогенезом. Однако против данного понима-
ния задач криолитологии и толкования криолитогенеза следует реши-
тельно возразить. Нельзя понять процессы возникновения и исчезновения,
познать закономерность состава и строения подземных льдов, если не
исследовать проблему формирования содержащих их осадочных гор-
ных пород в целом. И состав, и строение, и способ образования под-
земных льдов будут существенно меняться в зависимости от того, как
происходили накопление и преобразование содержащих их отложений.
Криолитогенез, или комплекс процессов формирования осадочных
горных пород в криолитозоне, может быть подразделен на следующие
стадии: гипергенеза, седиментогенеза, диагенеза и эпигенеза (рис. 8).
Стадия седиментогенеза, в свою очередь, распадается на две подстадии:
перенос продуктов выветривания различными агентами (ветром, водой,
льдами) и осаждение твердых частиц — осадконакопление.
Все стадии криолитогенеза протекают специфично. При разрушении
плотных горных*пород (стадия гипергенеза) активно действуют процессы
криогенного выветривания. Эти процессы приводят к уменьшению объема
36
Рис. 8. Стадии криолитогенеза — процесса осадочного породообразования в крио-
литозоне
горных пород при охлаждении и расширению при нагревании, вследствие
чего в монолитных массивах возникают трещины. В них попадает вода,
которая при замерзании увеличивает свой объем на 9%, расширяя трещи-
ны. Кроме того, при замерзании воды в трещине сверху образуется
ледяная пробка и ниже ее в замкнутом объеме вода находится под
действием огромного давления. Следствием является расклинивающий
эффект замерзающей воды, т. е. льда.
Таким образом, на стадии разрушения горных пород в криолитозоне
активно действуют во взаимосвязи различные по характеру криогенные
процессы. В результате даже массивы очень плотных горных пород —
песчаников, гранитов, базальтов и других превращаются сначала в
глыбовые, а затем щебнистые и дресвянистые развалы. Параллельно с этим
на поверхности крупных обломков происходят физико-химические и био-
химические процессы, в результате которых образуется мелкоземистый
материал, состоящий из песчанистых, пылеватых и глинистых частиц.
Достаточно активное протекание этих процессов выявлено непосредствен-
ными наблюдениями над поверхностью скал в «оазисах», т. е. на лишен-
ных льдов участках, в Антарктиде, в высокогорьях Тянь-Шаня и других
районах.
Характерная особенность выветривания горных пород в криолито-
зоне — накопление в разрушающемся слое пылеватых (алевритовых)
частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Экспериментальные исследования
и натурные наблюдения показали, что частицы именно этой размерности
наиболее отвечают термодинамическим и физико-химическим условиям
зоны разрушения, выветривания мерзлых толщ. Крупные частицы все
более и более дробятся, пока не достигнут указанной величины, а более
мелкие глинистые слипаются, коагулируют, образуя устойчивые агре-
гаты. В конечном итоге на поверхности мерзлых горных пород в крио-
37
литозоне, особенно рыхлых, возникает слой, состоящий преимущественно
из пылеватых частиц, называемый покровными лёссовидными суглинками.
Они широко развиты на равнинах Севера, где образуют сплошные
плащеобразные покровы толщиной до 5 м на водоразделах, склонах,
морских и речных террасах. Они тесно увязаны с формами мерзлотного
рельефа, так называемым «блочным рельефом», состоящим из чередую-
щихся выпуклых четырехугольных блоков со сглаженными краями и
разделяющих их понижений — межблочий. Совершенно очевидно, что
разрушение, выветривание горных пород в криолитозоне очень своеоб-
разный процесс, приводящий к образованию специфических горных пород.
Также своеобразно проходят остальные стадии и подстадии литогенеза
в криолитозоне.
Вслед за разрушением массивов горных пород начинается перенос
продуктов разрушения. Они движутся сначала по склонам, затем попада-
ют в реки, на ледники, транспортируются ими и в конце концов накап-
ливаются в конечных водоемах стока — озерах или морях, где и преобра-
зуются, проходя стадию диагенеза. В транспортировке обломочных частиц
постоянно участвует лед, как поверхностный — морской и ледниковый,
так и подземный. При сезонном летнем оттаивании мерзлых толщ
переувлажненные приповерхностные грунты текут и скользят (съезжают)
по льдистой кровле еще не оттаявших грунтов, как по ледяной горке.
Этот процесс называется течением почвы, или солифлюкцией. Он
имеет развитие и в областях сезонного, зимнего промерзания, напри-
мер в Подмосковье, но наиболее активно действует в зоне распростра-
нения постоянно мерзлых толщ. Ледники, переносящие огромное коли-
чество каменных обломков и более мелких частиц, представляют собой
специфическое порождение криолитозоны. Морские, озерные, речные
льды также активно переносят обломочные частицы, на них и в них
попадающие.
Накопление отложений вследствие влияния различных видов льдов
в криолитозоне происходит крайне своеобразно. Здесь нарушаются все
известные для других типов литогенеза законы осадконакопления! Во
всех учебниках и руководствах по геологии осадочных горных пород
утверждается, например, что морские глинистые отложения, накаплива-
ющиеся на относительно больших глубинах вне зоны влияния волнений,
отличаются хорошей сортированностью и горизонтальной слоистостью.
Крупнейший специалист по осадочным горным породам академик
Н. М. Страхов писал в своем капитальном труде по основам теории
литогенеза, что в море процессы осадочной дифференциации вещества
достигают максимального выражения, конечной стадии, а следовательно,
здесь, в принципе, не может быть плохо сортированных отложений.
Однако это ставшее классическим положение геологии оказалось непри-
емлемым для условий полярных холодных морей. Здесь на широких
пространствах накапливаются неслоистые, слабосортированные глинисто-
суглинистые отложения с включениями крупных и мелких каменных
обломков. Валуны, глыбы, щебень, галька, гравий попадают на морское
дно, вытаивая из плавучих льдин и айсбергов. Из них же на дно посту-
38
пает несортированный мелкозем. Галька и гравий найдены на дне даже
в центральной части Северного Ледовитого океана. Если не учитывать
этих особенностей формирования морских отложений в криолитозоне, то
не разобраться и в происхождении, и в условиях формирования нахо-
дящихся в них подземных льдов. Например, нередко специфические
ледово-морские отложения принимаются за ледниковые, а скопления
подземных льдов в них — за остатки ледников. Это одна из типичных
ошибок тех исследователей, которые изучают не закономерности форми-
рования самих отложений, а только подземные льды в них и не рас-
сматривают криолитогенез как общий процесс осадочного породообра-
зования в криолитозоне. Неверные методологические предпосылки влекут
за собой и ошибочные научные выводы.
Одна из наиболее ярких и специфических черт формирования от-
ложений в криолитозоне — их промерзание и льдовыделение в них. Оба
эти процесса называют криогенезом. Он проявляется на различных
стадиях осадочного породообразования, вследствие чего меняются общая
льдистость отложений, характер ледяных включений, их распределение
по толщам и т. д. Горные породы могут промерзать на стадии их раз-
рушения — выветривания, т. е. на самой начальной стадии процесса фор-
мирования осадочных горных пород, называемой криогипергенезом.
Дальнейшее промерзание осуществляется на стадиях переноса и переот-
ложения осадочного вещества на склонах, в речных долинах, на поверх-
ности и у края ледников.
Накопление отложений и их промерзание могут происходить парал-
лельно друг другу, практически синхронно. Такой способ промерзания
отложений называется сингенетическим («син» — в переводе с греческо-
го — вместе, «генез» — происхождение). Этим способом могут промер-
зать склоновые, эоловые, ваттово-лайдовые, дельтовые и речные пой-
менные отложения. Мерзлые отложения, формирующиеся в результате
сингенетического промерзания, характеризуются равномерно высокой
льдистостью и преимущественно горизонтальными ледяными прослойками
различной толщины. Стадия, на которой происходит одновременное
накопление и промерзание отложений, называется криосингенезом.
В стадию литогенеза, называемую диагенезом, происходит превраще-
ние жидкого, неуплотненного осадка в достаточно твердую осадочную
горную породу. Влагонасыщенные грунты уплотняются и обезвожива-
ются, в них происходят глубокие геохимические изменения, образуются
новые диагенетические минералы. Способ промерзания отложений на
стадии диагенеза называется диагенетическим. Этим способом могут
промерзать следующие виды отложений: русловые небольших рек; озер-
ные, лагунные небольших водоемов; прибрежно-морские мелководий.
Мерзлые отложения характеризуются высокой льдистостью и частыми
прослойками льда, образующими наклонную сеть. Диагенетическое про-
мерзание происходит на стадии, называемой криодиагенезом.
Наконец, промерзанию подвергаются уже прошедшие стадию диаге-
неза осадки, превратившиеся в уплотненные осадочные горные породы.
Промерзание и образование льда в этом случае — наложенный постдиа-
39
генетический, т. е. эпигенетический, процесс («эпи» — на, при, возле).
Эпигенетическим способом могут промерзать следующие отложения:
речные русловые; озерные, лагунные крупных водоемов; прибрежно-мор-
ские приглубых берегов; морские глубоководные; морены, вытаявшие
из ледников; древние горные породы. Термин «эпигенез» в геологии
обозначает вторичные процессы, ведущие к любым последующим изме-
нениям горных пород после их формирования. Поэтому стадия промер-
зания после завершения формирования осадочных горных пород названа
криоэпигенезом.
В зависимости от того, на какой стадии общего литогенеза проис-
ходит промерзание отложений, т. е. криогенез, коренным образом меня-
ются их криогенное строение, общая льдистость, ее характер, располо-
жение и размеры ледяных прослойков и т. д.
ГЛАВА 3
В мире подземных льдов
Как промерзают и становятся льдистыми горные породы
Горные породы могут промерзать различными способами. Первый
способ — эпигенетический, когда толщи ранее сформированных
и преобразованных талых мерзлых горных пород, находящихся обычно
во влажном состоянии, промерзают сверху. Второй — сингенети-
ческий, когда идет синхронное накопление отложений, т. е. наращивание
их толщ вверх, и промерзание снизу вследствие постепенного параллель-
ного поднятия кровли мерзлых толщ. Между этими двумя способами
находится промежуточный,третий способ — диагенетический,
когда водные бассейновые отложения промерзают по мере накопления
в донных условиях вследствие влияния холода, поступающего из окружа-
ющих водоем мерзлых толщ снизу и с боков. Часть крупных скоплений
льда может при определенных условиях захорониться в толщах мерз-
лых отложений — морские, речные, озерные, ледниковые льды. Однако
доля захороненных льдов в общем объеме подземных льдов сравнитель-
но невелика.
Рассмотрим несколько подробнее основные способы промерзания:
сингенетический, диагенетический и эпигенетический. Сингенетический
способ, или синхронное накопление отложений, их промерзание и льдо-
выделение в них, может осуществляться в классическом своем выра-
жении на ежегодно заливаемых поймах рек, где каждой весной отла-
гается тонкий слой наилка толщиной в среднем 1—3 мм. Возможен
он и в условиях периодически заливаемых и осушаемых низменных
морских и озерных побережий, речных дельт, а также у подножия
пологих обводненных склонов, где накапливаются тонкозернистые отло-
40
жения глинисто-суглинйстого состава, нередко обогащенные раститель-
ными остатками, торфом. Во всех перечисленных случаях промерзаю-
щие минеральные и органоминеральные смеси насыщены водой. Поэтому
последующая их льдистость равномерно высокая по всей толще сверху
вниз.
Процесс сингенетического промерзания осуществляется по-разному
в зависимости от температуры мерзлых толщ. Говорят о северном и
южном вариантах этого процесса. В северном варианте вследствие
больших запасов холода в толщах мерзлых горных пород, имеющих
температуру от —5° С и ниже, осеннее промерзание оттаявшего
летом приповерхностного слоя начинается как сверху от дневной по-
верхности, так и снизу от его подошвы, являющейся в то же время
кровлей мерзлых толщ. Поскольку подошва оттаявшего летом (сезонно-
талого) слоя сильно обводнена, здесь при промерзании возникает
толстая ледяная прослойка. Такая же прослойка может образоваться и
близ дневной поверхности, но она не перейдет в захороненное много-
летнемерзлое состояние, поскольку растает следующим летом, а ниж-
няя — переходит.
В южных районах криолитозоны, где температуры мерзлых толщ
составляют от —0,5 до —1,5° С, оттаявший летом приповерхностный
слой промерзает практически только сверху, поскольку поток холода
сверху значительно больше, чем снизу. Промерзающий сверху влагона-
сыщенный слой книзу иссушается, поэтому возникающие здесь ледяные
прослойки тонкие. Они переходят постепенно в захороненное состояние,
льдистость промерзающих таким образом толщ горных пород невысо-
кая, тонкие ледяные прослойки пронизывают в горизонтальном направ-
лении мерзлые горные породы примерно на одинаковом расстоянии
друг от друга.
В обоих вариантах — южном и северном накопление слойков породы
происходит более или менее равномерно, а промерзание — циклически,
скачкообразно, поскольку в природе существуют циклические климатиче-
ские ритмы. Несколько лет глубина летнего оттаивания может быть
большой, максимальной или близкой к ней. За это время накопится
определенный слой отложений. Затем наступит временное похолодание,
и ряд лет глубина летнего оттаивания будет значительно меньшей.
Нижние слои сезонно-талого слоя с образовавшимися в нем ледяными
слойками уже не будут оттаивать летом в эти годы. Но в эти же годы
продолжаются накопление отложений и наращивание их общей толщины
вверх на некоторую определенную величину. В последующие теплые
годы, даже при максимальной глубине летнего оттаивания подошва
сезонно-талого слоя уже не достигнет своего положения в предшествую-
щий цикл теплых лет на величину накопившейся за это время пачки
слойков. Известны 11-, 40- и 100-летние климатические циклы. Их проявле-
ние и наложение одного на другой приводит к тому, что в сингенетически
промерзающих в низкотемпературных районах криолитозоны отлбжениях
возникают чередующиеся между собой на неодинаковых расстояниях
ледяные прослои повышенной толщины (5 см и более). Они были наз-
41
Рис. 9. Ледяные прослои в сингенетически промерзавших отложениях в сочетании
с вертикальной жилой подземного льда (размер жилы на рисунке 1,2 м в длину
и 0,4 м в ширину)
ваны «ледяными поясками», а весь тип ледяного рисунка в мерзлых
толщах — поясковой криотекстурой (рис. 9). В переводе с латинского
слово «текстура» означает ткань, сплетение, сложение, поэтому криотек-
стурой называют иногда простое, иногда сложное сплетение ледяных
прослойков, пронизывающих мерзлые горные породы.
Промерзание отложений диагенетическим способом возможно в усло-
виях дна водоемов, но после того, как там уже накопились более или
менее мощные толщи донных грунтов, которые находятся на стадии
глубоких физико-химических преобразований, т. е. на стадии диагенеза.
Промерзание прерывает физико-химические диагенетические процессы
или, вернее, завершает их. На стадии диагенеза могут промерзать от-
ложения озер, лагун, прибрежных морских мелководий. В этом случае
потоки холода в земных недрах направлены со стороны суши в сторону
водоемов. Иногда под берегами образуются выдвинутые в сторону во-
доема «козырьки» мерзлых отложений. Вследствие промерзания за счет
потоков холода, идущих в горизонтальном (сбоку) и вертикальном
(снизу) направлениях, формируется наклонная результирующая общего
положения, так называемый «фронт промерзания». Он движется наклонно
снизу вверх, в результате чего возникают характерные для диагенетиче-
ского способа промерзания наклонные (косые) прослойки подземного
льда. Косая или наклонная сеть ледяных прослойков — характерный
признак промерзания отложений по данному способу. В целом следует
42
сказать, что промерзание отложений на дне водоемов на стадии диаге-
неза приводит к образованию весьма сложно построенных систем
прослоек подземного льда, в которых сочетаются ледяные прослойки с
разными углами наклона, поскольку глубина водоемов и их размеры с
течением времени меняются.
Наконец, эпигенетическим способом промерзают отложения, которые
уже испытали на себе комплекс физико-химических диагенетических
преобразований, уплотнились и превратились в горные породы. Так
промерзают, например, мощные толщи морских, озерных достаточно глу-
боководных отложений, накопление которых происходило вдали от бе-
регов. Состав их преимущественно глинисто-алевритовый. Процесс про-
мерзания начинается после осушения дна морских или озерных водо-
емов, поток холода направлен сверху вниз. Таким же способом могут
промерзать толщи очень и не очень уплотненных древних осадочных
горных пород, а также магматических и метаморфических. В самом на-
чале процесса промерзания горных пород при небольших значениях
отрицательной температуры в интервале от 0 до 0,2° С, если грунты не
засолены, происходит кристаллизация свободной капиллярно-гравита-
ционной воды, не связанной с поверхностью частиц грунта. Развитие
процесса промерзания и понижение температур приводит к кристалли-
зации воды, связанной с поверхностью тонких частиц грунта или ионами
раствора. Чем больше влияние сил, удерживающих связанную воду,
тем ниже температура ее кристаллизации.
Известно, что грунты разного состава обладают различной способно-
стью удерживать, связывать влагу: чем мельче грунтовые частицы, тем
больше эта способность. Высока она также у мелких торфянистых
частиц. Вследствие этого грубозернистые грунты, например чистые,
промытые пески, содержащие свободную капиллярно-гравитационную
влагу, промерзают практически полностью, т. е. вся вода в них переходит
в лед при температуре менее —0,2° С. Отсутствие связанной воды
определяет и другую особенность криогенного строения песков и отложе-
ний грубообломочного состава. При их промерзании не происходит под-
тягивания незамерзшей воды из нижележащих горизонтов, так как нет
сил, способствующих этому, а, напротив, просходит отжимание влаги в
нижележащие слои, так называемый «поршневой» эффект. Следствием
сказанного является то, что пески, промерзшие после их накопле-
ния сверху, обычно малольдистые; лед, как правило, образует мелкие
вкрапления между песчаными частицами — так называемую массивную
криотекстуру. Льдистость песков бывает высокой только в тех случаях,
когда при промерзании в них внедрялась вода под действием гидро-
динамического или гидростатического напоров. Иногда вода в этих слу-
чаях изливается даже на поверхность, образуя поля льда или наледи.
Иногда водные массы, не прорвавшись наружу, замерзают внутри
земных недр, образуя крупные залежи подземных льдов, о которых
речь впереди.
В тонкодисп^рсных, глинистых грунтах связанной воды много. Пере-
ход основного количества влаги в лед при промерзании осуществля-
43
ется при температуре от —7 до —10° С, а стадия практически полного
промерзания, т. е. перехода всей воды в лед, наступает при температуре
около —30° С. Такой низкой температурой мерзлые толщи не обладают
ни в одном из районов современной криолитозоны, значит, в них наряду
со льдом всегда присутствует жидкая вода (имеются в виду, конечно,
глинистые отложения). При быстром промерзании глинистых отложений в
лед переходит только находившаяся в них до начала промерзания вода,
без ее заметной миграции. В этом случае лед и частицы грунта равномерно
распределены между собой. Ледяные кристаллы и их небольшие сро-
стки, называемые льдом-цементом, цементируют грунтовые частицы. При
этом чем быстрее идет процесс промерзания, скорость которого обуслов-
лена разницей температур близ поверхности и в зоне промерзания
(температурный градиент), тем мельче возникающие кристаллы льда.
Значительно чаще промерзание глинистых отложений происходит
медленно и сопровождается миграцией — подтягиванием влаги из нижней
талой в вышележащую промерзающую зону. Граница между этими зона-
ми называется «фронтом промерзания». Миграция влаги из талых отло-
жений идет к фронту промерзания, где происходит образование очеред-
ной ледяной прослойки, называемой ледяным «шлиром». В этом процессе
остается много неясных вопросов, над которыми работают ученые разных
направлений.
Миграция воды к фронту промерзания происходит благодаря нали-
чию разницы температур в талых и промерзающих отложениях. Влага
перемещается, подтягивается по пленкам, окружающим грунтовые части-
цы, под действием молекулярных адсорбционных сил. Механизм этого
перемещения приходит в действие, когда вследствие замерзания и льдо-
выделения пленки связанной воды на поверхности грунтовых частиц в
промерзающей зоне становятся тоньше, чем в талой. Стремясь к восста-
новлению равновесия, вода из талой зоны, где пленки толще, движется в
промерзающую зону, где они тоньше. При переходе воды в лед выделяется
скрытая теплота кристаллизации. Для дальнейшего развития процесса
промерзания нужно, чтобы интенсивность охлаждения была выше, чем
отепляющее воздействие скрытой теплоты кристаллизации. Установление
равновесия между этими двумя процессами приводит к остановке прод-
вижения фронта промерзания и устойчивому льдовыделению на опреде-
ленной глубине в ограниченном интервале горных пород. Процесс льдо-
выделения длится на этой глубине столько времени, сколько сохраняется до-
стигнутое равновесие между охлаждением вещества сверху и количеством вы-’
деляемой скрытой теплоты кристаллизации. В зону льдовыделения миг-
рирует дополнительное количество воды, целиком переходящей в лед,
так как все молекулы такой воды являются избыточными по отношению
к тому ее количеству, которое при данной температуре может остаться
в жидком виде.
Таким образом, при равенстве оттока тепла и выделяющегося тепла
кристаллизации воды, которая постоянно подтягивается к фронту промер-
зания, создаются условия для возникновения прослоек — шлиров льда.
Если подток влаги не ограничен во времени и не изменяется поток хо-
44
лода, то процесс льдовыделения на определенной глубине может про-
должаться очень долго (теоретически бесконечно), в результате чего
образуются прослойки льда толщиной до нескольких сантиметров, десят-
ков сантиметров, а иногда и более. Некоторые исследователи говорят
о возможности образования прослоев толщиной в несколько метров или
даже первых десятков метров, которые называют уже пластами. Основ-
ные прослои-шлиры льда соответствуют былому положению фронта
промерзания, который обычно параллелен дневной поверхности. Поэтому,
когда промерзают плоские, ровные поверхности, шлиры льда в отложениях
ориентированы преимущественно горизонтально, когда промерзание начи-
нается от поверхности склона, шлиры льда в слагающих его отложениях
наклонные.
При увеличении потока холода сверху или уменьшении подтока влаги
снизу промерзают участки, располсэженные ниже ледяного прослоя и
весьма сильно обезвоженные. Промерзание грунтов, почти лишенных вла-
ги, происходит быстро. Вода не успевает подтянуться из нижележащих
талых слоев, поэтому ниже ледяного прослоя на некотором расстоянии
льдистость отложений невелика и лед находится в них в виде цемента
между грунтовыми частицами. Процесс быстрого промерзания и форми-
рования малольдистых мерзлых отложений продолжается до тех пор,
пока вновь не создадутся благоприятные условия для образования следу-
ющей прослойки льда, т. е. вновь не возникнет равновесие между интен-
сивностью охлаждения грунта и выделением скрытой теплоты кристал-
лизации льда. Благодаря этому формируются параллельные шлиры
льда, разделенные малольдистыми прослойками мерзлого грунта. Процесс
этот ограничен возрастающим с глубиной давлением и проявляется, как
правило, на расстоянии 30—40 м от кровли мерзлых толщ.
Помимо преимущественно горизонтальных ледяных прослойков при
эпигенетическом способе промерзания сверху образуются вертикальные
и наклонные прослойки. Их возникновение связано как с наличием
трещин усыхания, которые неизбежно сопровождают процесс обезвожи-
вания и уплотнения влагонасыщенных донных глинистых грунтов, так
и иссушением грунта при промерзании непосредственно ниже формирую-
щейся ледяной прослойки. В этих трещинах также происходит льдовыде-
ление. В результате возникает система пересекающихся между собой пре-
имущественно горизонтальных и вертикальных шлиров льда. Неодно-
родность состава отложений, наличие в них прослоек, трещин приводят
к тому, что картина строения льдистого каркаса мерзлых отложений
усложняется. Заметный и даже существенный рост ледяных прослоек
может происходить и в уже мерзлых глинистых отложениях, поскольку
связанная незамерзшая вода в них сохраняется, как уже говорилось,
при очень низких температурах и мигрирует из более теплых горизонтов
в более холодные, т. е., как правило, снизу вверх. Наличие водоносных
горизонтов под мерзлыми глинистыми толщами приводит к тому, что
избыточное льдовыделение в них продолжается до тех пор, пока суще-
ствует разница температур между верхними и нижними горизонтами,
45
Основные разновидности
Изначально внутриземные льды
Текстурно- структурные Вертикальные жилы Горизонтальные пласты и линзы льда
Лед-цемент, образующий
массивную криотекстуру
Ледяные прослойки, обра-
зующие шлировую криотек-
стуру: а) слоистую, преиму-
щественно унаследованную;
б) сетчатую, преимущест-
венно наложенную, не уна-
следованную
Эпигенетические: а) тре-
щинные; б) повторно-
жильные клиновидной
формы
Сингенетические круп-
ные, сложной формы
Монолитные стекловид-
ные
Слоистые недеформиро-
ванные
Лед и ледогрунты слои-
стые, деформированные
т. е. температурный градиент. С его исчезновением миграция прек-
ращается.
Подземные льды можно подразделить на следующие главные раз-
новидности: 1) изначально внутриземные — небольшие включения и прос-
лойки (текстурно-структурный лед), вертикальные ледяные жилы, гори-
зонтальные пласты и линзы, возникшие в процессе промерзания и после-
дующего криогенного преобразования горных пород; 2) изначально по-
верхностные, но в последующем погребенные в процессе синхронного
накопления и промерзания отложений льды (табл. 4).
Ледяные узоры под землей
Наиболее распространенный вид подземных льдов — лед, образующий
мелкие включения в горной породе и как бы пронизывающий или пропи-
тывающий ее. Размеры и форма этих включений, их распределение в
пространстве зависят от состава, строения горных пород, влажности перед
промерзанием и способов промерзания. Вследствие разнообразия их
состава и строения возникают характерные системы ледяных включений,
образующих криогенную текстуру. В разделе геологии, изучающем оса-
дочные горные породы (литологии), под текстурой понимается их слоис-
тость. Криогенная текстура определяется величиной, формой и взаимным
расположением ледяных образований. Выделяют два основных типа
криогенной текстуры: массивную, когда лед цементирует грунтовые ча-
стицы, и шлировую, когда лед образует прослойки-шлиры (рис. 10).
Массивная криогенная текстура характерна главным образом для
толщ песчаного и более крупнозернистого состава, а также для обез-
воженных перед промерзанием глин и алевритов. В зависимости от
соотношения обломков горных пород и льда-цемента среди массивных
криогенных текстур различают контактную, пленочную, поровую, кор-
ковую, порфировую и базальную. Контактной называется такая крио-
текстура, когда лед-цемент присутствует только в местах наибольшего
сближения обломков, зерен пород. В случае пленочной криотекстуры
лед-цемент тонкой и более или менее ровной пленкой обволакивает всю
46
подземных льдов
Таблица 4
Изначально поверхностные погребенные льды
Ледниковые (глетчерные) и снежниковые Льды водоемов Льды пещер
Ледниковых покровов Горных ледников Каменных глетчеров Снежников Морские Озерные Речные Карстовые Термокарстовые
поверхность обломочных зерен. Когда лед заполняет пространство между
обломочными зернами (поры), криотекстура называется поровой, когда
же покрывает в виде корок крупные обломки — корковой. Наконец,
базальной называется криотекстура, когда лед-цемент преобладает
над горной породой и ее отдельные куски и обломки как бы «плавают»
в нем.
Шлировая криогенная текстура характеризуется наличием прослой-
ков льда. Она включает два главных подтипа: слоистый и сетчатый.
Каждый из них в свою очередь подразделяется на виды. Слоистые крио-
I Массивная текстура
(лед в виде цемента)
Я Шлировая текстура
(лед в виде прослоек)
4. Корковая
5. Порфировая
6. Базальная
Я а Слоистая
(унаследованная)
1. Контактная
2. Поровая
3. Пленочная
Ю. Наклонная
П. Косая
9. Линзовидная
(волнистая
непараллельная)
7. Горизонтальная:
а) однородная
в) поясковая
8. Волнистая:
а) однородная
в) поясковая
И5 Сетчатая
(наложенная)
12 Диагональная
13. Ячеистая
И. Чешуйчатая
15. Плетенчатая
17. Решетчатая
наклонная:
а) полная
в) неполная
18. Блоковая:
а)полная
в) неполная
16. Решетчатая
прямая:
а) полная
в) неполная
Рис. 10. Основные типы (I—II), подтипы (IIa, II6) и виды (1—18) криогенных
текстур
47
генные текстуры чаще всего строго соответствуют изначальной слоисто-
сти горных пород, т. е. являются унаследованными, но нередко ледяные
прослойки секут ее. В этом случае говорят о наложенной криогенной
текстуре. Сетчатые криотекстуры чаще бывают наложенными и не соот-
ветствуют изначальной слоистости горных пород. Но нередки случаи,
когда и сетчатые криогенные текстуры наследуют первичную слоистость.
Между главными типами, подтипами и видами криогенных текстур
выделяются переходные разновидности: массивно-шлировые, слоисто-сет-
чатые и т. д.
Определенным типам отложений, формировавшимся под воздействием
какого-то главного геологического агента, и имеющим более или менее
однородный состав, свойственны определенные типы и виды криогенных
структур. На этом основан метод современной криолитологии — мерз-
лотно-фациальный анализ, предложенный Е. М. Катасоновым.
Морские шельфовые глины и суглинки промерзают эпигенетическим
способом сверху при активной миграции влаги и шлировом льдовыделе-
нии. Их криогенное строение отличается сложностью, криотекстуры —
разнообразием. В них преобладают наложенные сетчатые — ячеистые,
решетчатые и блоковые криотекстуры (рис. 11), а в приповерхностных
частях — слоисто-сетчатые и линзовидные. Характерная черта толщ гли-
нистых шельфовых отложений — общие закономерности их криогенного
строения, что установлено для севера европейской части СССР, Западной
Рис. 11. Сетчатая криогенная текстура морских глин: пересекающиеся ледяные
прослойки-шлиры разделяют глину на отдельные ячеи размером 5—10 см в попе-
речнике
48
Рис. 12. Криогенное строение морских
отложений, промерзавших эпигенети-
ческим способом сверху вниз:
а—в — глинистые толщи (а — однородная, б —
с одним песчаным, в прошлом водоносным слоем
внизу, в — с двумя песчаными, в прошлом водонос-
ными слоями); 1 — ледяные прослои в глине; 2 —
песок
Сибири, прибрежных низменностей Чукотки. Именно на основе изучения
морских толщ глинисто-суглинистого состава выявлен эпигенетический
тип криогенного строения мерзлых отложений, для которого характерны
закономерное убывание общей льдистости с глубиной, разреживание сети
ледяных шлиров и увеличение расстояния между ними при одновремен-
ном их утолщении до определенной глубины (рис. 12, а).
Максимальной льдонасыщенностью характеризуются верхние гори-
зонты морских отложений до глубины 5—10, реже 15 м от дневной по-
верхности. Количество льда здесь достигает 30—50% объема горных по-
род. Криогенная текстура тонкошлировая сетчатая (ячеистая, чешуйча-
тая, плетенчатая), слоисто-сетчатая, реже линзовидная. Толщина ледяных
шлиров от долей до нескольких миллиметров, иногда до 1—2 см. Ниже
до глубины примерно 20 м льдистость отложений уменьшается до 20—
30% за счет сокращения количества ледяных прослойков, однако тол-
щина их увеличивается до 2—3, реже 5—7 см, расстояние между ними
возрастает от 5—10 до 20—30 и даже 50—70 см. Криогенная текстура
в основном сетчатая. Нижний горизонт льдистых отложений, расположен-
ный на глубинах 20—40 м, характеризуется крупнорешетчатой, в основа-
нии неполнорешетчатой криотекстурой. Наконец, на глубинах 40—60 м,
а иногда до 100 м и более в однородных толщах глин и суглинков на
фоне массивной криотекстуры встречаются тонкие ломаные прослойки
льда, приуроченные к трещинам уплотнения, общая льдистость пород
колеблется от 20 до 10%. Между ледяными шлирами глины и суглинки
уплотнены, обезвожены и характеризуются малольдистой криогенной
текстурой.
Толщи морских отложений, содержавшие до промерзания водЪносные
слои, характеризуются наличием нескольких льдистых горизонтов пре-
имущественно со слоистыми и слоисто-сетчатыми криотекстурами
(рис. 12, б, в) иногда очень высокой степени льдонасыщения вплоть до
4 Заказ 1319 49
многометровых пластовых залежей льда. Крупные залежи льда пластовой
и линзовидной формы очень характерны для криогенного строения мор-
ских отложений. Они представляют собой сложное образование, про-
исхождение и условия формирования которого требуют специального
обсуждения и будут рассмотрены в следующей главе.
Озерные отложения промерзают двумя способами. Глубоководные
глины и суглинки, так же как и морские, промерзают эпигенетическим
способом сверху после завершения процесса накопления и известного
уплотнения. Их криогенное строение и криогенные текстуры аналогичны
таковым в морских толщах. Прибрежные озерные отложения и отложения
мелеющих и зарастающих озер промерзают снизу и с боков. В этом
случае формируются очень своеобразные наклонные сетчатые или решет-
чатые (блоковые) криогенные текстуры, а также высокольдистые базаль-
ные, до неузнаваемости меняющие первоначальный облик горной породы.
Своеобразной разновидностью озерных отложений криолитозоны
являются «ленточные» глины и алевриты (рис. 13). Это горизонтально
слоистые породы, состоящие из ритмичного чередования парных про-
слоев — лент, нижнюю часть которых составляет обычно более песчани-
стый и светлый прослой, а верхнюю — более темный и глинистый.
Промерзая в донных условиях, ленточные глины и алевриты как бы
пронизываются ледяным каркасом, своего рода арматурой (см. рис. 13, б),
приобретая совершенно иной облик, нежели талые ленточно-слоистые
горные породы. Горизонтально ориентированные прослойки льда в них
соответствуют так называемым поверхностям напластования, т. е. первич-
ной слоистости отложений, а вертикальные — трещинам усыхания (уплот-
нения) , образующимся в процессе обезвоживания (обычного — диагене-
тического и криогенного) донных влагонасыщенных глинисто-алеврито-
вых грунтов. Иногда озерные отложения, в том числе и ленточно-
слоистые, настолько насыщаются льдом, что отдельные их блоки как бы
«плавают» во льду, который становится основной составляющей по су-
ществу новой горной породы, меняющей свой состав, строение и свойства,
что осознано далеко не всеми геологами, имеющими дело, как правило,
с немерзлыми толщами.
Речные отложения подразделяются обычно на две пачки: нижнюю
песчаную или песчано-галечную (русловую) и верхнюю супесчано-
илистую (пойменную). Русловые пески и галечники хорошо промыты,
сортированы, обладают косой слоистостью. Если при их промерзании
не было дополнительного подтока воды, то льдистость их обычно не-
высокая, лед лишь в различной степени заполняет пустоты между
частицами грунта и цементирует их. Нередко промерзание русловых
отложений сопровождается дополнительным подтоком подземных вод,
постоянно циркулирующих под дном речных долин. В этом случае пески
и галечники насыщаются льдом, который нередко становится преобладаю-
щей частью горной породы. Это уже не песок или галька со Льдом, а лед с
песком или галькой. Пойменные илистые алевриты или супеси обладают
горизонтальной и волнистой слоистостью, нередко в них видны слойки
мелких растительных остатков. Промерзают они синхронно, одновременно
50
Рис, 13. Промерзая и насыщаясь подземным льдом, ленточно-слоистые породы
(а) резко меняют свой первоначальный облик и, как арматурой, пронизываются
густой ледяной решеткой, разделяющей их на мелкие параллелепипеды (б)
с их накоплением на ежегодно или периодически заливаемой пойме.
Поверхность ее поднимается (наращивается) вследствие как накопления
органоминерального осадка, так и образования ледяных прослойков. В
результате пойменные иловато-глинистые отложения, становясь мерз-
лыми, превращаются в своеобразную горную породу, состоящую из
горизонтальных или горизонтально-волнистых чередований, переслаива-
ний тонких (0,5—1,0 см) ледяных, минеральных и торфянистых прослойков.
4*
51
Для отложений пойм, дельт северных рек, низкотемпературных рай-
онов криолитозоны характерны «поясковые» криотекстуры, когда на
фоне преобладающих тонких ледяных прослойков выделяются более
толстые. Они в целом соответствуют положению подошвы оттаивающего
летом слоя — параллельно дневной поверхности — и потому отражают
ее неровности. Близкое пойменным криогенное строение имеют отло-
жения низменных, периодически затопляемых, побережий арктических
морей.
Ледяные жилы
Удивительный феномен природы Севера — подземные ледяные жилы.
Этот термин собирательный. Под ним понимаются вертикально ориен-
тированные скопления подземного льда клиновидной и более сложных
форм — языковидной, с пережимами и т. д. Но в целом — это клинья
и жилы, вертикально пронизывающие мерзлые земные недра. Протяжен-
ность их колеблется от 2—3 до 40—50 м, иногда достигая 70—80 м, при
ширине до 8—10 м! Общая закономерность состоит в том, что мелкие
образования имеют четкую клиновидную форму, крупные — более слож-
ную, часто обтекаемую.
Мелкие ледяные клинья распространены в области развития
мерзлых горных пород практически повсеместно, чаще всего они встреча-
ются в болотных накоплениях — торфяниках, которые хорошо сохраняют
запасы холода. Крупные ледяные жилы сконцентрированы на примор-
ских низменностях северо-восточной части СССР — Анабаро-Оленекской,
Яно-Индигирской, Колымской, а также равнинах Центральной Якутии,
расположенных вдоль крупных рек — Лены, Вилюя, Алдана. В последние
годы они обнаружены также на севере Западно-Сибирской низменно-
сти— на полуостровах Ямал и Гыданском, но развиты здесь менее
широко.
Вопрос о способах и условиях формирования крупных ледяных жил —
пример того, как трудны и ветвисты бывают пути и тропы научной
мысли и научного поиска. Часто на этих путях и тропах возникают
ловушки, уводящие с правильного, уже наметившегося пути в сторону
на многие годы и даже десятилетия. Велика бывает сила авторитетов,
инерции устоявшегося научного мышления и сложившихся научных
концепций, признанных всеми. И действительно, очень трудно бывает
опровергать то, что известно всем, и, казалось бы, не требует никакого
обсуждения.
Правильное понимание причин возникновения и роста ледяных жил
под землей было высказано более 100 лет тому назад, в начале прошлого
века. Поводом для этого послужили наблюдения над ледяными жилами
в отложениях пойм и дельт арктических и субарктических рек. На
севере Якутии, в низовьях р. Яны, скопления подземного льда в виде
ледяных жил наблюдал медик А. Е. Фигурин. В своих «Замечаниях
медика-хирурга Фигурина о разных предметах естественной истории и
физики, учиненных в Устьянске и окрестностях оного в 1822 году» и
52
опубликованных в «Сибирском вестнике» в 1823 г., он описал развитые
здесь подземные льды, образование которых связывал с морозобойным'
растрескиванием мерзлых грунтов.
В 1876 г. мерзлые отложения в низовьях р. Енисея исследовал
горный инженер И. А. Лопатин, который отмечал в иловато-торфяных
отложениях, названных им «тундренными слоями», слагающих пойму и
дельтовые острова р. Енисея, жилы льда. Образование их внимательный
исследователь связывал с заполнением водой возникающих зимой откры-
тых морозобойных трещин. При этом он наблюдал наращивание мерз-
лых слоев вверх на Бреховских островах енисейской дельты. Аналогичных
взглядов придерживался А. А. Бунге. Он подметил, что жильные льды
образуют в пространстве более или менее правильную решетку на
огромных просторах тундры, на поверхности земли этой решеткой
ограничены полигоны, четко выраженные в рельефе.
Таким образом, на самом начальном этапе изучения ледяных жил под
землей наметилась правильная картина их формирования в связи с
зимним растрескиванием мерзлых грунтов и замерзанием в открытых
морозобойных трещинах затекающей туда весной воды вместе с набив-
шимся снегом. Однако таким способом объяснялось образование ледя-
ных жил небольшой величины, поскольку морозобойные трещины про-
никают в мерзлые толщи на глубину 5—7, возможно, 10 м. А как объяс-
нить вертикальную протяженность ледяных жил в 40—50 м и более?
Исследователям осталось сделать один шаг — связать в одно целое
два процесса: замерзание влаги в морозобойных трещинах с постепенным
и параллельным наращиванием вверх мерзлых толщ на поймах, в дель-
тах рек, на низменных морских и озерных побережьях, периодически»
заливаемых водой. И по существу это даже было сделано И. А. Лопати-
ным, который говорил о приращении «тундренных слоев», т. е. пойменно-
дельтовых отложений р. Енисея, с ледяными жилами вверх! В самом
начале XX в. американский исследователь Аляски Е. Леффингвелл,
довольно подробно осветивший механизм формирования ледяных жил,
указал на синхронность (сингенетичность) их роста и торфонакопления,
заключающегося в наращивании поверхности торфяников вверх. Он ут-
верждал также, что, поскольку другие гипотезы не в состоянии удовлет-
ворительно объяснить строение и условия залегания ископаемых льдов
Сибири, гипотеза их формирования путем образования клиновидных
ледяных жил может быть принята как наиболее вероятная (рабочая).
Правильный путь понимания сущности образования огромных, супер-
гигантских ледяных жил Севера лежал перед исследователями и был
открытым.
Однако в начале — середине прошлого века зарождаются и быстро
начинают завоевывать позиции в науке представления о «великих»
оледенениях равнин севера Европы, Азии, Северной Америки, они про-
никают в Россию и распространяются на огромные просторы Сибири.
Активными сторонниками этих представлений, их пропагандистами ста-
новятся многие из упоминавшихся уже исследователей Севера —
Э. В. Толль, К. А. Воллосович, а позднее выдающийся геолог, географ
53
и знаток Сибири академик В. А. Обручев. По образному выражению
академика Н. А. Шило, В. А. Обручев по примеру западноевропей-
ских геологов смелыми мазками нарисовал грандиозную картину развития
ледниковых явлений в Азии.
Вместе с тем следует отметить, что даже основоположник представ-
лений об оледенении Сибири, так же как и Русской равнины, П. А. Кро-
поткин говорил об очень ограниченном масштабе сибирского оледенения,
которое охватывало лишь горные районы и имело горно-долинный ха-
рактер. Он справедливо полагал, как и известный климатолог А. И. Воей-
ков, что для развития грандиозного оледенения Сибири не хватило бы
выпадающих на ней зимних атмосферных осадков, т. е. снега. Таким
образом, одного похолодания климата здесь недостаточно для развития
материкового покровного оледенения. Климат в Сибири и без того доста-
точно суров, но зимы слишком малоснежны. Чтобы оледенение возникло,
нужно не столько похолодание климата, сколько увеличение количества
выпадающих осадков, главным образом снега, которое лишь и может
обусловить возникновение, и то ограниченного по масштабам, оледене-
ния горных территорий. Возрастание же суровости, т. е. похолодание,
климата приведет к отрицательному для оледенения Сибири результату,
поскольку в этом случае произойдет не увеличение, а еще большее
сокращение и без того малого количества выпадающего зимой снега.
А как известно, именно похолодание климата Земли считают основной
причиной развития наземных оледенений.
Все эти правильные мысли и рассуждения выдающихся ученых
были как-то забыты в разгар увлечения «великими» оледенениями.
В свете этих представлений все крупные скопления подземного льда,
наиболее широко распространенные на равнинах северо-восточной Азии,
считались захороненными, погребенными остатками гипотетических лед-
никовых покровов. Именно таких взглядов придерживались Э. В. Толль,
К. А. Воллосович, В. А. Обручев, а вслед за ними многие известные
исследователи, среди которых был и основоположник мерзлотоведения
М. И. Сумгин. Точка зрения о ледниковом происхождении крупных
скоплений подземных льдов на севере Сибири была доминирующей
вплоть до 50-х годов нашего столетия. Безусловная вера в существо-
вание ледниковых покровов порождала уверенность в том, что от них
должно было что-то остаться. Этим «чем-то» якобы и были крупные
скопления подземного льда.
И вот научная мысль уходит от намеченного правильного решения
проблемы и становится на путь, надолго уводящий ее в сторону. Этому
способствовало то, что ледяные жилы, срезанные обрывом реки или
моря не перпендикулярно, т. е. не вкрест своему главному направлению
залегания в горных породах, не имели форму вертикальных столбов или
тем более клиньев, а приобретали в зависимости от плоскости среза
пластовую, а иногда весьма причудливую форму (рис. 14). Исследовате-
ли, конечно, видели (не могли не видеть!), что лед в обрывах располо-
жен и в виде вертикально ориентированных в пространстве жил, но,
54
Рис. 14. Крупные вертикальные ледяные жилы, срезанные обрывом поперек
(имеют вид двух сросшихся клиньев, «штанов», в правой верхней части снимка)
и наискосок (имеют вид сложнодислоцированных залежей в левой части снимка)
вероятно, не сочли это столь важным. И так продолжалось в течение
50—60 лет!
Существовали, правда, некоторые сомнения о природе содержащих
туши мамонтов скоплений подземного льда в Сибири и у авторов,
придерживающихся ледниковой гипотезы его происхождения, поскольку
ископаемый лед и лед современных ледников различались. На основе
микроскопических исследований структуры и состава льда, взятого с ме-
ста находки Березовского мамонта в районе р. Колымы, И. П. Толмачев
пришел к выводу, что он представляет собой уплотненные скопления
снега в речных долинах, перекрытые илом. Э. В. Толль говорил об особом
типе оледенения на севере Сибири, которое было, по его представлениям,
«недоразвитым» вследствие холодного климата. Он полагал, что это
могли быть мощные снежные (фирновые ’) поля, под покровом земли-
стых и озерных образований превратившиеся в ископаемый, мертвый,
т. е. неподвижный, глетчер (ледник). О таком же характере предполагае-
мого оледенения архипелага Новосибирских островов говорил К. А. Вол-
лосович, но, по его мнению, оледенений было два: срезы ледяных
жил в обрывах бывают таковы, что имеют вид двух вытянутых пластов
вверху и внизу обрыва. Развивая эти представления, академик А. А. Гри-
горьев считал, что оледенение восточно-сибирского типа представляло
1 Фирн — ледяная порода, переходная между снегом и льдом, имеющая зер-
нистое строение.
55
собой эмбриональное, зачаточное оледенение — неподвижные скопления
фирнизированного снега в сочетании с полностью промерзшими озерами.
При этом он полагал, что таких оледенений в Сибири было не одно или
два, а три или четыре в соответствии со взглядами, принятыми к этому
времени в Европе.
В конце пятидесятых годов в районе г. Якутска и других районах
Якутской АССР сотрудниками Института мерзлотоведения АН СССР
имени В. А. Обручева было детально исследовано расположение тел
льда в мерзлых ледяных толщах в береговых обрывах и далее в сторону
от берега. Когда было проведено тщательное изучение структуры и
строения самого льда и выполнен большой комплекс геофизических
исследований, стало совершенно очевидным, что наиболее крупные скоп-
ления льда имеют форму вертикально ориентированных жил, образую-
щих в пространстве полигональную решетку (рис. 15).
Рис. 15. Схема расположения крупных — реликтовых и мелких — молодых (рост
которых продолжается) жил в пространстве:
1 — ледяные жилы; 2 — льдистые иловато-торфянистые отложения; 3 — пески; 4 — почвенно-торфяни-
стый слой
Среди советских мерзлотоведов, внесших наибольший вклад в решение
проблемы происхождения крупных скоплений подземного льда на равни-
нах северо-восточной части СССР, следует в первую очередь назвать
Б. Н. Достовалова, П. А. Шумского, П. Ф. Швецова, А. И. Попова,
Б. И. Втюрина, Е. М. Катасонова. Была вновь на качественно новом
уровне возрождена концепция, согласно которой крупные ледяные жилы
обязаны своим происхождением процессу морозобойного растрескивания
мерзлых грунтов и замерзания в открытых, зияющих трещинах воды,
накопления в них снега, а также оседающей на стенках изморози.
Важный признак и показатель способа формирования ледяных жил
под землей — их полигональное расположение в плане. Если взглянуть
на них сверху, видно, что они образуют решетку, которая ограничивает
56
Рис. 16. Полигональные формы
рельефа:
а — полигоны (0,3—0,4 м в попереч-
нике), ограниченные трещинами усы-
хания на недавно излившемся глини-
стом грунте; б— полигоны (10—30 м
в поперечнике), ограниченные моро-
зобойными трещинами в излучине
реки (по А. И. Гусеву):
/ — бровка террасы; 2—3 — полиго-
ны (2 — на заболоченной поверхно-
сти террасы, 3 — на прирусловой
песчаной отмели)
полигоны с четырьмя, реже пятью углами (см. рис. 15). Полигоны в
поперечнике имеют от 10—15 до 30—50 м, а иногда и более. Они
являются следствием полигонального расположения первичных морозо-
бойных трещин. По своей сущности процесс образования морозобой-
ных трещин аналогичен образованию трещин усыхания, которые воз-
никают при иссушении влажных глинистых грунтов (рис. 16), только
размеры ограниченных ими полигонов существенно меньше. Такие поли-
гончики с поперечником в несколько десятков сантиметров широко
57
Рис. 17. Морозобойная трещина на поверхности
распространены в глинистых пустынях и полупустынях. При высыхании
глин объем их сокращается и они трескаются. Нечто подобное происхо-
дит и при сильном охлаждении массивов мерзлых горных пород. Они
при этом сжимаются и разбиваются трещинами. Недаром сильные,
«лютые» морозы народ называет «трескучими». Мерзлая земля трескает-
ся, что сопровождается соответствующими звуковыми эффектами, напо-
минающими порой пушечный выстрел.
Зияющие морозобойные трещины имеют в ширину до 3—5 см и
хорошо бывают видны на поверхности земли (рис. 17). Иногда они
проходят под жилыми и хозяйственными постройками, иногда расщеп-
ляют стволы деревьев. Возникновение трещин обычно происходит тогда,
когда на фоне в целом низких зимних температур в течение нескольких
дней отмечаются особенно сильные морозы. Глубина проникновения тре-
щин, как уже говорилось, достигает порядка 10 м, а согласно теоре-
тическим расчетам и мнению некоторых исследователей, даже превышает
эту величину, составляя 12—15 м; ширина их раскрытия в верхней части
максимальная в середине зимы. Естественно, что наиболее благоприятные
условия для образования морозобойных трещин, а следовательно, и ледя-
ных жил складываются в районах с суровым климатом, особенно там,
где очень холодны и малоснежны зимы. Именно такими районами
являются в настоящее время Центральная и Северная Якутия, север
Канады, а в недалеком геологическом прошлом здесь существовали еще
более суровые климатические условия. И именно поэтому в этих районах
наиболее широко распространены подземные ледяные жилы. Вернемся
же к процессу их формирования.
58
В возникшие зимой трещины набивается снег, весной и ранним летом
он смачивается талой снеговой или паводковой речной водой, затекающей
в открытую полость с поверхности. Поскольку вокруг трещин находятся
мерзлые породы, вода и пропитанный ею снег последовательно промер-
зают в направлении от стенок к центру трещины. Так образуется эле-
ментарная вертикальная ледяная жилка с четким осевым швом посере-
дине. Летом верхняя часть ледяной жилки оттаивает вместе со всем
слоем сезоннооттаивающих грунтов. Но нижняя ее часть, проникшая в
зону постоянных отрицательных температур, сохраняется. В следующую
зиму очередная морозобойная трещина возникает не рядом с ледяной
жилкой, а пройдет именно по ней, потому что чистый лед поддается
растрескиванию легче, чем сцементированная льдом мерзлая горная по-
рода. Вследствие этого обстоятельства, а также ослабленности «зоны
осевого шва» все последующие элементарные ледяные жилки будут про-
ходить через предыдущие, раздвигая их в стороны. Ледяная жила на-
чинает расширяться. Сначала она невелика и имеет клиновидную вытя-
нутую форму (рис. 18,а).
Процесс продолжается до тех пор, пока сила морозобойного рас-
трескивания превосходит силы сцепления мерзлого грунта, его сопротив-
Рис. 18. Последовательные стадии роста вертикальных ледяных жил:
а — молодая (ледяная жила вытянутой клиновидной формы в слоистых озерных отложениях); б —
зрелая (ледяная жила в виде широкого клина)
59
ление на разрыв. В конечном итоге образуются относительно крупные
и широкие ледяные клинья (см. рис. 18, б). Одновременно с ростом
в ширину ледяные жилы оказывают давление на окружающие мерзлые
горные породы, выжимая их слои вверх. Поэтому чем толще жила,
тем круче должны быть загнуты вверх слои вмещающих ее горных
пород. Возникшие таким путем ледяные жилы, соответствующие по вер-
тикали протяженности морозобойных трещин, характерны для приповерх-
ностных частей мерзлых толщ, особенно благоприятны для их разви-
тия льдистые торфянистые и торфяно-иловатые грунты. Во льду таких
жил, называемых эпигенетическими, прослеживаются четкие вертикаль-
ные полосы — результат морозобойного растрескивания и образования
элементарных ледяных жилок с осевым швом посередине.
На земной, обычно заболоченной поверхности над растущими ледя-
ными жилами, по их краям, располагаются относительно сухие широкие
валики, которые образуют четкую полигональную в плане сеть. Между
валиками находятся наиболее заболоченные плоскодонные ванны или
блюдца, называемые межваликовыми полигонами. Размер полигонов
зависит от типа грунта, его льдистости, температуры, интенсивности
ее изменения по вертикальному разрезу. Таким представляется большин-
ству исследователей процесс роста относительно небольших эпигене-
тических ледяных жил.
Но каким образом они могут достигать вертикальной протяженности
в несколько десятков метров? Правильную гипотезу в этом отношении
высказал в 1915 г. Е. Леффингвелл, а до него практически вплотную
к разрешению данного вопроса подошли И. А. Лопатин и А. Е. Фигурин.
Однако их взгляды не получили сколько-нибудь широкого признания
среди специалистов. Невозможно было представить, каким образом жилы
могут проникать на глубину в несколько десятков метров и куда девается
вся та огромная масса грунта, которая должна была вытесняться льдом
жил? Хотя, если бы внимательный исследователь вчитался в труды
названных авторов, он нашел бы ответы на казавшиеся неразрешимы-
ми в свое время вопросы. Но лишь только в 50-х годах нашего столе-
тия, благодаря тщательному и детальному изучению как самих ледяных
жил, так и содержащих их отложений, советскими мерзлотоведами
была разработана концепция, раскрывающая принцип одновремен-
ности — синхронности роста вверх ледяных жил и определенных типов
водных отложений. На примере пойменных речных накоплений это было
наглядно показано А. И. Поповым.
В условиях заболоченных пойм северных рек, сложенных сверху
песчанистыми глинами и глинистыми песками с большим количеством
растительных остатков, процессы морозобойного растрескивания очень
интенсивны и выражены хорошо. При погружении той или иной терри-
тории и поднятии уровня моря могут накапливаться толщи речных
отложений повышенной мощности. Непременным условием является
соблюдение равновесия между скоростью накопления^ речных наносов и
скоростью погружения территории (поднятия уровня моря). Если тер-
ритория будет опускаться быстрее, чем накапливаются речные отложения,
60
она затопится морем, если быстрее подниматься — реки начнут врезаться
в свое дно, не успевая накапливать над ним серии осадочных толщ.
Именно равновесие между темпами опускания и накопления наносов
рекой обеспечивает возможность формирования мощных пачек речных
отложений. На поверхности поймы в этом случае будут отлагаться год
за годом тонкие слои песка и глины. Ниже оттаивающего летом слоя
они будут переходить в постоянно мерзлое состояние. Синхронно накоп-
лению пойменных отложений вслед за поднимающейся кровлей мерзло-
ты будут расти вверх и ледяные жилы. Если пойменные отложения
накапливаются медленно, то ледяные жилы будут широкие, если быстро,
то тонкие, поскольку в первом случае они за один и тот же отрезок времени
разобьются трещинами, заполненными впоследствии льдом, большее чис-
ло раз, нежели во втором. При неоднократном изменении скоростей
накопления пойменных отложений ледяные жилы приобретают сложную
форму с пережимами, своего рода «талиями».
Есть свидетельства того, что помимо вертикальных элементарных
ледяных жилок в формировании крупных ледяных жил участвуют гори-
зонтальные прослойки — шлиры льда. Они приращиваются, как бы
припаиваются к вершине — «голове» ледяной жилы, когда кровля ее соот-
ветствует положению подошвы оттаивающего летом слоя. Как было по-
казано раньше, в его основании при промерзании как сверху, так и снизу
возникает ледяной прослой, который, естественно, продолжается и над ле-
дяной жилой. Предполагают также участие в наращивании жил верти-
кальных шлиров льда, припаивание их к боковым стенкам, а также при-
мерзание к «голове» сверху по всей площади («фронтально») крупных
линз льда, но эти представления кажутся недостаточно убедительными
другим исследователям и оспариваются ими. Помимо вертикальных жилок
и горизонтальных прослоек в составе льда жил участвует так называемый
пещерно-термокарстовый лед, заполняющий полости, образующиеся при
частичном протаивании ледяных жил, но доля его, как полагают, неве-
лика. Этот лед как бы залечивает, пломбирует изъяны и дефекты в
ледяных жилах.
Такова признанная большинством исследователей на сегодняшний
день принципиальная схема образования крупных ледяных жил, называ-
емых сингенетическими по сингенетическому (синхронному с осадкона-
коплением) способу их роста. Эта схема предполагает практически не-
избежную его связь с пойменным режимом накопления отложений в до-
линах рек. Однако это кардинальное положение оспаривается рядом ис-
следователей, обосновывающих его несостоятельность. Дело в том, что
согласно учению о геологической деятельности рек, разработанному
известными советскими учеными Е. В. Шанцером, Н. И. Николаевым,
Н. И. Маккавеевым и другими, толщ пойменных речных отложений
в 40—60, а тем более 80 или даже 100 м в природе быть не может! Речные
отложения большой толщины накапливаются не на пойме, а в русле.
Оно постоянно блуждает (меандрирует) по дну долины от одного ее борта
к другому и перемывает накопленные ранее, в том числе и пойменные,
отложения с ледяными жилами. Это положение является непреложным
61
законом развития меандрирующих рек. В силу его при формировании
мощных толщ отложений меандрирующими реками неизбежно будут пре-
обладать русловые пески и галечники, в которых ледяные жилы, во всяком
случае крупные, образовываться не могут. А практически все равнинные
реки меандрирующие, т. е. блуждают по своим долинам, делая огромные
петли-излучины. Зрелище блуждания, петляния рек по долинам особенно
впечатляет, когда пролетаешь над северными низменными прибрежными
равнинами Западной Сибири, Якутии, Чукотки и др. Толщина же поймен-
ных песчано-иловатых отложений не может существенно превышать
максимальную высоту подъема паводковых вод над руслом в половодье.
Но даже на наиболее крупных реках, таких, как Обь, Енисей, Лена, эта
высота редко превосходит 15 м. Следовательно, именно такой и не более
может быть толщина мерзлых пойменных отложений с ледяными жилами.
В последнее время некоторыми исследователями предпринимаются
попытки вывести из тупика, «спасти» пойменную концепцию роста круп-
ных ледяных жил. Они утверждают, со ссылкой на теоретические поло-
жения Н. И. Маккавеева, что при понижении уровня очень мелководных
морей Северо-Востока СССР — Лаптевых, Восточно-Сибирского на их
осушившемся почти плоском дне реки будут как бы закапываться в
своих наносах и накапливать их. При этом делается допущение, что
реки не будут активно блуждать по осушившимся низменным равнинам,
т. е. меандрировать, а будут течь прямолинейно, дробясь на рукава —
фиркируя. Однако почему они будут так себя вести, не ясно, это'допу-
щение никак серьезно не аргументируется, а по существу постулируется.
Действительно, Н. И. Маккавеевым обосновано положение о том, что если
уклон осушающегося морского дна меньше уклона впадающих в море рек,
то последние будут накапливать свои наносы на осушенных территориях.
Но это совсем не означает, что они не будут блуждать, меандрировать
по своим долинам. Напротив! Достаточно посмотреть сверху с борта
самолета или вертолета на реки, текущие по почти плоским, заболочен-
ным низменностям вдоль побережий арктических морей. Они извиваются
как змеи по днищам долин. Типичен и показателен в этом отношении
север одной из величайших низменностей планеты — Западно-Сибирской.
Впадающие в Обскую и Тазовскую губы реки Надым, Ныда, Пур, Таз
имеют широчайшие, плоскодонные, заболоченные долины в низовьях.
Русла их действительно зарываются в своих наносах, но не в пойменных
торфянистых илах, а в промытых русловых песках, где крупные ледяные
жилы не растут.
В противовес пойменно-речной гипотезе происхождения крупных ле-
дяных жил возникла гипотеза, согласно которой они растут, будучи
постепенно засыпаемы пылью, выпадающей из воздуха. Эта гипотеза
называется эоловой (Эол — бог ветра у древних греков). Ее активный
сторонник и пропагандист в СССР С. В. Томирдиаро, и она является
преобладающей среди американских и канадских исследователей-мерзло-
товедов, занимающихся проблемой происхождения крупных ледяных жил
(Т. Певе и др.) - Согласно их представлениям, частицы пыли осаждаются
на всех элементах поверхности Земли: болотах, склонах, поймах рек.
62
Они смешиваются с травянисто-моховыми растительными остатками.
В результате возникает характерный комплекс торфянисто-иловатых от-
ложений. В них ледяные жилы могут иметь сколь угодно большие
размеры вертикали в зависимости от вертикальной протяженности самой
толщи эоловых (ветровых) отложений. Особенно благоприятные условия
для переноса ветровой пыли в больших количествах сложились, вероятно,
около 20 тыс. лет тому назад, когда осушились огромные пространства
арктического шельфа и климат Европы, Азии и Северной Америки стал
намного суровее и засушливее современного. Сильные зимние морозы
сочетались с сухим и достаточно, по-видимому, жарким летом. Ветры,
особенно зимние, активно переносили пылеватые частицы с еще не успев-
шей как следует зарасти мохово-травянистой растительностью поверхно-
сти недавно осушенного дна моря.
Эоловая гипотеза кажется стройной, логичной, ей удается избежать
основного недостатка пойменной: ледяные жилы могут расти вверх столь-
ко, сколько будет накапливаться оседающая из воздуха пыль, а это может
продолжаться долго в зависимости от устойчивости сложившихся природ-
ных обстановок на определенных этапах геологической истории. Но и в
этой гипотезе есть уязвимые места, и она подвергается ожесточенной
критике ее противников. Известно, например, что сейчас в Центральной
Якутии, районе наиболее сурового климата Северного полушария, и зи-
мой и летом стоит преимущественно безветренная погода. Ветры здесь
редкость. Откуда же и каким образом переносилась в эпохи еще большей
суровости климата и, по-видимому, большего безветрия ветровая пыль?
В условиях сурового, но сухого климата вряд ли могли широко быть
развиты заболоченные поверхности с валиковыми полигонами, сопутству-
ющие обычно росту ледяных жил.
Оригинальная гипотеза саморазвития крупных ледяных жил предло-
жена академиком Н. А. Шило. Сущность ее заключается в следующем.
Первоначально на стабильной ровной поверхности в результате перио-
дического морозобойного растрескивания грунтов в них возникают ле-
дяные жилы клиновидной формы протяженностью по вертикали 12—16 м.
В дальнейшем они растут в высоту и ширину, выжимая часть вмещающих
их льдистых горных пород вверх к земной поверхности. Последняя
за счет этого постоянно повышается, ледяные жилы как бы сами
«закапываются» в мерзлый грунт. С увеличением глубины залегания
создаются условия для их дальнейшего роста вверх. Он прекращается
тогда, когда общая льдистость мерзлых отложений достигнет своего мак-
симального значения, т. е. 75—90% от общего объема льдогрунтовой
толщи. Суммарное повышение земной поверхности в основном за счет
льда жил может достигать при этом согласно расчетам 30 м. Складывая
первоначальную вертикальную протяженность ледяных жил и их возмож-
ное приращение вверх, получаем вертикальные размеры наиболее распро-
страненных крупных ледяных жил — 40—45 м. Соответствующие под-
счеты показывают, что на формирование таких больших ледяных жил
требуется время порядка 9—12 тыс. лет.
63
Когда возможности роста ледяных жил исчерпываются, происходит
их вскрытие, они начинают вытаивать. Над ними образуются углубления,
заполненные водой, которые в местах пересечения ледяных жил имеют
четкую крестообразную форму. Соединяясь между собой, углубления
превращаются в озера, начинается стадия массового протаивания ле-
дяных жил. Иными словами, ледяные жилы порождают эти озера, а они
ликвидируют их, подготавливая новые условия для повторного появле-
ния и последующего развития ледяных жил. Таким образом, процесс
роста и последующего разрушения крупных ледяных жил, согласно
представлениям Н. А. Шило, саморегулируемый и имеет циклический
характер.
Ряд исследователей обосновывает возможность формирования круп-
ных ледяных жил при накоплении торфяно-глинистых отложений поло-
гих заболоченных склонов, особенно у их подножия. Характерная осо-
бенность ледяных жил в склоновых отложениях — их нередко наблюдае-
мая изогнутость вниз по уклону. Предполагается, что глинистые склоновые
отложения с крупными ледяными жилами имеют весьма широкое рас-
пространение в предгорных равнинах и внутригорных котловинах Якутии.
На основе всего сказанного мы должны сделать вывод, что далеко
не все еще в вопросе формирования крупных ледяных жил ясно современ-
ной науке. Но главное установлено однозначно. Процесс их формирования
изначально связан с морозобойным растрескиванием мерзлых грунтов.
Жилы — внутригрунтовые мерзлотные образования, но не остатки былых
ледниковых покровов. Вместе с тем можно полагать, что крупные
ледяные жилы на низменностях севера Азии и Северной Америки пред-
ставляют собой реликты и являются показателями значительно более
суровых, нежели современные, климатических условий. В настоящее вре-
мя мы нигде, даже в районах самого сурового климата, процесс форми-
рования столь крупных ледяных жил не наблюдаем.
Определенный вклад в дело выяснения условий формирования круп-
ных ледяных жил вносят исследования последних лет на севере Запад-
ной Сибири. Здесь на полуостровах Ямал и Гыданский ^обнаружены
очень льдистые отложения, аналогичные тем, которые характерны для
приморских низменностей Северной Якутии, так называемый «ледовый
комплекс» с крупными ледяными жилами (рис. 19), достигающими
иногда вертикальной протяженности 30 м при ширине в верхней, наиболее
расширенной части 3—4 м. Ранее считали, что столь крупные синге-
нетические ледяные жилы распространены только на приморских низмен-
ностях Северо-Востока СССР и в Центральной Якутии. Условия залегания
жил на севере Западной Сибири очень сходны с теми, что наблюдаются на
Северо-Востоке, также сходны и вмещающие жилы мерзлые отложения
(см. рис. 14). В том и другом случае это оторфованные суглинки, чере-
дующиеся с иловатым торфом, реже тонкие пылеватые пески и супеси,
слагающие преимущественно верхнюю часть обрывов с ледяными жилами.
Форма ледяных жил в целом клиновидная, часто сложная, с пере-
жимами (талиями), жилы по вертикали то расширяются, то суживаются.
Горизонтальные слои льдистых горных пород при приближении к боковым
64
Рис. 19. Ледовый комплекс — высокольдистые отложения с сингенетическими
ледяными жилами на севере Западной Сибири
контактам жил с разной степенью крутизны загибаются кверху, крупные
ледяные прослойки — «пояски» соединяются с выступами — «плечиками»
по краям жил. Все признаки указывают на синхронный рост ледяных
жил вверх и накопление мерзлых отложений.
Одним словом, несомненно, что протяженные по вертикали жилы
на севере Западной Сибири — это типичные сингенетические ледяные
жилы, как ц на крайнем Северо-Востоке СССР. Считается, что они также
формировались в условиях периодически заливаемых пойм рек. Однако
тщательное, детальное изучение отложений, залегающих рядом с жилами,
убеждает, что это не пойменные речные, а прибрежно-морские лайдовые 1
накопления. Специалистом по простейшим морским микроорганизмам —
фораминиферам Г. Н. Недешевой в, казалось бы, совершенно неподхо-
дящих для этого отложениях — торфянистых остатках с темным синева-
тым илом — были обнаружены раковины этих микроорганизмов. Отсюда
следует непреложный вывод, что крупные ледяные жилы формировались
не в условиях пойм пресноводных рек, где фораминиферы жить не могут,
а в условиях периодически затопляемых лайдовых пространств или низ-
менных дельт, куда они попадали во время наиболее сильных приливов
и штормовых нагонов морских вод. Конечно, находки раковин морских
микроорганизмов в отложениях лайд очень редкое явление, и сделанная
находка — результат большой и напряженной исследовательской работы.
1 Лайдами называют низменные, заболоченные участки побережий северных
морей и озер с неглубоко залегающей мерзлотой, периодически заливаемые
водой в наиболее сильные приливы или нагоны.
5
Заказ 1319
65
Вывод о формировании крупных ледяных жил в процессе накопления
лайдовых отложений на низменных прибрежных равнинах был подтверж-
ден также результатами изучения микрорастительных остатков — диато-
мовых водорослей — Е. И. Поляковой. Диатомовые водоросли, или диа-
томеи, живут в реках, озерах, морях, даже на льдах. Но во всех этих
случаях они различаются по видовому составу. Состав диатомовой флоры
из торфянисто-иловатых отложений с крупными ледяными жилами на
севере Западной Сибири оказался смешанным. Здесь присутствуют и
солоноватоводные, и выносимые в море речные, и почвенно-болотные
виды. Такой состав отражает условия морского сильно опресненного
мелководья, куда впадают многочисленные реки, дренирующие заболочен-
ные территории,, или условия периодически затопляемых морем низмен-
ных лайдовых пространств. Сочетание в отложениях остатков типичных
морских микроорганизмов — фораминифер и характерного состава мик-
рофлоры диатомовых водорослей не оставляет сомнений в том, что круп-
ные ледяные жилы росли вместе с поднятием вверх поверхности низ-
менных заболоченных лайд и сочетающихся с ними речных дельт.
Лайдово-дельтовые берега чрезвычайно широко распространены
вдоль арктических морей и занимают огромные территории. Вокруг
полуостровов Ямал и Гыданский, например, они протягиваются изредка
прерываемой полосой шириной в несколько десятков километров. Когда
в начале лета разливаются реки, пространства между ними в их низовьях
сплошь покрыты тонким слоем воды, которая сливается с морской. С
воздуха под зеленоватой водной пленкой хорошо видны более глубокие
темные извилистые русла рек, текущих в водяных берегах. Любопытно, что
многие реки имеют в высокую воду (паводок) в своих низовьях обратное
течение. Вода из долин рек переливается в озерные котловины, запол-
няя их и повышая уровень находящихся вблизи водоемов. К середине
лета устанавливается нормальная картина и вода из озер начинает вновь
течь в реки. Несомненно, что такие природные обстановки имели место
на приморских равнинах Севера и в геологическом прошлом. Также
несомненно, что полоса накопления лайдово-дельтовых отложений смеща-
ется и смещалась в пространстве вслед за отступающим берегом моря.
Особенно широкие территории эта полоса будет занимать, если осушаю-
щееся морское дно имеет незначительные уклоны. Известно, что моря
Северо-Востока СССР имеют почти плоское дно и очень слабые уклоны.
И здесь же наиболее широко распространены толщи торфяно-иловатых
отложений с крупными ледяными жилами. Нарисованная картина форми-
рования крупных ледяных жил в процессе накопления лайдово-дель-
товых отложений представляется более правдоподобной и с общетеорети-
ческих позиций, нежели пойменная концепция.
В заключение следует признать, что пока еще много неразрешимых
загадок стоит перед исследователями подземных ледяных жил в отно-
шении общих закономерностей и природных условий их формирования,
а также в определении способов и механизма их роста и во многих
других аспектах.
66
Пласты внутриземного льда
Помимо вертикально ориентированных скоплений подземного льда —
ледяных жил существуют горизонтально ориентированные скопления
пластовой или линзовидной формы. Толщина таких пластов достигает
30—40 м, протяженность в горизонтальном направлении — нескольких
сотен метров, изредка первых километров. Чаще пласты и линзы имеют
толщину в несколько метров, а протяженность в несколько десятков
метров. Они залегают на разных глубинах от дневной поверхности,
от 3—5 до 100 м и более. По составу и строению льда можно выделить
три типа залежей пластовых льдов, сложенных: 1) чистым, прозрачным,
стекловидным льдом (рис. 20), содержащим иногда отдельные куски
Рис. 20. Пласт чистого, монолитного, прозрачного льда в толще мерзлых слоистых
отложений, накопившихся на пойме в дельте реки
5* 67
и гнезда окружающих его отложений; 2) горизонтально-слоистым льдом,
содержащим прослойки минерального грунта (глинистые, пылеватые, пес-
чаные частицы); 3) льдом и минеральными примесями, смятыми в прос-
тые или сложные складки, ориентированные вверх прямо или наклонно,
иногда почти горизонтально.
Вопрос о происхождении пластовых залежей льда имеет свою историю.
Раньше считали, что они распространены в мерзлых толщах Севера прак-
тически повсеместно. Расцвет этих представлений соответствует времени
господства гипотезы ледникового происхождения крупных скоплений льда
всех типов на севере Азии и Северной Америки, т. е. с конца прошлого
до середины нынешнего столетия. После того как была доказана связь
образования крупных ледяных жил с процессами морозобойного раст-
рескивания мерзлых грунтов, пришло иное увлечение. Ученые стали
считать, что все сколько-нибудь крупные скопления льда под землей —
это исключительно ледяные жилы. Если в береговых обрывах они имели
вид пластовых залежей, то объяснялось это особенностями среза ледя-
ных жил в раличных плоскостях и направлениях. Мы уже знаем, что
такие явления действительно имеют место в природе (см. рис. 14). Со
временем стало ясно, что существуют как крупные вертикальные ледя-
ные жилы, так и крупные в целом горизонтально ориентированные
пластовые залежи подземного льда. Стало также очевидно, что они имеют
совершенно различное происхождение. Выявляется даже географическая
дифференциация областей скопления крупных залежей пластового и
жильного льда.
Если крупные жилы преимущественно распространены на приморских
низменностях Северо-Востока СССР и в Центральной Якутии, то крупные
пластовые залежи — на севере Западной Сибири, Печорской низменности
и прибрежных низменностях Чукотки. Иными словами, жилы сконцентри-
рованы там, где низменности сложены преимущественно дельтово-лай-
довыми, речными и другими типами в целом пресноводных или слабо
осолоненных отложений. Залежи пластовых льдов приурочены к районам,
где наиболее широко развиты толщи морских и озерных глин, суглинков,
песков. Можно даже утверждать, что пластовые залежи подземного
льда представляют собой одну из самых характерных черт криогенного
строения мерзлых морских и озерных отложений.
После того как сам факт широкого распространения ледяных пластов
под землей стал очевиден, разгорелась дискуссия о их происхождении.
Ряд ученых, преимущественно немерзлотоведов, возрождает вновь ледни-
ковую гипотезу, теперь только в отношении не жильных, а пластовых
залежей льда. Они считают их остатками былых ледниковых покровов,
захороненными глыбами «мертвого» льда, а отложения, в которых они
залегают, ледниковыми (моренными). Другие ученые, преимущественно
мерзлотоведы, утверждают, что пласты и линзы льда возникают под
землей в процессе промерзания отложений, что это внутригрунтовые
образования, своего рода ледяные бугры пучения, но расположенные на
большой глубине от поверхности и потому не выраженные в рельефе
местности.
68
Что же собой представляют подземные пласты льда? Почему так важно
выяснить их природу? Этот вопрос действительно очень важный как с
научной, так и с практической точки зрения. Если встать на точку зрения
ледникового происхождения пластов льда, то их можно считать тогда
самым надежным, пожалуй, самым безусловным доказательством древне-
го оледенения того или иного района. Если пластовые льды возникают
в процессе промерзания отложений, то вероятнее всего, что они свойствен-
ны мощным юл щам преимущественно глинистых отложений бассейново-
го — морского, озерного, лагунного — происхождения. Следовательно, в
зависимости от того или иного решения вопроса происхождения пласто-
вых льдов решаются более крупные геологические проблемы: покрывались
те или иные регионы в относительно недалеком геологическом прошлом
ледниками или водами ледовитых полярных морей, озер, лагун? Спор
этот не только чисто теоретический.
С отложениями, в которых залегают пластовые льды, связаны многие
виды полезных ископаемых, в частности строительные материалы, столь
необходимые при освоении Севера, к ним приурочены ценные россыпные
месторождения. В каком направлении вести их поиски, во многом опреде-
ляется тем, каково происхождение содержащих их отложений. От этого
зависят не только поиски полезных ископаемых в самих мерзлых горных
породах. Если толщи глин с пластовыми льдами морские, то они перво-
начально залегали более или менее горизонтально. Видимые теперь
изменения в условиях их залегания обусловлены поднятиями и опуска-
ниями участков земной коры. Анализируя их, можно выявить новейшие
геолого-тектонические структуры: купола и впадины. Они нередко насле-
дуют более древние, с частью которых связаны месторождения нефти и
газа. На этом основан один из методов поисков нефтегазовых структур.
Если же отложения с пластовыми льдами ледниковые, то условия
их залегания чаще всего не могут быть использованы для выявления но-
вейших, а следовательно, и древних тектонических структур, в том числе
и нефтегазоносных.
Пластовые залежи подземного льда, как уже говорилось, очень
широко распространены на севере Западной Сибири. Это один из главных
районов, по поводу которого идет острая полемика о том, подвергался
он в недавнем геологическом прошлом мощным покровным оледенениям
или затапливался водами Северного Ледовитого океана. Краеугольный
камень научной дискуссии — вопрос о происхождении отложений с пла-
стовыми льдами и, конечно, самих льдов. Можно сказать, что пластовые
льды стали главным аргументом, определяющим ту или иную точку зрения
исследователей. Содержащие их отложения имеют толщину до 400 м
и сложены в основном глинами и суглинками (смесью глинистых, пыле-
ватых и песчаных частиц). Как те, так и другие плохо сортированы и
содержат каменные обломки в виде гравия, гальки, валунов и даже глыб.
Считается, что это характерно лишь для ледниковых накоплений. Однако
изучение донных осадков холодноводных ледовитых морей, особенно ши-
роко развернувшееся в последние годы, выявило, что они также обогаще-
ны крупными каменными обломками и содержат гравий, щебень, гальку,
69
валуны, а иногда и глыбы. Они активно разносятся плавучими льдами
по акватории таких морей, как Карское, Баренцево, и даже такого
«южного» моря, как Белое.
Исследования А. П. Лисицына и других «морских» геологов наглядно
показали, что плавучий лед — мощный фактор разноса крупных каменных
обломков. Каждый кубический метр льда в зависимости от его плотности
и плотности морской воды может переносить от 100 до 300 кг обломков гор-
ных пород на большие расстояния. Вспомним, что общая площадь,
которую занимают плавучие морские льды в Мировом океане, составляет
примерно 26 млн. км2 — 7% его акватории. Масса же их достигает астро-
номической цифры в 5« 1013 т, к которой надо добавить еще массу айсбер-
гов— 8«1012 т. Легко представить себе потенциальные возможности
морских и айсберговых льдов в деле транспортировки обломков горных
пород. Следует при этом заметить, что айсберговый лед, который в наи-
большей степени насыщен каменными обломками и в большом количестве
поставляет их на морское дно, имеет и максимальную площадь рас-
пространения — 64 млн. км2 (19% площади Мирового океана).
В качестве примера, показывающего транспортные возможности пла-
вучего льда, можно привести следующий. В мае 1961 г. американская
полярная экспедиция обнаружила в Северном Ледовитом океане очеред-
ной ледяной плавучий остров, по-видимому, оторвавшийся, как и его
собратья, от шельфового ледника острова Элсмира — самого северного
в системе Канадского Арктического архипелага. Остров был назван
Арлис-2. На нем находились обломки скал высотой до 15 м и валуны до 3 м
в поперечнике. Обычно дрейф ледяных островов в Арктике продолжается
порядка 10—12 лет. Пути его сложны и охватывают моря вдоль север-
ного побережья Северной Америки и частично северо-восточные моря
СССР. Затем через центральную часть арктического бассейна они вы-
носятся в конце концов в Гренландское море, где и тают окончательно.
По пути дрейфа и вытаивают скальные глыбы и валуны, которые обога-
щают крупными обломками донные морские илы, придавая им облик
ледово-морских отложений.
Глины и суглинки с пластовыми льдами содержат помимо валунов
и других каменных обломков раковины морских моллюсков, фораминифер,
створки морских остракод. Однако сторонники их ледникового происхож-
дения считают, что центр предполагаемого покровного древнего оле-
денения находился якобы в котловине Карского моря и оттуда ледники
двигались на юг, вверх, на Западно-Сибирскую равнину, вползая даже
на возвышенность Сибирские Увалы, абсолютная высота которой дости-
гает 285 м. По пути они захватывали со дна Карского моря его донные
грунты с раковинами морских организмов и переносили те и другие в
более южные районы. Чтобы перенести грунты со дна Карского моря
на поверхность Сибирских Увалов, ледник должен был подняться на
высоту 500—600 м! По каким законам физики и механики он должен был
двигаться в условиях равнинных территорий против уклона со дна моря
на сушу, а не сползать в котловину Северного Ледовитого океана, остается
неясным. Однако это обстоятельство нисколько не смущает сторонников
70
ледниковой гипотезы происхождения пластовых льдов и содержащих
их отложений.
Возникает еще один закономерный вопрос: откуда брали ледники
валуны и глыбы скальных горных пород, размер которых достигает 3—
5 м в поперечнике? Со дна Карского моря? Изучение состава каменных
обломков ясно показало, что в западных районах севера Западной
Сибири они перенесены с Урала, а в восточных со Среднесибирского
плоскогорья, и в частности с плато Путоран. В последнем случае это хо-
рошо узнаваемые темноцветные плотные магматические горные поро-
ды — базальты, которые в виде пластов бронируют поверхность Средне-
сибирского плоскогорья и называются траппами. Следовательно, если и
были покровные ледники на севере Западно-Сибирской низменности, то
двигаться они должны были из так называемых центров оледенения
в горах Урала и на плато Путоран, но никак не со дна Карского моря.
Как же объяснить с точки зрения ледниковой концепции факт совме-
стного нахождения остатков морских организмов, источником которых
могло быть только дно Карского моря, и валунов с Уральских гор в
одних районах и со Среднесибирского плоскогорья в других? Попытки
в этом отношении предпринимаются, но выглядят они малоубедительно,
а порой фантастично. Например, предполагается, что сначала ледники
перенесли валуны с гор на дно Карского моря, двигаясь по уклону дневной
поверхности сверху вниз, а затем со дна Карского моря на Западно-
Сибирскую равнину, двигаясь вспять и захватывая с собой попутно валу-
ны и морские раковины. Что и говорить, архисложные и маловероятные
допущения, согласно которым ледники, как челноки, двигались в проти-
воположных направлениях (то на север, то на юг). Однако и эти пред-
положения не в состоянии объяснить строго закономерную картину рас-
пределения среднесибирских и уральских валунов в пространстве на севе-
ре Западной Сибири.
Одно из главных оснований для всех этих сверхсложных допущений
и построений — подземные залежи пластовых льдов. Если они действи-
тельно захороненные остатки былых ледников, то это безусловное свиде-
тельство ледникового происхождения содержащих их отложений и былого
покровного оледенения огромных территорий на севере Западной Сибири,
да и не только ее, поскольку аналогичные по всем признакам пласты
и линзы подземного льда имеются на территории Печорской низменности
и прибрежных равнин Чукотки. Тогда надо верить всем вышеизложенным
построениям и допущениям, несмотря на их сверхсложность и малове-
роятность. Обратимся непосредственно к подземным льдам.
Как мы уже знаем, в природе можно выделить несколько разновид-
ностей пластовых залежей подземного льда по его составу и строению.
Залежи чистого, прозрачного, стекловидного льда. Можно как в бездон-
ную морскую пучину глядеть в темную глубину этих льдов. И кажется,
что в этой глубине светятся звезды ночного неба, играют блики заполяр-
ных сполохов. Такие льды мало кто считает ледниковыми. Их происхож-
дение обычно связывается с внедрением подземных вод под напором в
толщи промерзающих или уже мерзлых отложений. Однако в таком
71
способе образования залежей чистого прозрачного льда настораживает
одно обстоятельство: их границы с мерзлыми горными породами часто
ровные, они не несут на себе никаких следов внедрений крупных водных
масс, нет изгибов слоев выше ледяных залежей и каких-либо других
деформаций.
Пластовые и линзовидные залежи чистого льда толщиной 1,5—2,5 м
характерны, например, для горизонтально- и волнисто-слоистых пылева-
тых песков с прослоями намывного торфа, которые слагают частично
речные террасы близ устьевых частей рек (см. рис. 20). Происхождение
отложений в данном случае устанавливается достаточно определенно и
надежно — это пойменные или скорее дельтово-пойменные накопления.
Значит, пласты льда образовались во время их промерзания. Остается
установить, когда оно происходило: одновременно с накоплением отло-
жений или после его завершения. Благодаря некоторым наблюдениям
это тоже удалось сделать достаточно определенно. Дело в том, что пласты
и линзы льда, залегающие в нижней части видимого разреза террасы,
секутся вертикальными ледяными жилами протяженностью от 8 до 12 м,
пронизывающими всю видимую часть разреза террасы почти сверху
донизу (тонкая нижняя часть ледяной жилы сечет пласт льда, см. рис. 20).
Довольно несложные сопоставления позволяют установить, в какой
последовательности происходило образование пластовых и жильных
льдов? Совершенно ясно, что к тому времени, когда поверхность речной
поймы или дельты была разбита серией морозобойных трещин на полиго-
ны и началось формирование вертикальных ледяных жил, горизонтальные
пласты льда уже существовали. Они образовались, следовательно, син-
хронно процессу пойменно- дельтового осадконакопления. Можно предпо-
ложить, что это был лед, возникший в основании слоя летнего оттаивания
на кровле мерзлых горных пород, сильно обводненного летом и осенью.
Однако толщина этого слоя на заболоченных поймах и дельтах не превы-
шает, как правило, 0,4—0,5 м, а толщина линзовидных пластов льда в
2—3 раза больше. Предположение о внедрении снизу водных масс в
промерзшую уже сверху часть отложений отпадает, так как вертикальные
ледяные жилы, секущие пласты льда, росли в мерзлых толщах. Вполне
возможно также, что пластово-линзовидные залежи представляют собой
захороненный лед небольших водоемов. Поймы и дельты рек криолитозоны
сильно заболочены, изобилуют многочисленными озерами и озерками,
зимой промерзающими до дна. К моменту весеннего половодья эти
водоемы представляют собой все еще не оттаявшие «ледоемы». При
определенных условиях они могут быть погребены постоянно накаплива-
ющимися сверху отложениями.
Весьма широко распространены подземные залежи пластовой и линзо-
видной формы, которые слагает слоистый лед. Они приурочены главным
образом к толщам глинистого состава. Слоистость обусловлена наличием
тонких горизонтальных прослоек льда, обогащенного глинистыми, пы-
леватыми частицами. Происхождение глинистых толщ с залежами льда
подобного типа устанавливается достаточно надежно и мало кем оспа-
ривается. Это либо морские глины с остатками морских организмов,
72
либо озерные или лагунные отложения также глинистого состава, содер-
жащие остатки пресноводной и солоноватоводной фауны и флоры. Обра-
зование пластовых залежей подземного горизонтально-слоистого льда
связано, вероятнее всего, с подтягиванием воды снизу при промер-
зании достаточно мощных глинистых толщ сверху (эпигенетическим
способом). При этом на определенных уровнях создавались условия
для длительного, устойчивого послойного льдовыделения, что приводило в
конечном итоге к возникновению с'лоистых залежей подземного льда. Ча-
стично залежи этого типа представляют собой захороненный донный
лед водоемов, о котором будет подробнее рассказано ниже.
Наиболее сложно построенные и трудно объяснимые в отношении
происхождения — крупные ледяные залежи пластовой и линзовидной
формы, в которых лед в различной, иногда очень высокой степени дефор-
мирован, перемят, собран в складки, раздроблен. Именно этот тип
подземных льдиь наиболее часто рассматривается как имеющий «несом-
ненно ледниковое происхождение», как захороненные остатки былых,
предполагаемых ледниковых щитов, якобы покрывавших равнины Севера
в недавнем геологическом прошлом. Сторонники этих представлений счи-
тают, что смятый в складки, раздробленный подземный лед сохраняет
в себе следы пластических и разрывных деформаций, свойственных
движущемуся льду ледников. И они действительно свойственны этим
подвижным скоплениям льда. Известно, что ледники движутся двумя
способами — вязкопластическое течение и скольжение по твердому ложу
и внутренним ослабленным поверхностям (разрывам, сколам). Поэтому
в них возникают и два главных вида деформаций: пластические (пли-
кативные) и разрывные (дизъюнктивные). Пластические деформации
представляют собой складки, структуры выжимания (гляциодиапиры).
Разрывные — это сколы, надвиги, сдвиги, сбросы. Особенно характерны
для движущихся ледников так называемые «чешуйчатые надвиги», когда
пластины льда в виде наклонных чешуй надвигаются друг на друга.
Этот процесс наиболее интенсивен у края ледников, где они наползают
на собственные накопления. В вертикальном разрезе ледники в своей
краевой части имеют вид веера, раскрытого в сторону от них. Из достовер-
ного факта дислоцированности ледникового льда делается отнюдь из него
не следующий вывод о том, что залежи подземного деформированного
льда имеют ледниковое происхождение. Несмотря на внешнее сходство,
происхождение их совершенно различное.
Помимо ледниковых дислокаций ‘, как уже говорилось, существуют
криогенные (мерзлотные) дислокации, обусловленные
напряжениями, возникающими при промерзании отложений, изменении
температур и давления в мерзлых толщах. Криогенные дислокации
образуются также при внедрении вновь возникающих подземных льдов
на больших глубинах в уже мерзлые вышележащие толщи и содержащие-
ся в них подземные льды. Порой сочетание неоднократных внедрений
одних подземных льдов в другие создает столь причудливую, неоднород-
1 Дислокации — нарушения форм залегания горных пород.
73
ную картину, что она выглядит сложнее картины структур, созданных
ледниками. Начнем наш обзор с рассмотрения относительно простых
и наиболее достоверных примеров криогенных дислокаций.
Давно известны и не вызывают дискуссий криогенные дислокации
мерзлых горных пород в крупных буграх пучения, выраженных в рельефе
местности в виде куполов на плоской поверхности. Внутри куполов
находится ледяное ядро, которое возникло вследствие напорного или без-
напорного перемещения туда влаги. Но сама по себе возможность
дислоцирования льда под землей в мерзлых толщах силами, в них разви-
вающимися, очевидна. При этом возникают крупные, высотой до несколь-
ких десятков и протяженностью до нескольких сотен метров складки.
Сложнее объяснить случаи, когда криогенные дислокации мерзлых толщ
не выражены в рельефе местности в виде бугров пучения, но факт их
существования также достоверен. На рис. 21 зафиксирована крутая, почти
Рис. 21. Складчатая структура подземного льда в мерзлой толще
вертикально ориентированная, так называемая антиклинальная структу-
ра, образованная локальным внедрением подземного льда близ поверх-
ности низкой прибрежно-морской террасы высотой около 30—40 м на
западном побережье п-ова Ямал. Терраса сложена горизонтально-слои-
стыми глинами и алевритами водного бассейнового происхождения, не
имеющими включений крупнообломочного каменного материала и даже
отдаленно не напоминающими ледниковые морены. Ясно, что ледяная
структура не имеет к предполагаемым на севере Западной Сибири лед-
никам никакого отношения. Она образовалась при внедрении подзем-
74
ных льдов в вышележащие, уже бывшие к этому времени мерзлыми и
уплотненными водные отложения. Важно подчеркнуть, что при внедрении
в мерзлую толщу подземный лед пластически деформировался, т. е.
изгибался, образовав почти вертикально стоящую антиклинальную склад-
чатую структуру.
Существуют представления, что возникновение подобных структур
связано с внедрением в промерзшие сверху толщи крупных объемов
водной или водно-грунтовой массы снизу из еще талых слоев и замер-
занием ее в ограниченном пространстве. Эти представления не в состоя-
нии объяснить послойное распределение минеральных примесей и вклю-
чений во льду. И действительно, трудно себе представить с этих позиций,
почему изогнутые ледяные прослои с примесью глинистых, пылеватых,
песчаных и более крупных частиц чередуются с прослоями чистого льда, что
очень часто наблюдается в природе. Если в промерзшие уже верхние
части толщ горных пород внедрялась вода в виде единого крупного
объема с содержанием примеси грунтовых частиц, то они осели бы на
дно, особенно крупные, пока вода не успела еще замерзнуть. Внут-
реннее строение структуры на рис. 21 свидетельствует о том, что внед-
рение водных масс с примесью грунтовых частиц (темные полосы льда)
происходило не единовременно, а последовательно, порциально, с послой-
ной дифференциацией минеральных примесей.
Данный пример наглядно показывает, что пластические и, в частности,
складчатые деформации льда происходят в подземных условиях и обус-
ловлены силами, возникающими в толщах горных пород при их промер-
зании. Значит, они не могут рассматриваться как феномен, свойственный
исключительно движущемуся леднику. И еще одна немаловажная деталь
строения рассматриваемой ледяной структуры. Внутри ее видна местами
мелкая плойчатая или гофрированная складчатость (см. рис. 21). Сторон-
ники ледникового происхождения дислоцированных подземных пластов
льда утверждают, что это уж исключительно ледниковое образование,
возникающее при движении льда. Оказывается, нет. Тот факт, что она
обнаружена в складке, выросшей в подземных условиях, неопровержимо
свидетельствует о возможности внутригрунтового образования мелких
плойчатых смятий льда.
Складчатое дислоцирование подземных льдов происходит на разных
стадиях промерзания содержащих их отложений. Особенно многочислен-
ны дислоцированные ледяные залежи в областях распространения мор-
ских, прибрежно-морских и лагунно-морских накоплений. Это и естествен-
но. На заключительных стадиях их формирования, когда выходит из-под
уровня бассейна поверхность его дна, она изобилует многочисленными
крупными и мелкими водоемами (лагунами, озерами), соединенными реч-
ками, ручьями. Все это создает очень сложную, пеструю мерзлотную ситу-
ацию. Заболоченные пространства между озерами и лагунами начинают
промерзать тогда, когда под водоемами существуют еще талые зоны.
Затем происходит их постепенное и поочередное заполнение отложениями
озерно-лагунных котловин, промерзание сверху, снизу и с боков. Возни-
кают замкнутые системы — котлы талых грунтов и подземных вод
75
И’ шил*
Рис. 22. Схема смятия в складки лагун-
ных (или озерных) влагонасыщенных
илов при их промерзании после осуше-
ния дна водоема:
1—2 — мерзлые толщи (/ — древние, 2 — новооб-
разованные) ; 3 — илы, смятые в складки
среди массивов мерзлых горных пород. Они сжаты со всех сторон и
находятся под воздействием постепенно все возрастающего гидростати-
ческого давления. Поэтому естественно, что промерзая в этих условиях,
отложения и возникающие в них льды на участках развития больших
давлений дислоцируются с различной степенью выраженности (рис. 22).
Вернемся к анализу строения самих пластовых залежей льда и рассмот-
рим наиболее сложно построенные и дислоцированные, поскольку вокруг
вопроса именно их происхождения ведется жаркая научная полемика
последних лет.
Одна из наиболее сложно построенных пластовых залежей подземного
льда, генезис которой поддается выяснению с большим трудом, извест-
на в литературе под названием «Ледяная гора». Она находится на севере
Западной Сибири, на правом берегу р. Енисей, почти точно в том месте,
где его пересекает Северный полярный круг. Здесь могучий Енисей
делает крутую излучину, его русло меняет свое главное северное направ-
ление и резко поворачивает сначала на запад, потом на восток, а затем
он вновь сводобно и широко течет на север к г. Игарке. В том месте,
где р. Енисей круто поворачивает на запад, расположен огромный полу-
круглый амфитеатр с крутыми обрывистыми стенками. В их основании
и на дне амфитеатра вытаивает подземный лед (рис. 23). Подобные фор-
| vvv |э I & |l0 I |11
Рис. 23. Зарисовка строения сте-
нок обнажения «Ледяная гора»
на р. Енисее близ Полярного кру-
га, сделанная осенью 1984 г.:
1 — торф; 2 — приповерхностный слой
супесей и суглинков; 3 — глины со слои-
стой и слоисто-сетчатой криогенной тек-
стурами; 4 — суглинки с галькой, валуна-
ми и крупносетчатой (блоковой) крио-
генной текстурой; 5 — песок мелкозерни-
стый; 6 — крупнозернистые пески и граве-
листые галечники с косой слоистостью;
7 — внедрения смятого в крутые складки
«грязного» льда; 8 — «чистый» лед на дне
термоцирка с прослоями, обогащенными
гранулированной глиной; 9 — дно термо-
цирка, закрытое оплывинами; 10 — ра-
ковины фораминифер; 11— древесные
остатки — щепа, кусочки веток, корней
и т. д.
76
мы рельефа получили в специальной литературе наименование «термо-
цирков», поскольку местность здесь разрушается под тепловым (терми-
ческим) воздействием, образуя циркоподобную форму рельефа (в плане
это скорее подкова). Поперечник ее составляет несколько сотен метров,
высота обрывов постоянно обваливающихся стенок 25—30 м. Со дна цир-
ка на берег р. Енисея выносится поток жидкого месива, напоминающего
расплавленную лаву, вытекающую из жерла вулкана. В «месиво» включе-
ны стволы обрушившихся сверху деревьев, куски дерна, торфа и т. д.
Местные жители, часто плавающие мимо этого места, видели, что оно
очень похоже на грязевой вулкан.
Обнажение «Ледяная гора» на р. Енисее приобрело большую извест-
ность среди мерзлотоведов и геологов, изучающих мерзлые рыхлые отло-
жения Севера. Исследованию этого обнажения посвящено много работ
сотрудников Игарской мерзлотной станции Института мерзлотоведения
им. В. А. Обручева АН СССР (Н. Ф. Григорьева, Е. Г. Карпова, Т. П. Куз-
нецовой, О. А. Казанского и др.). Объект «Ледяная гора» — уникальный,
он быстро тает (поэтому на рисунке помечена дата, когда он сделан) и ско-
ро, по-видимому, совсем исчезнет, как это уже неоднократно бывало с
известными природными обнажениями подземных льдов. Так исчез, на-
пример, известнейший естественный геологический разрез с крупными
вертикальными ледяными жилами на р. Яне в Северной Якутии — об-
нажение «Мус-Хая», а также многие другие. Но вернемся к «Ледяной
горе». В чем ее уникальность, сложность и значение?
На дне термоцирка и в нижней части обрывов его стенок вытаивает
ледяная залежь толщиной порядка 30—40 м! Площадь ее, по подсчетам
Е. Г. Карпова, около 66 тыс. м2, а общий объем льда составляет не
менее 1 млн. м3! Строение льда сложное, лед неоднородный. На дне
термоцирка это плотный, прозрачный, стекловидный лед. Он содержит
в виде равномерно рассеянных примесей и взвесей, а также прослоев
гранулированный глинистый грунт, имеющий вид комочков-гранул.
В прослоях, обогащенных гранулированной глиной, встречаются слабо
сглаженная дресва, щебень, а также окатанный гравий и галька. Чере-
дование в разрезе чистого и загрязненного льда создает у некоторых
исследователей впечатление, что это остатки придонной части былых лед-
ников, для которой действительно характерно чередование прослоев
относительно чистого прозрачного льда — голубые и хрустальные лен-
ты — и льды грязного, обогащенного значительной примесью минераль-
ных глинисто-песчанистых частиц и более крупными каменными обломка-
ми, так называемого мореносодержащего льда.
Помимо этого типа льда на дне термоцирка и в его боковых стенках
вскрываются сложные ледяные купола и отдельные антиклинальные
структуры, которые в поперечном разрезе имеют конфигурацию верти-
кально ориентированных складок, что хорошо видно на приводимой фо-
тографии (рис. 24). Купола как бы прорываются через основную залежь
льда, расположенную на дне термоцирка. В них чередуются прослои
относительно чистого, прозрачного, стекловидного льда, молочно-белого,
насыщенного пузырьками воздуха, и грязного льда серого цвета, содер-
77
Рис. 24. Антиклинальная структура под-
земного льда в обнажении «Ледяная
гора»
жащего частицы глины, песка, включения гравия, гальки, а также из-
редка небольшие глыбы слабо сглаженных скальных горных пород и ока-
танные валуны до 1 м в поперечнике. Наличие во льду единичных неока-
танных каменных глыб и окатанных валунов оказывает наиболее
сильное эмоциональное воздействие на исследователей, даже тех, которые
в других случаях сомневаются в ледниковой природе залежей дисло-
цированного льда. Достаточно крупные валуны, глыбы в сочетании с дис-
лоцированностью льда — какие еще нужны доказательства того, казалось
бы, совершенно очевидного факта, что это остатки былого ледника?
У сторонников ледниковой гипотезы имеются и дополнительные аргумен-
ты. Пластовая залежь льда подстилается метровым слоем темно-серого
плотного суглинка с галькой и валунами. Считают, что это и есть
придонные отложения ледника, его основная морена. Она залегает на
сизовато-сером мелкозернистом, хорошо промытом и слабо заиленном пес-
ке неизвестного происхождения.
Ледяная залежь постепенно переходит в разнозернистый косослоистый
песок, местами песчано-гравийно-галечную смесь. Их происхождение
также как будто ясно — это отложения талых ледниковых вод, так
называемые водно-ледниковые, или флювиогляциальные, отложения. Над
ними залегают суглинки с валунами (рис. 25). Они считаются основной
донной мореной ледника, которой якобы и была погребена глыба отделив-
шегося от него «мертвого» льда.
78
Рис. 25. Одна из стенок термоцирка
«Ледяная гора» (на снимке: внизу —
лед, выше — слоистый песок с галькой,
вверху — суглинок)
Казалось бы, воздвигнуто крепкое здание надежной системы дока-
зательств ледникового происхождения залежи «Ледяная гора» на р. Ени-
сее, которое зиждется на прочном и мощном фундаменте. Поэтому
«сдаются» в данном случае многие приверженцы концепции первичного
внутриземного происхождения крупных залежей подземного льда на севе-
ре Западной Сибири. 1
Рассмотрим же по порядку строение этой залежи и систему дока-
зательств ее ледникового происхождения. Начнем с наиболее весомого
в прямом и переносном смысле аргумента — валунов во льду. П. А. Шум-
ский описывал нахождение отдельных галек и валунов в совершенно
прозрачном льду современных бугров пучения. Они вмерзают в него своей
верхней частью и поднимаются при последующем наращивании льда с
подстилающего его обычно валунно-галечного слоя. Значит, лед может
перемещать снизу вверх крупные каменные обломки. Например, В. Г. Чу-
вардинский, проводивший исследования на побережье Белого моря, на-
блюдал, как крупные глыбы и валуны «выжимаются» сквозь покров
сидящего на морском дне льда толщиной 1 —1,5 м по трещинам. В
конечном итоге валуны и глыбы, так же как и щебень, пройдя сквозь
толщу ледового покрова вверх, оказываются на его поверхности.
В современных руслах рек и ручьев в Забайкалье широко распростра-
нены наледи, образующиеся при замерзании периодически изливающихся
зимой речных вод. В наледный лед внедряются льды иного состава и
79
строения, залегающие в виде пластов. В них часто бывают включены,
в свою очередь, линзы валунно-галечного материала, который слагает
дно русел и ручьев. Наледи и пласты внедрившегося в них льда представ-
ляют собой современные сезонные образования. Как же в них попадают
галька и валуны? Наблюдавшие это явление С. А. Санников и А. В. Со-
колов вслед за П. А. Шумским так объясняют способ их попадания в
пластовый лед. Когда его подошва лежит на речном дне, каменные
обломки примерзают к ней. Затем возрастает напор вод из талой русловой
зоны, находящейся подо льдом, ледяная толща приподнимается и при
дальнейшем промерзании происходит формирование прослоя чисто-
го льда.
В результате в ледяных покровах на поверхности современного дна
рек чередуются прослои чистого прозрачного кристаллического льда и
льда, обогащенного крупными каменными обломками размером до валу-
нов. Возникает практически полное внешнее подобие чередования чистых
прозрачных (голубых или хрустальных) лент и лент грязного морено-
содержащего льда, что характерно для придонных слоев ледников. Не-
смотря на внешнее морфологическое сходство, способы образования льда
на дне современных речных долин и в ледниках, естественно, совершенно
различные. Таким образом, сам по себе факт наличия в подземных
пластовых залежах льда прослоев, обогащенных каменными обломками,
абсолютно ничего не доказывает и не решает спорных вопросов. Валуны
попадают в наземные ледники и подземные льды различными способами.
Теперь рассмотрим вопрос о дислоцированности льда. Дислокации в
обнажении «Ледяная гора» — это разного масштаба купола, т. е. анти-
клинальные структуры, обусловленные внедрением льда снизу вверх,
что хорошо видно и в мелком, и в крупном масштабах. С пластическим
же течением ледников, как известно, связаны преимущественно горизон-
тально направленные «лежачие» складки. Правда, в ледниках также бы-
вают вертикально ориентированные куполовидные структуры выжимания
льда под нагрузкой вышележащих толщ (гляциодиапиры), но они редки,
и в данном случае нет никакого правдоподобного объяснения, почему
именно они перешли в захороненное состояние в районе «Ледяной горы».
Кроме того, возникает вопрос: почему нет лежачих горизонтальных или
наклонных складок течения, столь характерных для движущихся лед-
ников?
В термоцирке «Ледяной горы» выделяется основной купол, своего
рода крупное сводовое поднятие, осложненное серией более мелких
куполов — антиклинальных структур меньшего ранга. Именно с ними свя-
заны наиболее сложные и крутые дислокации, запечатленные на рисунке
и фотографиях (см. рис. 23, 24). Эти дислокации нельзя отнести к
динамическим, связанным с движением ледников.
Говорят также об изменении (метаморфизме) первичного строения
кристаллов льда как доказательстве их преобразования в процессе дви-
жения ледников, данный процесс называют динамометаморфизмом. Но
не менее существен до конца далеко еще не познанный криогенный
80
метаморфизм льда, связанный с изменением его кристаллического стро-
ения под воздействием меняющихся давлений, температур и т. д.
Рассмотрим дополнительные «доказательства» ледникового происхож-
дения ледяной залежи — состав и строение перекрывающих ее отложений.
Непосредственно надо льдом главного купола залегают песчано-гравели-
сто-галечные смеси, которые считаются водно-ледниковыми накоплени-
ями, отложенными потоками талых ледниковых вод. И это было бы
естественно, если бы залежь была захороненной частью ледника. Близ
края горных ледников и ледниковых покровов по их поверхности постоянно
блуждают многочисленные потоки. Но они всегда более или менее глубоко
врезаны в лед, образуют на его поверхности русла. Даже в таких
суровых условиях, как у края антарктического ледникового покрова,
водотоки, по наблюдениям С. А. Евтеева, образуют густую сеть и врезаны
в лед в среднем на глубину 1,5—2 м, а наиболее крупные из них — на
глубину 4—5 м. В руслах водотоков отлагается песок с галькой почти
без примеси более мелких частиц. У края ледников, находящихся не в
столь суровых условиях, как антарктический, глубина вреза водотоков в
лед больше. Нередко они «пропиливают» узкие глубокие каньоны с
вертикальными стенками, уходящие в толщу льда и иногда достигающие
его ложа.
На поверхности льда в обнажении «Ледяная гора» пески и песчано-
гравийно-галечные смеси несомненно водные, отлагавшиеся в условиях
активной гидродинамической среды. Если это отложения потоков талых
вод на поверхности ледника, то потоки должны быть достаточно мощными,
бурными и, конечно же, могли «пропилить» себе глубокие русла в ле-
дяных берегах. Но следов таких русел на поверхности льда нет! Песчано-
гравийно-галечниковые отложения облегают лед плащеобразно, укрывая
его, как одеялом. Слои во льду и перекрывающих отложениях имеют
одно направление, не образуя видимых границ между собой (см. рис. 25).
В этом случае говорят о «согласном» залегании слоев горных пород и
их постепенном переходе друг в друга. Следовательно, речь не может
идти о захоронении ледниковых глыб, тогда непременно видны были бы
следы их размыва водными потоками, которых нет.
При внимательном изучении отложений оказалось, что к галечникам
и гравелистым пескам приурочены многочисленные остатки древесины в
виде оглаженной щепы, обломков веток, мелких стволов, вероятно кустар-
ников, корней. Возраст древесных остатков, определенный радиоуглерод-
ным методом, превышает 37 тыс. лет. Совершенно очевидно, что деревья
и кустарники в пределах ледниковых покровов и даже у их края, тем
более в полярных широтах, не растут. Их обломки не могли выноситься
талыми водами из пределов ледяной пустыни. После выяснения всех
этих фактов стало ясно, что перекрывающие лед отложения не водно-
ледниковые, а речные или прибрежно-морские. В результате микрофау-
нистического анализа в них были обнаружены раковины фораминифер,
простейших морских организмов. Из двух возможных вариантов — реч-
ного или прибрежно-морского — справедливым оказался последний. Сле-
довательно, если и предположить захоронение ледниковой глыбы, то нужно
6
Заказ 1319
81
признать, что оно происходило в прибрежной зоне моря. Это очень
проблематично и маловероятно с позиций теплофизики и гидродинамики.
Но даже если все-таки допустить эту возможность, то видны были бы
следы размыва водами моря поверхности ледяной глыбы, а их нет. Лед
как бы соединяется с песками и галечниками в единое целое, захватывая
нижнюю часть этих отложений.
Оставались еще такие аргументы, якобы подтверждающие ледниковую
концепцию, как толщи валунных и безвалунных суглинков поверх ледя-
ной залежи и песчано-галечных накоплений. Возможно, они ледниковые
морены? Но это уже не меняет сути дела, поскольку между ними и ледяной
залежью существуют прибрежно-морские отложения. И, следовательно,
это морены более позднего оледенения, а не того, которое, как полагают,
оставило ледяную глыбу. Но и это не так. Валунные суглинки над ледя-
ной залежью по многим признакам представляют собой водные бассей-
новые накопления с тонкой горизонтальной или волнистой слоистостью.
В этих накоплениях Е. И. Поляковой обнаружена морская и солоно-
ватоводная микрофлора диатомовых водорослей, а Г. Н. Недешевой —
раковины фораминифер, живущих исключительно в соленых морских
водах. Местами суглинки с валунами совсем недавно были переотложены:
в них видны современные деревья с корой и ветками, кустарники, трава.
В этом случае говорить об их древнем ледниковом происхождении тем
более не приходится.
Один из решающих аргументов при определении происхождения суг-
линков — их криогенное строение, и. в первую очередь распределение
ледяных прослойков по вертикальному разрезу. Предположение о захо-
ронении ледниковой глыбы исходит из допущения, что и сам лед, и пере-
крывающие его ледниковые отложения (морены) были изначально мерз-
лыми. В противном случае лед не сохранился бы. Другими словами,
авторы ледниковой гипотезы исходят из допущения, что вся толща льдо-
содержащих отложений и самого льда — остаток (реликт), находящийся
с ледниковых времен в неизменном мерзлом состоянии. Однако и эта
позиция не выдерживает критики. Толща суглинков надо льдом обладает
всеми признаками изначально талых бассейновых отложений, промерзших
сверху эпигенетическим способом. В них отчетливо прослеживается
разреживающаяся книзу решетка ледяных шлиров (см. рис. 23), а в
самую нижнюю часть толщи проникают лишь вертикальные прожилки
льда. Закономерности криогенного строения суглинков ясно показывают,
что они отлагались в талом состоянии, а затем промерзали сверху.
Причем, промерзание началось только после того, как полностью завер-
шился процесс накопления суглинков, поскольку вся сложенная ими тол-
ща сверху донизу пронизана единой системой ледяных шлиров.
Что же осталось от казавшегося монументальным и прочным здания
ледниковой концепции? Ее конструкции разваливаются одна за другой.
Рушится таким образом и само представление о существовании ледни-
ковых покровов на севере Западной Сибири. При этом намеренно под-
робно был рассмотрен вопрос о происхождении одного из самых, казалось
бы, надежных «реликтов» былых предполагаемых ледниковых покровов,
82
имеющихся в современном научном арсенале. На примере «Ледяной
горы» шаг за шагом можно проследить процесс возникновения одного
из сложных природных феноменов. Этот пример показывает также, в чем
состоит одна из главных задач геокриологии и криолитологии, как и
геологии в целом,— в расшифровке «немых» следов, оставленных нам
прошедшими геологическими эпохами и соответствующими им природ-
ными обстановками.
Рассмотрим происхождение одной из менее сложно построенных и
дислоцированных залежей подземного льда пластового типа. На рис. 26
Рис. 26. Структура, образованная подземным льдом (слева) и ледогрунтом
(в центре) в слоистых прибрежно-морских песках и алевритах (север Западной
Сибири, п-ов Ямал)
видно внедрение чистого белого льда и ледогрунта темного цвета в
толщу слоистых прибрежно-морских песков и алевритов. Лед и ледогрунт
сминают, дислоцируют перекрывающие их горизонтальные слои водных
отложений в крутые складки, изогнутые в виде дуги вверх и слегка
наклоненные. Первичное внутригрунтовое, мерзлотное происхождение
внедрений льда и ледогрунта устанавливается в данном случае сравни-
тельно легко и весьма надежно, хотя они также принимаются неко-
торыми исследователями за ледниковые динамические дислокации. Во-
первых, грунтовая составляющая подземного льда представляет собой
морской осадок, который содержит раковины морских моллюсков и фора-
6=
83
минифер. Во-вторых, не вызывает сомнений водное бассейновое происхож-
дение перекрывающих ледяные внедрения горизонтально-слоистых песков
и алевритов. Накопление их происходило в прибрежной мелководной
зоне моря, благодаря чему они содержат остатки раковин соответствую-
щих морских организмов (фораминифер). Совершенно очевидно, что
первоначально морские отложения залегали горизонтально, а затем
были подняты вверх и изогнуты в складку. Произойти это могло только
в результате внедрения водно-грунтовой массы снизу. В случае захороне-
ния песками и алевритами ледяной глыбы на морском дне изогнутые
параллельные слои поверх нее не могли бы образоваться. Водонасыщен-
ные пески, а тем более алевриты стекали бы по скользкой поверх-
ности тающего льда, поскольку угол наклона изогнутых слоев на крыльях
складки превышает 45°. Водонасыщенные тонкие пески и алевриты не
могут иметь такой угол естественного откоса, он составляет в них не бо-
лее 17°. Все эти факты бесспорны и очевидны.
Мы приходим к однозначному выводу, что залежи дислоцированного
подземного льда пластовой или линзовидной формы на равнинах Севера
представляют собой внутригрунтовые криогенные образования, возника-
ющие при избыточном выделении льда в толщах мерзлых или промерзаю-
щих горных пород. Может быть задан закономерный вопрос: а разве не
существуют в природе действительно захороненные, реликтовые остатки
ледников? Ответ может быть только один — существуют. Но в этом случае
и лед, и перекрывающие его отложения представляют собой очень тесно
взаимосвязанные образования, сохраняющие все время своего существо-
вания изначально мерзлое состояние и признаки формирования в усло-
виях ледников. Случаи эти крайне редки. Чаще всего засыпаются об-
Рис. 27. Общий вид моренного ландшафта (на переднем плане)
84
ломками горных пород остатки ледников в горах. У их отступающего
края под грудами поступающих с крутых склонов и вытаивающих изо
льда щебня, дресвы, глыб и в самом деле погребаются прекратившие
свое движение глыбы «мертвого» льда. Но они не сохраняются, как
правило, долго в геологическом масштабе времени. Как только край
ледника отступит на более или менее значительное расстояние вверх по
долине, ледниковые ядра под толщами обломков горных пород вытаивают.
Благодаря этому создается характерный холмисто-западинный рельеф
(рис. 27), представляющий собой беспорядочное сочетание остаточных
холмов и западин, образовавшихся на месте вытаявших захороненных
ледяных глыб. Более подробно захороненные остатки ледников и ледни-
ковых покровов будут рассмотрены ниже.
Погребенные льды
Льды, которые образовались на поверхности суши или в условиях
водоемов, а затем были захоронены наносами и оказались под землей, на-
зываются погребенными. Такие льды могут иметь самое разнообразное
происхождение: ледниковое, снежное, морское, речное, озерное и т. д.
Ледниковые льды переходят в погребенное состояние у края ледни-
ков и ледниковых покровов при условии, что на их поверхности накопится
достаточно большой слой обломков горных пород, предохраняющий их
от таяния (рис. 28). Толщина его обязательно должна быть больше,
Рис. 28. Язык ледника в горах Тянь-Шаня «тонет» в каменных обломках,
вытаивающих из него
85
чем глубина слоя летнего оттаивания грунтов, если речь идет о криоли-
тозоне. За ее пределами остатки ледников вообще не могут сохраняться.
Непременное условие перехода ледников в погребенное состояние —
непрерывность существования мерзлых толщ со времени захоронения.
Поэтому в южных районах современной криолитозоны возможность
сохранения льда древних ледников практически исключается.
Линзы захороненного льда наблюдаются у края крупнейшего совре-
менного антарктического ледникового покрова. Здесь от его основной
части отчленяются глыбы, прекращающие движение. По наблюдениям
многих советских и зарубежных исследователей, побывавших в Антарк-
тиде, глыбы льда выражены в рельефе в виде гряд и валов, прикрытых
плащом вытаявших изо льда обломков горных пород, т. е. морены. Обыч-
но плащ моренного материала, покрывающий ледяное ядро гряды или
вала, имеет толщину всего 10—20 см и не превышает одного метра!
Ледяное ядро сохраняется только в самых молодых валах и грядах, тех,
что расположены непосредственно по краю ледникового покрова. Они
имеют наибольшую высоту и отличаются резкими контурами. Гряды и
валы, расположенные за ними, т. е. несколько дальше от края ледника,
и имеющие меньшую высоту и расплывчатые контуры, не имеют ледяного
ядра, оно в них вытаяло.
Все это позволяет специалистам утверждать, что ледяные ядра пред-
ставляют собой весьма кратковременное явление даже в очень суровых
климатических условиях близ края антарктического ледникового покрова.
Ледяные ядра в каменных грядах вытаивают, несмотря на то, что они,
хотя и оказываются за пределами основного ледникового покрова, все
равно находятся в области низкотемпературной криолитозоны. Даже в
наиболее хорошо прогреваемых антарктических «оазисах», т. е. свобод-
ных ото льда участках скальных и рыхлых горных пород, на глубине
не более 1,6 м от дневной поверхности залегают вечномерзлые толщи.
Естественно предположить, что в случае полного растаивания и исчез-
новения антарктического ледникового покрова захороненные когда-то у
его края под тонким плащом моренных накоплений глыбы льда также
растают даже в условиях распространения мерзлых грунтов. Этому,
безусловно, будет способствовать то обстоятельство, что ледяные глыбы
покрыты чехлом легководопроницаемых обломочных накоплений. Факт
наличия у края современных ледниковых покровов скоплений обломков
горных пород в виде сплошного плаща, валов, гряд, холмов однозначно
говорит о том, что вытаивание ледникового льда происходит даже в
непосредственной близости от этих покровов и будет происходить со все
возрастающей степенью интенсивности по мере удаления от области
оледенения.
В погребенное состояние переходят обычно придонные части ледни-
ков, обогащенные обломками горных пород, так называемые слои море-
носодержащего льда. Здесь отмечаются как вязкопластические, складча-
тые, так и хрупкие (сколовые, надвиговые) деформации. Строение льда
часто осложнено трещинами, которые могут быть заполнены относительно
86
чистым льдом снежно-водного происхождения, аналогичным жильному
льду в толщах мерзлых горных пород.
Мореносодержащий лед ледниковых покровов по наблюдениям в
Антарктиде, Гренландии и других регионах состоит из чередующихся
слоев (лент) следующих различных типов: молочно-белого, обогащенного
пузырьками воздуха; грязного, обогащенного минеральными частицами,
более крупными обломками горных пород, и стекловидного («хрустально-
го») льда, лишенного минеральных примесей и почти не содержащего пу-
зырьков воздуха. В «грязные» прослои включены частицы размером от ме-
нее 0,01 мм до валунов. Наблюдается внедрение расщепляющихся лент хру-
стального льда в прослои молочно-белого. Чередование прослоек различ-
ного льда очень сложное, меняется их толщина, соотношение между
собой, характер контактов и т. д. Прослойки льда всех типов обычно не
выдержаны в горизонтальном направлении и выклиниваются, объединя-
ются или, наоборот, разъединяются. Полоски льда одного типа часто пере-
ходят в другие. Все это в целом создает картину чередования плоских
линз, объединяющихся в более крупные прослои.
В ледниках преобладают прослойки молочно-белого льда, в морено-
содержащих толщах они приурочены к верхней части разреза. Пузырьки
воздуха и ледяные кристаллы в них вытянуты в направлении движения
льда. Размеры кристаллов мелкие, преобладают 0,5—1,5 см в поперечнике.
В лентах «хрустального» льда размеры кристаллов наиболее крупные
и достигают 10—15 см в поперечнике при средней величине 2—5 см. В
мореносодержащих прослоях количество примесей колеблется от 1—2 до
15—25%. При их малом содержании лед в прослоях прозрачный, пу-
зырьки воздуха сферические, иногда слегка вытянутые в направлении дви-
жения льда. Минеральные включения располагаются разобщенно или соб-
раны в сгустки, вытянутые в направлении движения, также ориентированы
оси частиц удлиненной формы. Здесь, как и в хрустальных лентах,
кристаллы льда крупные и достигают 15 см в поперечнике. Судя по
форме и размерам кристаллов, небольшое количество моренного матери-
ала не оказывает существенного влияния на характер движения льда,
который движется и деформируется здесь так же, как и в основной
массе ледникового покрова, под воздействием вязкопластического тече-
ния. При большом содержании минеральных примесей структура льда
испытывает значительные изменения: резко уменьшаются размеры кри-
сталлов, для них характерна хорошо заметная вытянутость в направлении
общего движения льда.
Толщина погребенных подземных льдов у края ледникового покрова
Восточной Антарктиды, по данным Н. Ф. Григорьева, составляет всего
от 0,5 до 4 м и редко более. Они, как уже говорилось, прослеживаются
в узкой полосе шириной около 50—200 м, вытянутой вдоль края ледника,
и отсутствуют на большем удалении от него. Таким образом, можно
утверждать, как это делает, например, Б. И. Втюрин, что в принципе
возможность сохранения погребенных частей ледниковых покровов после
их полной деградации геологически длительное время маловероятна.
87
Рис. 29. Каменный глетчер неумолимо надвигается и засыпает камнями задер-
нованную поверхность на дне горной долины, подходя почти вплотную к авто-
мобильной дороге; ледники, спускающиеся с горных вершин, покрываются осы-
пями со склонов и превращаются в ледо-каменные образования (горы Тянь-
Шаня)
Об этом говорят все наблюдения у краев как горных, долинных, так и
покровных ледников.
Своеобразные реликты горных ледников, засыпанных обломками
скальных пород,— одна из двух существующих разновидностей каменных
ледников, или каменных глетчеров (рис. 29), которые подразделяются на
два подвида: 1) представляющие собой засыпанные каменными об-
ломками остатки горных ледников, в этом случае в результате погре-
бения осыпями и вытаявшими изо льда щебнем, дресвой, глыбами
наземный лед ледников становится подземным; 2) представляющие со-
бой мощные, толщиной до нескольких десятков метров, потоки каменных
88
обломков, сцементированных льдом, в этом случае подземный лед возни-
кает как изначально внутригрунтовый.
Зимой в пустоты между камнями набивается снег, весной в них
просачивается талая, а летом дождевая вода. Зимой вода замерзает, а
летом оттаивает частично, лишь до глубины, ниже которой средняя годо-
вая температура постоянно отрицательна. Иными словами, образование
каменных глетчеров возможно лишь в тех районах, где существуют
постоянно мерзлые зоны земной коры.
Принципиальное отличие подземных льдов каменных глетчеров от
всех тех, которые мы рассматривали раньше, состоит в том, что они
подвижны. Каменные глетчеры — это движущиеся ледокаменные реки.
Для того чтобы скопления камней и льда пришли в движение, необхо-
димо выполнение двух условий. Во-первых, они должны иметь достаточно
большую толщину (не менее нескольких десятков метров), во-вторых —
обладать достаточно высокой степенью насыщения льдом (примерно на-
половину). Аналогично настоящим ледникам одни каменные глетчеры
разрастаются, наступают, другие стоят на месте, в то же время двигаясь,
как лента транспортера, третьи сокращаются в своих размерах, отступают.
Наступление каменных глетчеров выглядит впечатляюще. Огромные
серые стены сыплющихся камней и глыб надвигаются на поросшие
зеленой травой горные пастбища, озера, иногда даже дороги. Признаки
движения видны и на поверхности самих каменных глетчеров, на которой
прослеживаются серповидные валы, обращенйые выпуклой стороной к их
краю. Образование таких форм — следствие того, что центральная часть
каменных глетчеров аналогично обычным ледникам движется быстрее,
чем периферийные. Они отстают из-за меньшей массы и большей площади
соприкосновения со скальным ложем, а значит, и трения об него.
Снежники, накапливающиеся у подножия достаточно крутых склонов
(рис. 30), также могут быть перекрыты сползшими, стекшими или об-
валившимися сверху грунтами и засыпаны эоловой пылью. Еще в поверх-
ностных условиях они пропитываются водой и в нижней своей части
превращаются в крупнозернистые агрегаты, т. е. фирн — переходное зве-
но между снегом и льдом. Перейдя в погребенное состояние, снег и
фирн превращаются в лед. Он отличается от всех других видов подзем-
ного льда тем, что обычно бывает рыхлым или слабоуплотненным,
сахаровидным, насыщенным пузырьками воздуха (пузырчатым), вслед-
ствие чего преобладает молочно-белый цвет. Если захороненный снеж-
ник вскрывается обрывом реки или озера вдоль склона, у которого был
погребен, он имеет вид горизонтально ориентированной залежи пластовой
или линзовидной формы, если поперек, то форма его залегания линзо-
видная крутонаклонная. Только в том случае, когда удается проследить
форму залегания залежи в двух перпендикулярных направлениях, сравни-
тельно легко можно установить ее истинную природу. В иных случаях
сделать это весьма трудно, что часто приводит исследователей к невер-
ным выводам относительно происхождения залежей.
Морские, озерные и речные льды могут при определенных условиях
переходить в погребенное состояние. Выброшенные на берег льдины за-
89
Рис. 30. Снежник у подножия крутого склона в горах Полярного Урала в
конце лета
носятся донными наносами, а также обвалами, осыпями, оплывинами со
склонов. Если у берега неглубоко залегают мерзлые толщи, то со временем
захороненные льдины смерзаются с ними и сохраняются в них геологи-
чески длительное время. Тот же процесс происходит и на берегах круп-
ных сибирских рек, особенно в местах ледяных заторов, где образуются
большие скопления выброшенных на берег льдин (рис. 31). Они не каждое
лето успевают растаять полностью и постепенно могут заноситься речны-
ми и склоновыми отложениями.
Рис. 31. Нагромождение речного льда, который не растаял летом, на берегу
р. Енисея в его низовьях
90
Лед неглубоких, промерзающих зимой до дна озер на поймах рек и
прибрежных низменных лайдах, где мерзлота залегает очень неглубоко от
поверхности, также может быть погребен быстро накапливающимися от-
ложениями и перейти в постоянно мерзлое состояние.
Характерное образование северных водоемов — донный лед, наблю-
даемый в реках, озерах и морях. На возможность его захоронения
речными наносами впервые обратил внимание И. А. Лопатин при иссле-
дованиях в низовьях р. Енисея, тонкая наблюдательность которого позво-
лила ему подметить многие явления, связанные с формированием мерз-
лых толщ. И не случайно имя его многократно упоминалось выше. По-
бывавший вслед за И. А. Лопатиным в том же районе нижнего течения
р. Енисея известный исследователь Л. А. Ячевский отмечал, что в реках
идет интенсивный процесс образования донного льда, поскольку при ясном
небе «вследствие сильного лучеиспускания» дно рек переохлаждается до
температуры ниже 0° С и потому на нем начинает наращиваться лед.
Он образуется в результате кристаллизации переохлажденной воды на
твердых телах, а также посредством примерзания к твердым предметам
взвешенных в водном потоке кристаллов внутриводного льда. Особенно
часто донный лед нарастает на валуны в руслах рек. Специально зани-
маясь изучением донного льда, В. Я. Альтберг приводит случаи, когда
в декабре на таких отнюдь не северных реках, как Волга и Ока, всплыв-
ший донный лед поднял на поверхность лежавшие до того на дне обрывки
якорных цепей, куски ила, а также проложенные по дну кабели.
Образование донного льда из переохлажденной воды еще больше, чем
для рек, характерно для северных морей. Моряки не раз наблюдали
поднятые льдом со дна якорные цепи, тяжелые ящики с инструментами
с затонувших кораблей, крупные камни. В связи с этим природным
явлением происходили курьезные, а иногда и печальные случаи, когда
вместе с донным льдом всплывали якоря и корабли неожиданно для
команды пускались в плавание. Полагают, что донный лед в морях
активно образуется на глубинах до 20—30 м. Есть основания считать, что
он всплывает далеко не всегда и в определенных условиях может пере-
ходить в погребенное состояние, будучи захоронен отлагающимися на дне
осадками. Этому способствует низкая, близкая 0° С температура придон-
ных вод пресных водоемов, а в арктических морях на большей их площади
температура придонных соленых вод постоянно отрицательная (она дости-
гает —1,8° С). Вполне вероятно, что часть залежей подземного льда пла-
стовой и линзовидной формы, особенно небольшой толщины, в речных
и мелководных морских отложениях представляет собой перешедшие
в погребенное состояние скопления донного льда. Подземные льды этого
вида обычно прозрачные, стекловидные, могут содержать песчано-глини-
стые прослои, крупные каменные обломки, иногда характеризуются неко-
торой засоленностью морского типа, хотя со временем, как известно, со-
леные морские льды распресняются.
91
Льды пещер
Пещеры образуются вследствие растворения горных пород и выноса
их водой. Чаще всего этими веществами бывают карбонаты кальция
(кальцит) и водный сульфат кальция (гипс). Помимо этого, крупные
пустоты и даже пещеры могут появляться в областях развития мерзлых
толщ при вытаивании значительных скоплений подземных льдов. Процесс
теплового воздействия на мерзлые горные породы, приводящий к выта-
иванию подземных льдов и образованию пустот, получил название термо-
карста. Возникающие при этом пустоты также называются термо-
карстовыми. В зависимости от того, в каких пещерах образовались
подземные льды, карстовых или термокарстовых, их также соответствен-
но подразделяют на пещерные карстовые и термокарстовые.
Термокарстовые подземные льды особенно широко распространены
в областях, сложенных сильнольдистыми толщами с крупными вертикаль-
ными ледяными жилами. При их вытаивании возникают глубокие колод-
цы с расширенными котлованами внизу, а также отходящие от них
туннели и ниши. Зимой туда забивается снег, летом просачивается
и замерзает вода. Кроме того, на мерзлых стенках конденсируются
пары воды. Боковые стенки и потолки подземных пустот покрываются
глубинной изморозью. Это могут быть пористые агрегаты кристаллов,
иногда крупные отдельные кристаллы, а чаще друзы ледяных кристаллов.
Для образования льда в карстовых пещерах требуются особые усло-
вия: холодные зимы; своеобразная циркуляция воздуха в пещере; иногда
охлаждение стенок пещер связано с тем, что из них выходят потоки
воздуха, обогащенного углекислым газом. При подъеме из земных недр
воздух адиабатически расширяется и одновременно при этом сильно ох-
лаждается. В настоящее время в мире известно очень много ледяных
пещер. Одна из них, Кунгурская на Урале, была описана еще в 1730 г.
Возникновение ледяных пещер на'Среднем и Южном Урале, на Кав-
казе, в Крыму и т. д., т. е. в областях, находящихся от современной
криолитозоны за сотни и тысячи километров, вызывает невольное
удивление.
Формы подземного льда в пещерах весьма разнообразны. В достаточно
холодных пещерах распространен натечный лед, образующийся из проса-
чивающейся со стенок и потолков воды. Он покрывает дно, стены, потолки
пещер. Лед на потолках и стенах называют «корой обледенения», толщи-
на ее может быть от 0,1 до 10—15 см. Наибольшие скопления льда
возникают на дне пещер, достигая толщины нескольких метров. Их
называют покровными льдами, или подземными ледниками. Помимо сте-
кающей со стен пещер воды в покровы льда могут быть включены
промерзшие до дна неглубокие озерки, водные потоки.
Особенно впечатляющий феномен ледяных пещер — ледяные колонны,
вертикально протягивающиеся от пола до потолка — сталагнаты. Они
создают совершенно неповторимую и ни с чем не сравнимую картину
(рис. 32). Возникновение их связано с тем, что через трещины в потолке
пещеры просачивается вода. Часть ее сразу же замерзает, формируя ог-
92
Рис. 32. Ледяные колонны на выходе из пещеры под ледником (фото Е. Д. Ер-
молина)
ромную, свисающую сверху сосульку — сталактит. Часть воды капает
вниз и примерзает к полу, образуя торчащий вверх конус или столб —
сталагмит. В конечном итоге, соединяясь, сталактит и сталагмит превра-
щаются в единую вертикальную колонну — сталагнат. Такие колонны
причудливо располагаются в подземных залах пещер, потолки и стены
которых покрыты корой обледенения и кристаллами глубинной изморози.
ГЛАВА 4
Некоторые явления, связанные
с подземными льдами
Ледяные бугры пучения
Одно из своеобразных явлений областей развития мерзлых горных
пород — бугры пучения с чисто ледяным или льдистым ядром в центре.
Их называют также гидролакколитами (водными лакколитами) по анало-
гии с магматическими образованиями — лакколитами, которые связаны с
внедрениями расплавленной магмы в земные недра и имеют грибообраз-
ную или караваеобразную форму — верхняя поверхность выпуклая, ниж-
няя плоская, иногда от нее отходит вниз своеобразная вертикальная нож-
ка (подводной канал). Высота гидролакколитов колеблется от первых до
нескольких десятков метров, что намного меньше, чем настоящих лакко-
литов, таких, как гора Аю-Даг (Медведь-гора) в Крыму, горы вокруг
г. Пятигорска (Машук, Бештау, Железная и другие).
Возникновение бугров пучения связано с особенностями гидрогеологи-
ческого режима областей развития мерзлых толщ и внедрением в про-
мерзающие или уже мерзлые горные породы подземных вод или плывун-
ных водно-грунтовых смесей, находящихся под давлением. Характерна
приуроченность бугров пучения к районам распространения глинистых и
торфяно-глинистых отложений, подстилаемых песками и песчано-гравий-
но-галечными смесями, независимо от их происхождения. Пучение про-
исходит в местах выхода к дневной поверхности подземных вод, а также
при промерзании чаш талого грунта, находящихся над мерзлыми толща-
ми под озерами, после осушения озерных водоемов. Поскольку заозерен-
ность на тундровых равнинах Севера достигает 50% территории и более,
легко представить себе, как часто создаются ситуации, благоприятные
для возникновения бугров пучения. Спущенные плоскодонные крупные
озерные котловины называются в Якутии аласами, в Западной Сибири ха-
сыреями. В обоих районах они имеют исключительно широкое распрост-
ранение. Среди бугров пучения выделяются сезонные и многолетние,
которые различаются по форме, размерам и способу образования.
Сезонные бугры пучения имеют слабовыпуклую в разрезе и округлую
в плане форму, размеры их небольшие: высота не превышает обычно 2—
3 м, ширина 3—5 м. Они образуются в осенне-зимний сезон и следую-
щим летом, как правило, разрушаются, иногда они существуют в течение
нескольких лет. Рост бугров начинается, когда промерзают насыщенные
грунтовыми водами углубления в кровле вечномерзлых горных пород,
существующие там, где в силу каких-либо причин летнее протаивание
оказалось повышенным, а также при замерзании потоков надмерзлотных
подземных вод. Они приурочены главным образом к подножиям обвод-
ненных склонов, плоскодонным заболоченным долинам небольших речек
и ручьев, под которыми имеются подземные водные потоки.
94
Неравномерное промерзание водоносных горизонтов осенью и зимой
приводит к уменьшению живого сечения грунтового подземного потока,
возникновению в нем гидродинамического напора и выдавливанию кровли
уже промерзших слоев вверх. Внедряющаяся при этом в образовавшуюся
полость вода замерзает — так образуются небольшие бугры с ледяными
ядрами. По мере развития процесса осенне-зимнего промерзания и утол-
щения мерзлой кровли она оказывает все возрастающее сопротивление
внедрению воды и рост бугров пучения прекращается. Растущие бугры
пучения всегда подстилаются талыми водоносными отложениями или
водяными линзами, имеющимися в мерзлых толщах, вода которых обла-
дает гидравлическим напором. На завершающих стадиях роста бугров
их выпуклая мерзлая кровля лопается. Обычно это происходит весной,
когда вследствие повышения температуры прочность мерзлой кровли
снижается. Из ядра бугра вытекает вода, и внутри него возникают воздуш-
ные полости или камеры с ледяными сводами высотой до 3 м. В лопнувших
сезонных буграх пучения, летом начинающих активно таять и разрушать-
ся, хорошо видно их внутреннее строение (рис. 33).
Лед бугров обычно очень чистый, прозрачный, обладает вертикальной
столбчатостью, его крупные призматические кристаллы достигают 16 см
в поперечнике. Иногда во льду отмечаются остатки растений, почвы,
торфа, куски грунта, особенно частые по периферии ледяной линзы,
иногда галька и даже валуны, вмерзшие в лед из подстилающих отло-
Рис. 33. Разрушающийся сезонный бугор пучения, внутри которого виден чистый
белый лед
95
жений, а затем поднятые вверх в процессе последующего пучения и
наращивания льда вверх. После полного протаивания сезонных гидро-
лакколитов на их месте возникают небольшие озерки.
Многолетние бугры пучения имеют значительно более крупные разме-
ры, чем сезонные. Они возникают в местах выхода на дневную поверх-
ность подмерзлотных и межмерзлотных напорных подземных вод, дости-
гая высоты 10—12, а иногда и 15—17 м. Но наиболее эффектны те
бугры пучения с ледяными ядрами, которые вырастают на днищах
спущенных или полуспущенных озерных котловин — аласов и хасыреев.
Среди этих бугров встречаются гиганты высотой 40—50 и даже 70 м, имею-
щие в поперечнике от нескольких десятков до 200—300 м. Они широко
распространены на заозеренных пространствах севера Западно-Сибир-
ской низменности, равнинах Якутии, где получили местное название бул-
гунняхов, а также на севере Северной Америки, где употребляется их
эскимосское название — пинго.
В дельте р. Маккензи пинго (рис. 34) детально изучены известным
канадским мерзлотоведом Д. Р. Макеем. В ядре таких огромных бугров
залегают обычно линзы чистого, белого, монолитного льда, подошва
которого опущена на 5—10 м ниже окружающей местности. Образование
крупных бугров пучения типа пинго и булгунняхов происходит при все-
стороннем промерзании спущенных или спускаемых озерных котловин,
когда водоемы в них уже почти полностью осушаются и начинается
процесс заболачивания их дна (рис. 35). Под плоским заболоченным
днищем котловин находятся талые котлованы, образовавшиеся еще
под озерами вследствие отепляющего воздействия наполнявших их вод.
Рис. 34. Старый многолетний бугор пучения (пинго) с лопнувшей конусовидной
вершиной, возвышающейся на 50 м над ровной заснеженной поверхностью
тундры (снимок сделан с вертолета)
96
Рис. 35. Схема образования и роста пин-
го на дне крупного озера до спуска из
него воды (а), после спуска (б) и через
21 год после спуска (в), по Д. Р. Мак-
кею:
1—2 — грунт (/ — талый, 2 — мерзлый); 3 — ле-
дяное ядро.
Стрелками показано направление новообразова-
ния мерзлоты
После осушения начинается промерзание их спущенного днища, объемы
талого котлована сокращаются, поскольку он окружен наступающими на
него мерзлыми толщами. Потоки холода направлены как сверху от днев-
ной поверхности, так и снизу и с боков от мерзлых толщ. В результате
возникает замкнутый со всех сторон объем талых водоносных отложений,
своего рода огромный водно-грунтовый пузырь в мерзлой толще, постоян-
но сокращающийся в размерах, т. е. замерзающий со всех сторон. Как
известно, при замерзании воды в замкнутых объемах возникают боль-
шие давления.
Вода и водно-грунтовые талые смеси, находящиеся под высоким
давлением, ищут выход и находят его, внедряясь в направлении наимень-
шего сопротивления. Иногда они могут внедриться в сторону, если в
толщах были горизонтально ориентированные ослабленные зоны — более
рыхлые или раздробленные горные породы, пустоты и т. д. В этих случаях
образуются пластовые внедрения подземных вод и водно-грунтовых
смесей, превращающиеся при замерзании в лед и ледогрунт. Но чаще
всего зона наименьшего сопротивления находится вверху, поскольку тол-
щина новообразованной мерзлоты поверх талого пузыря здесь еще неве-
лика. Под действием напора снизу мерзлые слои начинают изгибаться и
подниматься, подпирающие их воды и водно-грунтовые смеси, попадая в
зону отрицательных температур, замерзают. Подача вод и водно-грунто-
вых смесей наверх под напором происходит в процессе роста крупного
бугра пучения неоднократно, поскольку после внедрения очередной пор-
ции давление в «котле» сбрасывается. По этой причине в ядрах много-
летних бугров пучения ледяные залежи имеют весьма сложное строение.
Установлено, что под ледяными ядрами растущих пинго и булгунняхов
находятся линзы напорных вод. Например, над устьями некоторых сква-
жин, пробуренных в пределах ядер пинго, появлялись фонтаны воды до
3 м высотой. Иногда излияния воды или плывуна происходят по тре-
щинам в куполе бугра, который превращается в «гидровулкан» или
«грязевой вулкан». Известны случаи взрывов бугров в результате скоп-
ления газов внутри них, образующихся при разложении органического
вещества, всегда в изобилии присутствующего в озерно-болотных отло-
7 Заказ 1319 97
жениях. Взрывы сопровождаются выбросами обломков мерзлой кровли,
фонтанами воды или жидкой грязи в несколько метров высотой.
Скорость роста крупных бугров пучения превышает иногда 0,5 м в
год, но обычно они растут медленно со скоростью 1,5—2,5 см в год и
процесс роста, по оценкам разных авторов, продолжается от нескольких
десятков до нескольких сотен или даже одной — полутора тысяч лет. На
заключительных стадиях развития крупных бугров пучения с ледяным яд-
ром кровля их лопается и растрескивается, в ней возникают радиальные
трещины, расходящиеся от центра к периферии бугра. Вдоль трещин
в глубь бугра летом проникают теплый воздух, дождевая влага, и ледяное
ядро начинает таять. Со временем на его месте возникает глубокая
воронка, заполненная водой.
Помимо бугров пучения, связанных с напорными подземными во-
дами и плывунными водно-грунтовыми массами,— гидролакколитов, су-
ществуют бугры пучения, образующиеся в результате послойного (шли-
рового) льдовыделения в глинистых и торфяно-глинистых отложениях.
Процесс их формирования выглядит следующим образом. В местах пер-
вичных повышений, даже таких незначительных, как кочки и небольшие
бугорки, поверхность в течение долгой зимы выхолаживается сильнее,
чем вокруг, поскольку снег с них обычно сдувается сильными зимними
ветрами. В охлажденные места подтягивается вода из соседних участков,
и здесь происходит дополнительное, большее по сравнению с окружающи-
ми пространствами льдовыделение. Под кочками и бугорками образуется
более густая сеть более толстых ледяных слойков, чем вокруг. Они
начинают пучиться вверх. Поскольку пучение происходит вследствие
подсасывания (миграции) влаги в грунтах, эти формы называют мигра-
ционными буграми пучения. Как и гидролакколиты, они могут быть
сезонными и многолетними.
Крупные миграционные многолетние бугры пучения обычно связаны
с торфяниками. В природе известны две разновидности торфяных
бугров — плоско- и выпукло-бугристые. Первые образуют площадные
скопления, вторые встречаются в виде одиночных форм, цепочек, неболь-
ших групп. Плоские торфяные бугры — результат расчленения вдоль мо-
розобойных трещин единых массивов мерзлых торфяников. К этим тре-
щинам когда-то были приурочены ледяные жилы, затем они вытаяли и
единый торфяной массив распался на прямоугольные плосковершинные
блоки-останцы, разделенные узкими глубокими понижениями-канавами
между ними. Со временем прямые углы блоков сглаживаются и приоб-
ретают лепешковидную форму, расширяются и понижения между ними,
теряющие форму канав и становящиеся плоскодонными ложбинами. Эти
ложбины преобладают по площади над блоками между ними, которые
имеют вид отдельных холмиков. Особенно интенсивное отчленение бугров
от основных массивов плоских или плоскобугристых торфяников происхо-
дит по их периферии. Возвышающиеся над окружающей болотистой мест-
ностью в виде холмиков одиночные бугры или их группы начинают выхо-
лаживаться интенсивнее, чем окружающие плоскодонные понижения, ко-
торые надежно укрыты от зимних морозов скапливающимся здесь снегом.
98
К охлажденным буграм интенсивнее подтягивается влага из соседних
участков, т. е. из понижений, очень сильно к тому же водонасыщенных.
Дополнительная, избыточная влага в пределах бугров послойно кристал-
лизуется, превращается в слои подземного льда, и первоначально плоско-
вершинные холмы-останцы начинают пучиться. Так образуются крупные
торфяные бугры выпуклой формы, высота которых достигает 10—15 м.
Внутри крупных выпуклых торфяных бугров пучения прослеживаются
частые прослойки-шлиры подземного льда толщиной 1—3, иногда 5—7 см.
Подсчитано, что если сложить толщину отдельных прослоек льда, как это
сделал В. П. Евсеев для тофяных бугров пучения на севере Западной
Сибири, то она окажется равной или близкой высоте бугра. И чем
больше прослоек-шлиров льда до глубины 8—12 м от поверхности, тем
больше высота бугра. В ядрах наиболее крупных торфяных бугров лед
преобладает над торфом и минеральными частицами, которые иногда
как бы взвешены и плавают в нем. И выпуклые, и плоские торфяные
бугры развиты лишь в южных районах криолитозоны, в лесотундре и
северной тайге, т. е. там, где достаточно глубоко летнее протаивание
грунтов. Бугры оказывают охлаждающее влияние на окружающие прост-
ранства в радиусе до 50 м. Естественно, что охлаждающее влияние
более крупных по высоте и объему бугров больше, так как они уходят
своим основанием на значительную глубину.
В зоне островного распространения мерзлых толщ непосредственно
под буграми находятся обычно талые отложения. Мерзлыми являются
только сами бугры, которые, как насосы, засасывают в себя и здесь
превращают в лед влагу из окружающих заболоченных и потому сильно
обводненных грунтов. Таким образом, мерзлые глыбы льдистых бугров как
бы плавают среди талых отложений. Достигнув определенного предела в
своем развитии, торфяные бугры прекращают дальнейший рост, поверх-
ность на их вершинах иссушается и покрывается трещинами — провод-
никами тепла в мерзлые льдистые недра бугров. Они начинают про-
таивать и разрушаться.
Следы былых подземных льдов
После полного или хотя бы частичного протаивания льдистых мерз-
лых толщ, а тем более монолитных ледяных тел возникают характерные
образования как в отложениях, так и в рельефе земной поверхности
(табл. 5).
В отложениях это прежде всего так называемые грунтовые псевдо-
морфозы по вытаявшим ледяным жилам, строению которых посвящено
много работ советских и зарубежных мерзлотоведов, геологов и геогра-
фов. Замещение ледяных жил грунтом происходит в двух случаях.
Во-первых, когда полностью протаивают (деградируют) мерзлые толщи в
том или ином регионе. Псевдоморфозы, образовавшиеся таким путем,
распространены далеко за пределами современной криолитозоны. Во-
вторых, когда ледяные жилы вытаивают локально, а основные массивы
мерзлых горных пород вокруг них остаются без изменения. Этот процесс
7*
99
Таблица 5
Посткриогенные структурные образования в горных породах и рельефе
Грунтовые псевдоморфозы, Изначально грунтовые жилы, Формы рельефа,
образованные по вытаявшим не связанные с вытаиванием связанные с вытаиванием
ледяным жилам подземного льда подземного льда
В наземных условиях
(субаэральные)
При частичном протаива-
нии мерзлых толщ под
дном водоемов (суба-
квальные)
Образованные посредством:
1) криогенного дробле-
ния вещества на месте
(криогенно - элювиальные);
2) вмывания вещества в
морозобойные трещины
(криогенно - иллювиаль-
ные) ;
3) вымывания тонких
глинистых, алевритовых
частиц вдоль морозобой-
ных трещин (криогенно-
суффозионные)
Термокарстовые:
отдельные котловины;
холмисто-западинный
рельеф
Термоэрозионные:
овраги, долины ручьев;
останцовые гряды, хол-
мы
Термоабразионные:
обрывы с нишами в ос-
новании; обрывы с ко-
зырьками наверху
происходит и в настоящее время в областях распространения мерзлых
толщ, например, под отепляющим воздействием водотоков, озер. Можно
проследить разные стадии заполнения грунтом вытаивающей ледяной жи-
лы. Если сила отепляющего воздействия водотока илй водоема невелика,
то ледяные жилы протаивают не полностью. В этом случае в верхней части
структуры можно наблюдать грунтовые псевдоморфозы, а внизу, на их
продолжении — остатки невытаявших ледяных жил (рис. 36). Происхож-
Рис. 36. Грунтовая псевдо-
морфоза по вытаявшей верти-
кальной ледяной жиле:
1 — суглинок; 2—4 — пески (2 — де-
формированные, участвующие в вы-
полнении верхней части псевдомор-
фозы; 3 — неслоистые, 4 — слои-
стые) ; 5 — алеврит
100
дение и способ образования грунтовых псевдоморфоз здесь очевидны.
Чаще даже в области современной криолитозоны наблюдаются псевдо-
морфозы по полностью вытаявшим ледяным жилам.
Изучение грунтовых псевдоморфоз по вытаявшим ледяным жилам име-
ет важное научное и методическое значение, поскольку их находят сегодня
за сотни и даже тысячи километров от южных границ современной
криолитозоны. Согласно результатам исследований грунтовых псевдомор-
фоз мы можем утверждать, что в недалеком геологическом прошлом
мерзлые толщи были распространены до южных пределов Русской равни-
ны, Западно-Сибирской низменности, охватывали Северный Казахстан.
В последнее время эти исследования широко используются при восстанов-
лении климата и других компонентов природных обстановок прошлого.
На основании изучения грунтовых псевдоморфоз выделяют фазы похо-
лоданий и потеплений климата, наступаний и отступаний моря, подня-
тий и опусканий (колебаний) суши и т. д. Поэтому изучение псевдо-
морфоз — важная составная часть мерзлотных и в целом геологических
исследований.
Общими отличительными чертами грунтовых псевдоморфоз по бывшим
ледяным жилам являются признаки, свойственные самим жилам, а также
возникшие при их вытаивании и заполнении грунтом образовавшегося
полого пространства. Как и ледяные жилы, псевдоморфозы по ним
имеют полигональное расположение в плане, близкие размеры полиго-
нальной решетки, отгибание слоев вмещающих отложений на контактах не
только вниз, но и вверх. В процессе вытаивания ледяных жил и выполне-
ния образовавшегося пространства происходят проседание, обрушение
горных пород вокруг, а также облекающее выполнение жил слоями
более молодых отложений. Как и ледяные жилы, псевдоморфозы по ним
могут иметь форму клина и языка. Такую же форму, однако, могут иметь
и другие образования.
Среди них в первую очередь следует назвать первично-грунтовые
жилы. Их образование связано с процессом морозобойного растрескива-
ния грунтов, но не с вытаиванием ледяных жил. Первично-грунтовые
жилы возникают не только в областях распространения мерзлых толщ,
но и в областях глубокого зимнего промерзания. Становится понятным,
сколь важно правильно отличать псевдоморфозы по ледяным жилам
от похожих на них первично-грунтовых жил. Кроме того, близкую внеш-
нюю форму имеют клиновидные жилы, возникающие при процессах
обезвоживания и уплотнения водных бассейновых отложений в условиях
дна водоемов. Это еще более усложняет задачу «узнавания» псевдо-
морфоз по ледяным жилам, которые являются надежным свидетельством
былого наличия постоянно мерзлых толщ.
По строению и особенностям формирования псевдоморфозы под-
разделяют на две группы: образовавшиеся в условиях суши, назем-
ные (субаэральные), и образовавшиеся в подводных, донных усло-
виях (субаквальные). Наземные, или субаэральные, псевдоморфозы до-
стоверно установлены в торфяниках, где наряду с ними присутствуют
еще не вытаявшие ледяные жилы. Процесс их вытаивания и формирова-
101
ния псевдоморфоз здесь можно наблюдать на разных стадиях разви-
тия. Возникающие псевдоморфозы имеют форму четкого клина. В них при-
сутствует торф вышележащих горизонтов, а также оторфованные озерные
глины и суглинки, как правило, подстилающие торф. Размеры псевдомор-
фоз соответствуют размерам наследуемых ими эпигенетических ледяных
жил, т. е. обычно невелики. Вертикальная протяженность составляет 2—
3 м, в отдельных случаях — 5 м, поперечник в верхней, наиболее расши-
ренной части — 1,5—2,5 м.
Внутреннее строение псевдоморфоз, образование которых происходи-
ло в наземных условиях, весьма разнообразно. Слои вышележащих
отложений внедряются в просадку монолитным телом, полого изгибаясь
выполняют ее и образуют хаотическую смесь с отложениями, расположен-
ными по бокам. Иногда слои в просадке залегают круто наклонно или
почти вертикально, нередко строение псевдоморфоз представляет собой
комбинацию перечисленных случаев. При приближении к псевдоморфозам
горизонтальные слои залегающих по бокам от них отложений загибаются
вниз, реже — вверх, иногда в верхней части вниз, а в нижней — вверх.
Слоистые отложения по бокам от псевдоморфоз разбиты трещинами и
осложнены сбросами, а в ряде случаев совсем не деформированы.
Приведенная характеристика наземных псевдоморфоз показывает всю
сложность и разнообразие их строения, что очень затрудняет поиски их
отличительных черт. Наиболее достоверным признаком, позволяющим с
уверенностью говорить, что данная грунтовая структура представляет
собой псевдоморфозу, образованную в наземных условиях, является
присутствие в ней торфа, почвы или остатков наземных растений.
Подводные, или субаквальные, псевдоморфозы возникают под отеп-
ляющим воздействием воды при достаточно длительном затоплении низ-
менных территорий или под дном постоянных водоемов. На периоди-
чески заливаемых поймах рек, прибрежных морских и озерных лайдах по
мере вытаивания полигональной в плане сети ледяных жил образуются
глубокие канавообразные понижения, также полигонально расположен-
ные. Они имеют глубину 1—3 м, ширину от 1 до 4 м, поперечник
образуемых ими полигонов соответствует размерам полигональной сети
ледяных жил. По мере их вытаивания дно канав выполняется, обле-
кается слоями вновь накапливающихся отложений. Возникают структу-
ры, получившие в специальной литературе названия «структур облекания»
или «структур проседания». При приближении к ним горизонтальные
слои пойменных и лайдовых отложений обычно загибаются вниз в соот-
ветствии с облекающим характером, слоистости в самих структурах, но
иногда сохраняется их первичный загиб вверх, характерный для контак-
тов с ледяными жилами.
Наблюдения показывают, что протаивание ледяных жил и обра-
зование грунтовых псевдоморфоз по ним происходят и при накоплении
речных отложений под дном русла, а также под дном мелководных
бассейнов типа озер, лагун, эстуариев. При этом возникают просадки
характерной клиновидной формы с расширенной верхней и узкой, вытя-
нутой нижней частями.
102
В толщах речных, мелководных бассейновых эстуарных отложений
грунтовые клиновидные структуры располагаются на разных глубинах,
ярусами. Отсюда делается вывод, что та или иная территория осушалась,
промерзала, затем происходило потепление климата, мерзлота исчезала
и вместо ледяных жил возникали грунтовые псевдоморфозы по ним.
Затем процесс повторялся: территория покрывалась водами, шло накоп-
ление талых водных отложений, водоем осушался, отложения его промер-
зали, наступало потепление климата, происходило вытаивание ледяных
жил (в связи с полной деградацией мерзлоты) и т. д. Сколько грунтовые
псевдоморфозы образуют ярусов по вертикальному разрезу, столько
выделяется эпох потеплений и похолоданий климата, наступаний и от-
ступаний морских или озерных водоемов.
Однако это далеко не всегда так. Например, при накоплении мощных
толщ речных отложений вытаивание ледяных жил и образование грун-
товых псевдоморфоз по ним происходит в ходе самого этого процесса,
вследствие блуждания русла от одного борта долины к другому (рис. 37).
На фоне медленного опускания территории русло вернется к тому борту
долины, от которого оно ушло, но на новом, более высоком уровне,
ибо за это время накопится слой отложений определенной толщины. На
пойме за это время сформируются ледяные жилы. Когда русло вернется,
оно размоет только верхнюю часть накопленных отложений, а нижняя —
с нижними окончаниями ледяных жил, частично или полностью протает.
Протают и ледяные жилы, заместившись грунтовыми псевдоморфозами.
[Ц<
t~yj - |УУ| 6 |^g|T j !i
Рис. 37. Многоярусное расположение грунтовых псевдоморфоз по вытаявшим
ледяным жилам в песчаной толще речных отложений, которые накопились
вследствие блуждания (меандрирования) русла реки при медленном погружении
территории:
1 — почвенно-торфянистый слой; 2 — пойменные илы и супеси; 3 — русловые пески; 4 — ледяные жилы;
5 — грунтовые псевдоморфозы по вытаявшим ледяным жилам; 6 — граница зоны отепляющего влия-
ния русла реки; 7 — валиковые полигоны на дне долины; 8 — склон долины
103
Таким образом, протаивание ледяных жил и образование псевдоморфоз
по ним происходили в результате процесса формирования речных отло-
жений без изменения при этом климата, т. е. потеплений и похолоданий
не было.
Образование псевдоморфоз будет происходить без потепления клима-
та, если территория суши начнет заливаться водами наступающего моря,
а ледяные жилы будут вытаивать под дном водоема. Отсюда следует,
что сам по себе факт наличия грунтовых псевдоморфоз по ледяным
жилам не есть еще свидетельство потепления климата и полного протаива-
ния толщ мерзлых горных пород, как это нередко принято считать. К
восстановлению древних климатических и мерзлотных обстановок следует
относиться в свете всего сказанного с большей осторожностью.
В рельефе земной поверхности следы былого присутствия подзем-
ных льдов и их вытаивания проявляются в его сильном преобразовании.
Вытаивание подземных льдов происходит главным образом под отепля-
ющим воздействием воды: текучих вод рек, ручьев; стоячих вод озер, ла-
гун, морей. Все процессы, связанные с вытаиванием подземных льдов,
подразделяются на три группы: термоэрозию, термоабразию и тер-
мокарст. Термин «эрозия» происходит от латинского слова «эро-
зио», что означает размывание, разъедание, поэтому под ним пони-
мают разрушение горных пород водным потоком. Термин «термоэрозия»
предполагает, что помимо разъедающего, разрушающего воздействия
водный поток оказывает термическое, отепляющее воздействие на мерз-
лые льдистые горные породы, приводя к их оттаиванию. «Абразия» —
разрушение берегов под механическим воздействием волн, соответствен-
но «термоабразия» — совокупное механическое и термическое разруше-
ние берегов под действием волн, отепляющего влияния воды и непосред-
ственно солнечных лучей.
Наконец, напомним, что под карстом понимается растворение гор-
ных пород водой. При этом в них образуются пустоты различной формы
и размеров, а на земной поверхности — замкнутые бессточные западины:
блюдца, воронки, котловины. В процессе термического карста, или «термо-
карста», происходит своеобразное «растворение» льда водой вследствие
ее отепляющего воздействия на мерзлые толщи. На земной поверхности
образуются различного рода понижения типа канав, воронок, котловин.
Наибольшее площадное распространение в криолитозоне имеют процессы
термокарста, термоэрозии и наименьшее — термоабразии, которая прояв-
ляется локально только вдоль берегов.
Термокарст, пожалуй, самый распространенный процесс в криолито-
зоне. Площадь озерных водоемов в тундре нередко достигает 80%,
а на отдельных участках и 90% территории. Легко представить себе
силу отепляющего воздействия озерных вод на мерзлые толщи. В процес-
се термокарста небольшие озерки углубляются, расширяются, соединя-
ются между собой и превращаются в крупные озерные котловины,
после спуска и осушения которых возникают плоскодонные заболоченные
котловины — аласы и хасыреи. Начинается же процесс термокарста чаще
всего с вытаивания ледяных жил, над которыми образуются четко
104
выраженные канавы. В местах пересечения канав возникают неболь-
шие по ширине, но глубокие озерки. Вся первоначально плоская поверх-
ность расчленяется на плосковершинные блоки или бугры, разделенные
канавами. Со временем ширина канав увеличивается, они превращаются
в плоскодонные ложбины, увеличивается и площадь озерков в кресто-
винах. Озерки появляются и на самом плоском днище ложбин. Если
льдистость верхних горизонтов мерзлых толщ большая, то термокарсто-
вый процесс движется дальше, охватывая все новые и новые территории,
наконец, «съедая» и возвышенные блоки между ложбинами. Нередко
на начальных стадиях развития термокарстовых озер можно видеть, что
они правильным кольцом окружают возвышающийся в их центре ост-
ровок, представляющий собой уцелевший возвышенный блок-останец.
Вытаивание крупных ледяных жил в крутых береговых обрывах
приводит к образованию характерного рельефа байджарахов, пред-
ставляющих собой островерхие холмы-останцы конической формы. С
вытаиванием ледяных жил большой вертикальной протяженности связано
возникновление глубоких узких колодцев с расширенным котлованом
внизу. Крупные ледяные жилы при этом протаивают часто не полностью
(в центре или сборку). В дальнейшем вертикальная полость колодца
может расшириться, а может «залечиться», т. е. заполниться замерзшей
смесью снега и воды.
Масштабность проявления термокарстовых процессов возрастает, если
начинают вытаивать монолитные тела линзовидных и пластовых залежей
подземных льдов, толщина которых, как говорилось, достигает 40 м, а
поперечник нескольких сотен метров, возможно, первые километры. Ин-
тересные сведения в этом отношении приведены О. М. Петровым
по юго-западному побережью Чукотки в районе залива Креста Берингова
моря. Здесь непосредственными натурными наблюдениями зафиксировано
современное проявление термокарста, связанного с вытаиванием линзы
слоистого льда. За 8—10 лет на ровной поверхности морской равнины
образовалась западина площадью в несколько сотен квадратных метров
и глубиной 8—10 м. Иными словами, западина углублялась со скоростью
1 м в год. Как совершенно справедливо замечает О. М. Петров,
подобный процесс играет далеко не последнюю роль в преобразовании
плоских и слабоволнистых поверхностей морских равнин в холмисто-
западинные поверхности с чертами типичного ледникового рельефа морен-
ных равнин. Образуются сложные сочетания беспорядочных скоплений
холмов и расположенных между ними бессточных котловин, частично
занятых озерами. В соответствии с толщиной линзовидных и пластовых
залежей льдов глубина связанных с их вытаиванием котловин может
достигать порядка 40 м.
Однако термокарстовый холмисто-западинный рельеф образуется не
только в связи с протаиванием линзовидно-пластовых и других крупных
скоплений монолитного подземного льда. Дело в том, что насыщенность
ледяными прослойками мерзлых толщ очень неравномерна и зависит от
состава отложений, их водонасыщенности перед промерзанием, способа
промерзания и т. д. Глинистые отложения на севере Западной Сибири,
105
например, имеют среднюю льдистость до глубины 10 м 30—50%, ниже
до глубины 40 м насыщенность льдом составляет около 20%. Протаивание
только этих приповерхностных горизонтов отложений обусловит осадку
грунтов на величину до 10 м. В интервале от 40 до 100 м мерзлые толщи
глинистого состава имеют льдистость порядка 20% вверху и 10% внизу.
Общая толщина мерзлых, рыхлых, преимущественно глинистых отложе-
ний на севере Западной Сибири достигает 400 м. Бурение близ устья
р. Енисея показало, что льдистые отложения с толстыми ледяными про-
слойками-шлирами встречены на максимальной глубине около 400 м. Одна
из скважин в том же районе, в верховьях небольшого левого притока
р. Енисея (р. Большая Хета), вскрыла залежь льда толщиной 15,5 м в
интервале глубин 92—107,5 м.
Приведенные факты показывают, что льдистые отложения и крупные
залежи подземного льда могут быть встречены практически на всех глу-
бинах в толщах мерзлых рыхлых отложений. Протаивание их обусловит
осадку на величину порядка 60 м. При этом следует иметь в виду, что
пестрые по составу толщи имеют и крайне неравномерное распределение
льдистости на площади. Поэтому когда произойдет их полное и повсемест-
ное протаивание, то неизбежно возникнут скопления останцовых холмов и
вытянутые гряды. Даже частичное протаивание мерзлых толщ в припо-
верхностной части на локальных участках приводит к возникновению
холмисто-западинного рельефа с сочетанием бессточных котловин и хол-
мов-останцов между ними. Наглядно этот процесс можно наблюдать при
термокарстовом расчленении ровных, нередко почти плоских низких,
молодых террас на побережье морей, крупных озер, эстуариев. Благо-
даря хорошей дренированности близ склонов речных долин, озерных
котловин и морских берегов ровные террасовые поверхности, сложенные
обычно в верхней части песками, приобретают характерный холмисто-
западинный рельеф. Превышения холмов над западинами нередко до-
стигают почти полной величины относительной или абсолютной высоты
террасовой поверхности и составляют 15—25 м и более.
За пределами частично протаявших участков с холмисто-западинным
рельефом, где не развиты или слабо развиты термокарстовые процессы,
террасы сохраняют свою ровную, часто почти идеальную плоскую поверх-
ность. При полном протаивании мерзлых толщ (деградации мерзлоты)
холмисто-западинный рельеф возникнет только в районах, где распро-
странены отложения неоднородного состава с неоднородной, неравно-
мерной льдистостью. К подобным районам можно отнести север Печор-
ской, Западно-Сибирской низменностей, прибрежные равнины Чукотки,
сложенные преимущественно бассейновыми накоплениями — морскими,
лагунными, озерными, эстуарными, частично речными. По составу это
глины, суглинки, алевриты, пески, галечники. Прибрежные обширные
равнины Северо-Востока СССР — Анабаро-Оленекская, Яно-Индигир-
ская и Колымская — сложены однообразными по составу, преимущест-
венно торфянисто-алевритовыми, высокольдистыми отложениями, прони-
занными системами вертикальных ледяных жил. Общая льдистость их
достигает 80—90% практически на всю толщину. Если они полностью
106
протают, то сложенные ими поверхности, имеющие в настоящее время
высоту 80—100 м, понизятся до 8—10 м! Все это показывает гранди-
озность процессов постмерзлотного преобразования рельефа земной по-
верхности и слагающих его отложений.
Термоэрозия, так же как и термокарст, представляет собой ведущий
процесс преобразования первичного рельефа земной поверхности, обус-
ловленный вытаиванием подземных льдов. Специфика разрушительной
работы рек и ручьев в криолитозоне связана не только с их отепляющим
воздействием на дно, но и влиянием на эрозионные процессы морозобой-
ного растрескивания грунтов, активной работой снежников под склонами
речных долин и рядом других факторов. Морозобойные трещины во
многом предопределяют характер и даже рисунок гидросети на ранних
стадиях развития водотоков. Поверхность практически всех уровней рель-
ефа в криолитозоне разбита сетью морозобойных трещин на полигоны.
Поперечник их варьирует в широких пределах от 10 до 100 и даже
500 м. К морозобойным трещинам, разделяющим полигоны, приурочены
ледяные жилы или грунтовые клинья. Первичная эрозионная сеть мелких
водотоков непременно наследует сеть морозобойных трещин, благодаря
чему сама приобретает полигональный характер. Небольшие речки и
ручьи образуют в плане резкие (под прямым углом) коленообразные
изгибы. Склоны и обрывы рек, крутые берега морей и озерных котловин
расчленяются рытвинами и водотоками, также наследующими морозо-
бойные трещины. Поэтому водороины на крутых склонах обычно рас-
полагаются примерно на одном расстоянии, расчленяя склон на отдель-
ные бастионы приблизительно одинаковой величины.
Основной сток поверхностных вод концентрируется на первых эта-
пах развития гидросети и эрозионного расчленения территории в направ-
лении, перпендикулярном к склону или обрыву. Благодаря быстрому
протаиванию мерзлых толщ под врезающимися водотоками и активному
выносу ими твердых частиц узкие водороины расширяются, превра-
щаются в плоскодонные ложбины, между которыми остаются вытянутые
островершинные гряды, высота которых достигает 10—15 м и зависит
от превышения расчленяемой поверхности над днищем долины, уровнем
моря или дном озерной котловины. Ложбины растут вверх по течению
водотоков и достигают верховий водотоков противоположного направле-
ния. В результате первичная плоская поверхность оказывается расчле-
ненной на серии параллельных гряд. В свою очередь гряды расчле-
няются вдоль поперечных морозобойных трещин притоками водотоков
ложбин на отдельные холмы, располагающиеся на месте бывших гряд
цепочками.
Высокие поверхности рельефа в местах их достаточно активного эрози-
онного расчленения, особенно вблизи склонов речных долин, озерных
котловин, морских берегов, приобретают грядово-холмистый облик. Не-
редко в широких плоскодонных долинах относительно крупных речек и рек,
когда склоны отступили уже достаточно далеко от русла, можно наблю-
дать узкие останцовые гряды, протягивающиеся поперек днища долин
и причленяющиеся к склонам, переходящим затем в плоские высокие
107
террасовые уровни или водоразделы. Отмечаются случаи, когда останцо-
вые гряды протягиваются от обоих склонов долины, перегораживая ее
плоское днище. Поперечное расчленение таких гряд приводит к тому, что
они распадаются на цепочки холмов, переходящие по дну долины с одного
ее склона на другой, и отдельные холмы — останцы. Создается морфо-
логический эффект перегораживания долины насыпными грядами и це-
почками холмов. Они характерны для строения речных долин современ-
ной тундровой зоны и принимаются обычно за древние насыпные
ледниковые образования. На самом же деле природа этих образований
останцовая, что прекрасно видно благодаря продолжающемуся процессу
их развития в настоящее время и разным стадиям его выраженности.
В зрелой стадии развития процесса первоначально плоские поверхности
оказываются целиком расчлененными на отдельные холмы и гряды.
Термоабразию нельзя причислить к ведущим мерзлотным процессам,
преобразующим земную поверхность в криолитозоне. Она проявляется
локально лишь на крутых берегах рек, озер и морей. При этом разру-
шаются и быстро отступают крутые льдистые берега, обваливаются в воду
находящиеся на них постройки, «на глазах» исчезают целые острова. Все
это — результат совокупного механического и теплового воздействия волн
на берега, сложенные льдистыми отложениями. Результат термического
воздействия воды на такие берега — образование термоабразионных ниш
и нависающих над водоемами козырьков (рис. 38). Крутизна обрывов
постоянно поддерживается благодаря тому, что волны легко справляются
Рис. 38. Выступы обрывов, сложенные твердыми мерзлыми льдистыми отложе-
ниями, нависающие над берегом Обской губы, как скалы; под обрывами — термо-
абразионные ниши
108
с тем небольшим количеством твердых минеральных частиц, которые оста-
ются после того, как растаивают льдистые горные породы. Волны «сли-
зывают» эту жидкую илистую грязь у подножия крутых берегов, унося
ее на глубину, и вновь подмывают их. Особенно характерны берега
подобного типа для морей Лаптевых и Восточно-Сибирского.
ГЛАВА 5
Когда, где и почему
возникали подземные льды
Что представляет собою «вечная мерзлота»? Результат определенного
сочетания прошедших или настоящих климатических условий, характерных
только для данной конкретной области, или она есть показатель общего
режима приходно-расходного баланса тепловой энергии Земли, при кото-
ром довольно значительная часть поверхности суши уже приняла отри-
цательную температуру? Другими словами, является ли подземное оле-
денение чисто локальным, определяемым особенностями климата данного
(и только данного) региона, или оно имеет тенденцию медленно, но
неумолимо охватывать в целом весь земной шар? Вот вопросы, которые
сформулировал основоположник мерзлотоведения М. И. Сумгин и которы-
ми задавались многие исследователи мерзлых толщ горных пород. Эти же
вопросы волнуют умы ученых и сегодня. Только раскрыв, поняв законо-
мерности развития того или иного природного явления в прошлом и
настоящем, мы можем достоверно прогнозировать его развитие в буду-
щем. А кого же не волнует, пусть отдаленное, будущее нашей планеты?
Изучая историю возникновения мерзлых недр Земли, обычно говорят
о трех возможных причинах (гипотезах) этого явления, которые на раз-
ных этапах развития науки считались главными.
1. Происходит общее остывание Земли и на определенном этапе ее
развития появляются приповерхностные признаки этого остывания: лед-
ники суши, ледовые покровы морей, толщи мерзлых горных пород с
подземными льдами. Все эти признаки — симптомы постепенного «умира-
ния» Земли, начало ее конца.
2. Современная вечная мерзлота — наследие ледникового периода,
деградирует (растепляется) и отступает на север вследствие прогресси-
рующего потепления климата и постепенно в относительно недалеком
геологическом будущем должна исчезнуть совсем.
3. Наземное, подземное и морское оледенение — порождение опреде-
ленных, меняющихся во времени и пространстве климатических условий.
Ухудшался, становился суровее климат тех или иных территорий —
расширялась площадь всех трех форм оледенения Земли. Улучшался,
теплел климат — происходило сокращение площади распространения
ледников, подземных льдов суши и ледовых покровов морей.
Рассмотрим последовательно эти гипотезы.
109
Остывает ли Земля?
Итак, первая гипотеза гласит, что происходит общее остывание недр
Земли и, как следствие этого, образование вечных льдов у ее поверхности.
Сначала это происходит главным образом в полярных широтах, где
процесс внутреннего остывания сочетается с интенсивным внешним выхо-
лаживанием. Гипотеза зиждется на определенной концепции общего,
глобального развития Земли как планеты. Действительно, если Земля ос-
тывает, то со временем вечные льды на ее поверхности и вблизи послед-
ней будут распространяться на все большие и большие пространства и
глубины.
Известно, что представление о первично расплавленном состоянии
Земли были преобладающими в XVIII столетии, во времена, когда жили
и творили немецкий философ И. Кант и французский астроном и мате-
матик П. Лаплас. Высказанные этими учеными представления слились
в единую гипотезу, которая и была названа впоследствии «гипотезой
Канта—Лапласа». Согласно ей, Земля вначале была раскаленной, а затем
постепенно охлаждалась и сжималась. Следствием остывания явилось
образование на расплавленном шаре твердой тонкой корки — земной
коры, которая, облекая все более и более охлаждающуюся и сжимающую-
ся внутреннюю часть, коробилась и деформировалась. Так возникли не-
ровности земной поверхности: горы, межгорные впадины, океанические
котловины, хребты. Говоря об этих представлениях, часто приводят
пример остывания печеного яблока. Его относительно твердая кожура
морщится и коробится по мере охлаждения и сжатия внутренней мя-
коти — своего рода жидковязкого ядра.
Слово «сжатие» на латинском языке произносится «контракцио» по-
этому гипотезу остывания и сжатия Земли называют контракционной.
Она получила дальнейшее развитие в трудах всемирно известных гео-
логов Эли де Бомона, Зюсса, Штилле и господствовала весь XIX и часть
XX веков. Однако результаты позднейших, главным образом геофизиче-
ских, исследований показали ее неудовлетворительность. С падением по-
пулярности контракционной гипотезы лишились основы представления о
связи с остыванием Земли возникновения вечных наземных и подземных
льдов. Несмотря на это, данные представления в том или ином виде
возрождались вновь, базируясь на качественно новом уровне фактов и
знаний. Не забыты они и сегодня, и как будто развитие Земли в
последнюю, кайнозойскую, эру геологической истории подтверждает их.
Дело в том, что для последних 65 млн. лет достаточно надежно
установлена отчетливая тенденция общего направленного изменения кли-
мата Земли в сторону похолодания. Кайнозойская эра подразделяется на
три этапа — периода: палеогеновый (39—41 млн. лет), неогеновый (22—
25 млн. лет) и четвертичный (1—1,8 млн. лет). По имеющимся на
сегодняшний день оценкам среднегодовые температуры в средних широтах
Европы в начале кайнозойской эры (в палеогене) составляли порядка
20° С, т. е. являлись субтропическими и были близки даже к тропическим,
а к концу ее понизились на 10—12° С, т. е. стали умеренными. Вплоть
ПО
до начала последнего (четвертичного) периода кайнозойской эры пониже-
ние температур носило последовательный, в целом плавный характер,
имелись лишь небольшие колебания. В четвертичный период геологиче-
ской истории на фоне общего ухудшения климата средних широт про-
исходили, как это общепризнано, его резкие колебания: похолодания и
потепления с амплитудой до 8, возможно, 10° С! Направленное ухуд-
шение климата в последние 65 млн. лет геологической истории с огром-
ными оледенелыми пространствами в финале можно рассматривать как
общую тенденцию эволюции Земли на будущее. Однако геологические
данные по гораздо более древним отложениям, чем кайнозойские, свиде-
тельствуют, что различные формы наземного, подземного и морского
оледенений проявлялись в геологической истории неоднократно.
Слои валунных отложений, формирование которых связывается с дея-
тельностью льдов, обнаружены, например, среди толщ очень древних
горных пород, отлагавшихся около одного и даже двух с половиной
миллиардов лет тому назад. Морские глинистые породы такого возраста
содержат в себе крупные и мелкие обломки скальных горных пород —
иногда неокатанные (глыбы, щебень, дресва), иногда окатанные (валу-
ны, галька, гравий). Поставщиком таких обломков на морское дно мог
быть только плавучий лед. Среди толщ древнейших горных пород встре-
чаются горизонтально-слоистые глинистые сланцы, которые формирова-
лись несомненно в условиях спокойных водоемов морского или озерного
типа со стоячей водой на глубинах, где практически не сказывалось вол-
нение. Вместе с тем в них залегают крупные валуны, изгибающие лежа-
щие под ними горизонтальные слои в пологие складки. Как могли попасть
крупные каменные обломки в морские или озерные глины? В настоящее
время такие ситуации характерны для полярных холодноводных ледови-
тых водоемов. Неокатанный щебень, окатанные галька, валуны, а иногда
и глыбы попадают в морские и озерные глинистые донные илы, вытаи-
вая из плавучих льдин и айсбергов. Присутствие крупных каменных
обломков в морских и озерных толщах — типичная картина для отложе-
ний последнего четвертичного (криогенного) периода геологической исто-
рии Земли, широко распространенных в средних и высоких широтах.
Оказалось, что картины залегания валунов и более мелких каменных
обломков в толщах самых молодых и очень древних отложений практи-
чески неотличимы. Из этого факта был сделан вывод, что поверхностные
льды существовали уже на заре геологической истории. А раз это так,
то, следовательно, Земля не остывает, а просто ее климат периодически
испытывает изменения колебательного характера, становясь то холоднее,
то теплее.
Есть и другая точка зрения, согласно которой льды существовали
на поверхности Земли и в ее недрах всегда, в течение всей геологической
истории. Однако вследствие смещения (дрейфа) материков или полюсов
области проявления наземных и подземных оледенений также смещались.
Именно поэтому мы встречаем следы геологической деятельности древних
льдов и следы древнего холода в различных частях земного шара:
в современных зонах умеренно холодного, субтропического и даже тро-
111
пического климата (Африка, Австралия, Южная Америка, Индия). Если
действительно льды на Земле были всегда, то нужно допустить, что
Африка, Австралия, Южная Америка и Индия в периоды развития
в их пределах льдов находились в районе одного из полюсов или один
из полюсов в эти периоды находился над ними.
Таким образом, какая бы из предложенных точек зрения ни была бы
справедливой (колебательные изменения климата или смещения матери-
ков и полюсов), ясным остается одно: возникновение мерзлых земных
недр с подземными льдами — это не начало конца Земли, ее постепенного
охлаждения и обледенения.
Реликт ледниковой эпохи?
Имеются неоспоримые данные о том, что мерзлые толщи с подземными
льдами на Севере существуют непрерывно в течение весьма длительного
даже в геологическом масштабе времени (не менее сотен тысяч лет).
Из этого достоверного факта можно сделать вывод о том, что нынешняя
мерзлота и подземные льды — порождение и наследие (реликт) ледни-
кового периода. Сторонники этой точки зрения полагают, что в настоящее
время вечная мерзлота отступает и в недалеком по геологическим
меркам будущем исчезнет совсем. Как видим, утверждение, прямо проти-
воположное тем воззрениям, согласно которым Земля в сравнительно
близком геологическом будущем оледенеет и омертвеет.
В конце XIX в. во всем мире с удивительной быстротой распространились
представления о том, что в последнем, четвертичном периоде геологи-
ческой истории обширные районы севера Европы, Азии и Северной Амери-
ки исчезали под огромными ледниковыми покровами толщиной в несколь-
ко тысяч метров. Наряду с этими представлениями существовали другие.
Ученые, и среди них великие естествоиспытатели Ч. Лайель и Ч. Дарвин,
полагали, что равнины севера Евразии в холодный посттретичный (чет-
вертичный) период были покрыты не ледниками, а водами студеного
ледовитого моря. На морском дне накапливались глины с раковинами
морских моллюсков, а из плавающих (дрейфующих) льдин и айсбергов
в них попадали, вытаивая, валуны и другие каменные обломки. Эта
концепция получила название «дрифтовой теории». Впервые под таким
названием она была сформулирована в 1829 г. английским геологом
Р. И. Мурчисоном — директором геологической службы Великобритании
и президентом Королевского географического общества.
В России представления о древнем оледенении северных равнин и
гор Сибири получили широкое распространение вслед за выходом из
печати в 1876 г. книги известного ученого-революционера, узника Пет-
ропавловской крепости П. А. Кропоткина «Исследования о ледниковом
периоде». В ней ясно и полно излагались соображения об однократном
оледенении, зарождавшемся в горах Скандинавии, заполнявшем котло-
вину Балтийского моря и выходившем на прибалтийские низменности и
Русскую равнину. Кроме того, в ней говорилось об ограниченном оле-
денении горных районов Сибири.
112
Впоследствии немецкие ученые А. Пенк и Э. Брюкнер, изучая пред-
горья Альп в Баварии, высказали идею о четырехкратном оледенении
Альп в четвертичном периоде. Благодаря высокому авторитету научной
школы Германии в конце XIX — начале XX веков представления о четырех
ледниковых эпохах в последнем геологическом периоде быстро распро-
странились,по всей Европе, а затем и в других частях света. Постепенно
гипотезу о четырех оледенениях, воспринятую безоговорочно и совер-
шенно некритически, перенесли из района Альпийских гор на прилегаю-
щие к ним с севера равнины. Эта гипотеза господствует и поныне, хотя
и подвергается многими (как советскими, так и зарубежными) учеными
острой критике. С точки зрения одних ученых, было одно-два, с точки
зрения других — пять—восемь или даже шестнадцать оледенений!
Одному из создателей концепции множественности оледенений А. Пен-
ку принадлежит также идея, высказанная им в 1888 г., о том, что вечная
мерзлота есть «продукт ледниковой эпохи», т. е. следствие наземного
оледенения, им порожденного. Исходя из этих представлений и развивая
их, многие русские исследователи стали считать широко распростра-
ненные на равнинах севера Сибири крупные скопления подземных льдов
остатками былых ледниковых покровов. Подобных взглядов, как уже
говорилось, придерживались такие крупнейшие исследователи Севера,
как Э. В. Толль, академики К. А. Воллосович, А. А. Григорьев и
В. А. Обручев.
Однако имелись и другие точки зрения. В противовес представлениям
А. Пенка через 10 лет после того, как они были опубликованы, горный ин-
женер Н. М. Козьмин высказал сомнение в том, что под ледниковыми
покровами могут возникнуть мерзлые толщи. Эта возможность представ-
лялась ему очень маловероятной с чисто логических позиций. Но его
высказывания современникам казались «парадоксальными» и неприемле-
мыми в свете постулата А. Пенка. Тем не менее взгляды о несовмести-
мости ледниковых покровов огромных размеров и вечной мерзлоты под
ними были восприняты впоследствии русским ученым Н. С. Богдановым,
а затем развиты академиками И. П. Герасимовым и К. К. Марковым в
книге, посвященной геологии четвертичного периода. В настоящее время
имеется еще недостаточно данных, которые позволили бы уверенно су-
дить о том, насколько широко и глубоко распространены мерзлые горные
породы под многокилометровыми ледниковыми покровами. Факт наличия
под 4-километровой толщей антарктического льда озер с талой водой
заставляет многих ученых сомневаться в их широком там распространении.
Вместе с тем совершенно очевидно, что современная «вечная мерзлота»
имеет древнюю историю. Ярким свидетельством тому являются захоронен-
ные в мерзлых толщах и прекрасно в них сохранившиеся туши мамон-
тов, волосатых носорогов, древних бизонов, лошадей и других животных.
Этот бесспорный факт долгое время служил одним из главных «дока-
зательств» того, что современные мерзлые толщи и ископаемые подзем-
ные льды в них — производные древних оледенений.
Особое место в этом отношении занимают находки нетленных остан-
ков мамонтов. Древние хоботные млекопитающие — мамонты имели бо-
8
Заказ 1319
113
лее неуклюжее по сравнению со слонами тело, покрытое густой шерстью,
особенно сильно развитой по бокам нижней части туловища, образуя
там волосяную оторочку, похожую на своеобразную юбку. Они имели бо-
лее крупную, чем слоны, голову и короткий хвост. Вот размеры скелета
мамонта, найденного в 1799 г. в дельте р. Лены и исследованного
М. Ф. Адамсом: длина без бивней около 5 м, высота около 3 м, голова
весит около 200 кг, длина бивней более 3 м, а вес — 164 кг. Наиболее
крупные мамонты, найденные в Якутии, имели бивни длиной 4—4,5 м.
Мамонты были прекрасно приспособлены к жизни в условиях сурового
континентального климата с очень холодной зимой и сухим, возможно,
достаточно теплым, а местами и жарким коротким летом. Крупные жи-
вотные вообще имеют преимущество перед мелкими для выживания в
холодной Арктике вследствие малой величины отношения общей поверх-
ности тела к его массе. Помимо длинных волос (до 80 см) и теплого
подшерстка (длиной 15 см) мамонт имел толстый слой подкожного
жира. Даже маленькие уши были своего рода приспособлением к выжи-
ванию при очень низких зимних температурах. Слон типа африканского с
его огромными, торчащими в стороны ушами, несомненно, отморозил бы
их даже при современном климате Якутии, не говоря о более холодном.
К настоящему времени накоплены многочисленные датировки возраста
нетленных останков мамонтов и других животных, законсервированных
в вечной мерзлоте. Этот возраст, называемый «абсолютным», опреде-
ляется на основе концентрации в ископаемых органических остатках
тяжелого радиоактивного изотопа углерода 14С. Во время жизни растений
и животных этот изотоп обменивается и находится в равновесии с
атмосферным. После смерти того или иного организма обмена с атмосфе-
рой тяжелого углерода уже не происходит, начинается процесс его
распада и уменьшения концентрации. Сравнение с исходной величиной
14С позволяет достаточно точно определять время гибели животных (или
отмирания растений), их захоронения и, следовательно, перехода в вечно-
мерзлое состояние, ибо в противном случае они, несомненно, разложи-
лись бы.
В руках ученых появился надежный способ определения возраста
различных горизонтов мерзлых толщ в том или ином районе. Так, кожа
частично сохранившейся туши мамонта, найденной на западе п-ова
Таймыр в бассейне р. Пясины, имеет возраст 36—37 тыс. лет, а знаменитый
Таймырский мамонт, найденный в 1948 г. на р. Мамонтовой, имеет возраст
в пределах от 11,4 до 11,7 тыс. лет. Кожа мамонта на севере Западной
Сибири в верховьях р. Гыда (Гыданский п-ов) имеет возраст 30—
35 тыс. лет.
В 1977 г. в верховьях р. Колымы на ручье Киргилях в устье впадаю-
щего в него справа ключа был найден практически целый детеныш
мамонта, названный Димой (рис. 39) по названию ключа. Мамонтенок
послужил эмблемой XI Конгресса Международного союза по изучению
четвертичного периода, состоявшегося в августе 1982 г. в Москве, а
время его жизни отдалено от этой даты примерно на 40 тыс. лет.
Возраст также около 40 тыс. лет имеют внутренности мамонта, найденно-
114
Рис. 39. Мамонтенок «Дима», пролежавший в мерзлоте около 40 тыс. лет, найден-
ный в 1977 г. в долине ключа Дима, правого притока ручья Киргилях в верховьях
р. Колымы
го на р. Шандрин — правом притоке р. Индигирки в ее низовьях. А в
ее верховьях на р. Большой Селирикан была найдена почти целая
ископаемая лошадь, названная селириканской, попавшая в плен подзем-
ных льдов 35—38 тыс. лет назад. Имеется много и других датировок
возраста прекрасно сохранившихся в мерзлых толщах животных. В целом
можно сказать, что возраст обнаруженных в разных частях Сибири остан-
ков крупных ископаемых травоядных укладывается в диапазон времени
от 40 до 10 тыс. лет тому назад.
Древний возраст туш мамонтов, десятками тысячелетий остававших-
ся нетленными в мерзлых льдистых толщах, впечатлял исследователей
и казался надежным аргументом в арсенале сторонников ледникового
происхождения вечной мерзлоты. Связь мамонтов и ледниковых покровов
на Севере представлялась очевидной. Ход рассуждений был следующий.
Поскольку вечная мерзлота — реликт ледниковой эпохи, а крупные скоп-
ления подземного льда — остатки древних ледников, следовательно, жи-
вотные погибали и замерзали во льду этих ледниковых покровов. Ма-
монты, волосатые носороги, бизоны, лошади забирались на них и броди-
ли близ их края. Они не замечали коварных, присыпанных сверху снегом
трещин во льду и проваливались в них. В трещины набивался снег,
в них затекала и замерзала талая вода, а вместе с нею замерзали и
туши погибших животных. Затем поверхность ледников постепенно за-
носилась землей, и льды вместе с законсервированными в них остан-
8*
115
ками животных переходили в погребенное, вечномерзлое состояние, пре-
бывая в нем тысячи и десятки тысяч лет.
Картины, на которых изображены мамонты, разгуливающие у края
ледниковых покровов, сохранились в книгах, учебных пособиях и крае-
ведческих музеях. Спрашивается, зачем мамонты и носороги, лошади и
бизоны забирались на ледники? Не затем же, в самом деле, чтобы про-
валиться в трещины и замерзнуть в них, обеспечив себе таким способом
посмертную сохранность. Пищи на ледниках, тем более покровных, для
травоядных животных нет, трава и кустарники на льду, как известно,
не растут. Затем, отвечали ученые, чтобы, например, спастись от гнуса
и отдохнуть в жару от летнего полярного зноя (кстати, об этом пишут
с полной убежденностью и сегодня). Действительно, олени и домашние
лошади нередко забираются на снежники, наледи в руслах рек, чтобы
спастись от нападающих на них огромных туч насекомых. Но отсюда
отнюдь не следует вывод, что на равнинах севера Сибири существовали
ледниковые покровы, на которые забирались крупные копытные — ло-
шади, которые были естественно неподкованными, и бизоны. Невозможно
допустить, чтобы на Крайнем Севере, в эпоху еще более холодного кли-
мата, чем сейчас, у края ледников была развита хоть сколько-нибудь
достаточная для прокормки огромных стад мамонтов, носорогов, лоша-
дей, бизонов растительность. А только одному мамонту требовалось
300—400 кг кормовой массы ежедневно!
У края современных ледников на арктических островах Северная
Земля, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа, Шпицберген распростране-
ны арктические тундры, называемые также «арктическими пустынями»,
настолько ничтожен здесь разрозненный мохово-лишайниковый расти-
тельный покров. Чем же могли насытиться многочисленные стада крупных
травоядных? У края некоторых современных, например альпийских или
кавказских, ледников расположены высокотравные луга, а иногда и леса.
Но это в средних широтах, на Кавказе и в Альпах, т. е. в условиях,
несравнимых с Антарктидой или даже с Гренландией, берега которой,
там, где они зеленые, омываются летом неледовитыми или малоледовиты-
ми морскими водами. В Сибири, если ее северные равнины покры-
вались ледниками, отепляющих ее неледовитых морей не было.
Состав растений, которыми питались ископаемые травоядные живот-
ные, зафиксирован в содержимом их желудков. Как мы уже знаем, в
желудке и во рту между зубами Березовского мамонта из района р. Ко-
лымы найдены те растения, которые и сейчас произрастают на северо-
востоке СССР. В желудке мамонта с р. Индигирки обнаружены моло-
дые побеги ели и сосны вместе с пережеванными молодыми еловыми
шишками. Трудно себе представить существование ели и сосны на
Колымской и Яно-Индигирской низменностях у края ледникового покро-
ва, каким бы ни было направление его движения: с юга — с окружающих
низменности гор или с севера — со стороны Восточно-Сибирского моря
и Новосибирских островов. Скорее всего ископаемые животные обитали
в таких природных обстановках, где травянистые луга и степи соче-
тались с таежными лесами.
116
Версия о захоронении мамонтов во льду ледников не соответствует их
расположению в толщах льдистых мерзлых отложений. Это видели и
исследователи, придерживавшиеся еще ледниковой гипотезы происхож-
дения крупных скоплений подземных льдов на севере Сибири. Академик
К. А. Воллосович так описывает условия залегания и предполагаемую
гибель мамонта, найденного на северо-западном побережье Яно-Индигир-
ской низменности близ пролива Дмитрия Лаптева. Его туша была отко-
пана на дне небольшой реки, промерзавшей зимой до дна, и находи-
лась в мерзлом песчано-илистом, вероятно, речном наносе. Особенно
примечательным было положение ступни задней ноги. Она помещалась
в небольшом углублении светлых озерных глин, заполненном песча-
но-илистым наносом. В наносе содержались включения (комочки) ниже-
лежащих глин, которые придавали ему мозаичную структуру. В местах,
где нанос соприкасался со светлыми озерными глинами, таких включений
не было. Очевидно, что смешение комочков глин и песчано-илистых
наносов, приведшее к образованию мозаичной структуры, произошло,
когда животное двигало ногой в вязком грунте.
Анализируя условия залегания мамонта, К. А. Воллосович совер-
шенно справедливо полагал, что он погиб летом, подойдя к берегу водоема,
где и завяз в грязевых потоках. Он долго пытался выбраться из этой
грязи, но затем свалился на правый бок (эта часть туловища лучше
сохранилась, так как была внизу) и погиб. Хищники растаскивали из
туши все, что могли, пока потоки грязи окончательно не закрыли ее.
Образование же грязевых потоков связано с оттаиванием летом мерзлых
грунтов, содержащих ледяные слои, т. е. крупные скопления подземного
льда.
Действительно, завязнуть и погибнуть там, где активно вытаивают
крупные залежи подземных льдов, вполне реально для такого крупного,
тяжелого животного, как мамонт. Не раз приходилось видеть в грязевых
потоках под активно тающими летом льдистыми обрывами останки северных
оленей, отнюдь не громоздких и весьма проворных животных. Звери ста-
раются обходить эти участки. Но во многих случаях выхода у них нет,
особенно когда травоядные спасаются от преследования хищников.
Животные пытаются форсировать потоки грязи и вязнут в них. И еще
есть одна возможная причина их гибели. В зоне вечной мерзлоты под
склонами гор и в долинах небольших рек и ручьев очень часто грунты
оттаивают летом довольно глубоко и здесь образуются плывуны. Кто
ездил по тундре на тракторах и вездеходах, тот хорошо знает, сколь
коварна она бывает. Попав в такой плывун, трактор или вездеход заса-
сываются в него нередко целиком. И чем больше усилий предпринимают
водитель и управляемая им машина, чтобы выбраться, тем больше она
погружается вниз.
Грунты на Севере обычно очень вязкие, пылевато-глинистые, насы-
щенные влагой. Если их подвергать ритмическому механическому воздей-
ствию (просто попрыгать на них), то они теряют устойчивость и пере-
ходят в плывунное состояние. Это явление называется тиксотропией.
Именно из-за него тонут в грязи вездеходы и тракторы, а раньше, ве-
117
роятно, гибли и мамонты. При этом чем больше двигалось попавшее в
естественную ловушку животное, стараясь выбраться, тем больше в нее
погружалось. Надо сказать, что заметить опасные участки-ловушки бы-
вает весьма трудно, а порой невозможно. Даже очень опытные води-
тели не всегда могут избежать их, так как они ничем не выделяются на
местности.
Наиболее часто находки замерзших древних животных приурочены
к отложениям пойм и дельт рек. Те и другие были основными паст-
бищными угодьями для крупных стадных травоядных. Здесь на зали-
вных лугах росли обильные травы и кустарники, которыми они в основ-
ном и питались, а шишки, ветки сосен и елей шли в пищу лишь в голодное
время. Поймы и дельты изобилуют небольшими, но иногда весьма глу-
бокими озерками и старицами. Животные проваливались в них, пытаясь
переходить по еще не окрепшему осеннему льду. Попав на дно водоема,
они погибали и постепенно заносились грунтом. Их туши не сразу замер-
зали «на века». Некоторое время происходило попеременное замерзание
зимой и оттаивание летом, но, вероятно, не полное — внутренности остава-
лись скорее всего мерзлыми постоянно после того как единожды промерз-
ли. С летним частичным оттаиванием туш связано наблюдаемое обычно
вымокание покрывающей их кожи, а также частичное разложение.
По мере занесения сверху накапливающимися отложениями останки
животных как бы зарывались в глубь земли и «переходили» в толщу
вечномерзлых льдистых горных пород. Нередко туши залегают на чистом
льду, как в естественном холодильнике, нередко льды окружают их. И
в этих условиях они прекрасно сохранялись в течение тысячелетий. Так
хорошо, что мясо при оттаивании оказывается вполне съедобным для
хищников и собак. Еще А. А. Бунге в конце прошлого века писал, что
местные жители о-ва Мостах близ дельты р. Лены пользовались кожей,
костями и салом вытаивающей из мерзлоты туши мамонта для своих
домашних потребностей. По прошествии же некоторого времени после
оттаивания туши начинают разлагаться и превращаются в вонючую, сме-
шанную с песком и илом темную массу. Следовательно, только при
условии быстрого захоронения, промерзания и пребывания в постоянно
мерзлом состоянии в течение тысячелетий останки давно исчезнувших
животных могли сохраниться в нетленном состоянии. Они надежно фик-
сируют время возникновения вечной мерзлоты в той или иной части вер-
тикального разреза мерзлой толщи.
Надеюсь, читателям стало очевидным, что гибель мамонтов и других
ископаемых древних животных и сохранение их в нетленном состоянии
никак не может служить доказательством того, что подземные льды и
вечная мерзлота представляют собой остатки древних ледниковых покро-
вов. Небезынтересно отметить, что отсутствие этой связи некоторые уче-
ные, как уже говорилось, видели даже в самый разгар увлечения ледни-
ковой гипотезой происхождения крупных залежей подземных льдов. Но
голоса их тонули в общем хоре общепринятого мнения. Даже такой
выдающийся полярный исследователь, как Ф. Нансен, размышляя о
ледяных слоях Сибири, пришел к заключению, что эти слои образовались
118
в глубине почвы, там, где находятся сейчас, и не могут быть древнее,
чем перекрывающие их слои песка и глины.
Возможно, что специалистам, знакомым с проблемой, покажется, что
сейчас уже не стоит столь серьезно относиться к вопросу о предполагав-
шейся ранее исключительной связи: покровные ледники — вечная мерзло-
та — мамонты. Безусловно, более естественна и обоснована связь: суро-
вый климат с малоснежной зимой, огромные пространства мерзлой суши
с подземными льдами и мамонты. Однако укоренившиеся представления
очень живучи. Например, в одном из учебных пособий по истории Магадан-
ской области для учащихся школ говорится, что заселение территории
происходило в суровых климатических условиях последнего ледникового
периода, когда огромные ледники покрывали территорию края, а жизнь
была сосредоточена в тундровой приледниковой (!) зоне и в
межледниковых (?) долинах. Здесь обитали стада мамонтов, шер-
стистых носорогов, овцебыков, бизонов и северных оленей. Таким образом,
огромные ледники и стада травоядных около них на территории Мага-
данской области! Если территория была покрыта огромными ледниками,
то где обитали и чем около них кормились стада крупных млекопитающих?
Если же стада все-таки обитали, что доказано неопровержимо, и, сле-
довательно, находили себе достаточно кормов, то огромных ледников
на территории Магаданской области быть не могло. Но подобные пред-
ставления, выработанные геологами и мерзлотоведами, принимаются и
используются специалистами смежных научных дисциплин, в частности
историками, как безоговорочные. Каковы же были истинные природные
обстановки во времена мамонтов, мы попытаемся разобраться несколько
позже. Сейчас же основная цель — выяснить, являются ли вечная мерзло-
та и подземные льды реликтами древних ледниковых покровов?
Помимо находок ископаемых животных вывод о реликтовой, остаточ-
ной природе современных мерзлых толщ с подземными льдами основы-
вался еще на одном достоверном факте — исчезновении, деградации веч-
ной мерзлоты в ряде районов, особенно вблизи южной границы криоли-
тозоны. Это явление связывалось с прогрессирующим улучшением клима-
та, начавшимся в конце последней криогенной эпохи, когда расширялись
площади не только наземных, но и подземных и морских плавучих льдов.
Полагают, что общий климатический тренд к потеплению, с которым и свя-
зано окончание последней криогенной эпохи, продолжается до наших
дней. Имеются многочисленные наблюдения за отступанием мерзлоты в
историческое время. Так, ботаник А. Шренк, путешествуя в. 1837 г. «по
высочайшему повелению» по северо-востоку Европейской России «через
тундры самоедов к северным Уральским горам», отмечал в устье р. Ме-
зени (г. Мезень), впадающей в Белое море, постоянно мерзлые грунты.
Их вскрывали под талым летом слоем глубиной 6 футов (1,83 м) на глу-
бину также 6 футов. Колодцы общей глубиной 2 сажени (4,27 м) не
проходили всегда мерзлую твердую ледяную землю. Снаряженная в 1933 г.,
т. е. почти через 100 лет, экспедиция на европейский Север СССР постоян-
но мерзлых грунтов в г. Мезени не обнаружила, хотя проводила специаль-
ное бурение и тщательный опрос местных жителей. Постоянно в течение
119
всего года и многих лет мерзлые грунты были встречены, и то лишь в виде
островов, в 40 км к северу от устья р. Мезени. Следовательно, за 100 лет
южная граница распространения мерзлоты сместилась к северу, про-
двигаясь с невероятно большой скоростью 0,4 км в год. Был сделан
естественный вывод, что если так будет продолжаться, то через несколько
сотен лет вечной мерзлоты на севере Русской равнины не будет.
Находились и косвенные свидетельства тому, что мерзлота на Севере
должна скоро исчезнуть. Так, уменьшалась толщина льдов в Арктике. Во
время экспедиции Ф. Нансена в 1893—1896 гг. она составляла в среднем
3,65 м, а во время плавания ледокола «Седов» в 1937—1940 гг.— всего
2,18 м. Резко увеличились сроки навигации в Арктике, уменьшилась в це-
лом ледовитость ее сибирского сектора, наиболее трудного для проходки
судов. Период навигации с архипелага Шпицберген в 1900 г. составлял
всего 3 мес., а в 40-х годах увеличился до 7 мес. Отмечались факты
отступания ледников в историческое время в Гренландии, на Аляске, в
Норвегии, Альпах, на Кавказе и в других местах. Резко сокращались лед-
никовые шапки архипелага Северная Земля. В Альпах из-под отступаю-
щих ледников появлялись фундаменты зданий и каменные дороги с
выбоинами от колесниц римской эпохи. Все, казалось, говорит об одном —
и наземным, и подземным льдам в обозримом будущем придет конец!
Однако после того, как более детально были исследованы южные районы
распространения «вечной мерзлоты», стало понятным, что она отступает
не везде. Есть места, и их немало, где она наступает, новообразуется.
Под давлением фактов идея об общей деградации вечной мерзлоты как
ледникового реликта была оставлена.
Время и место зарождения «вечной мерзлоты»
и подземных льдов
Вопрос о времени, месте и причинах появления наземных ледников,
ледовых покровов морей и подземных льдов не простой. Выше гово-
рилось, что следы геологической деятельности льдов имеются в отложе-
ниях с возрастом 1—2,5 млрд, лет, относящихся к концу древнейшей —
архейской и следующей за ней протерозойской зонам геологической исто-
рии. Затем они неоднократно устанавливаются в отложениях палео-
зойской эры, в ряде относимых к ней периодов: каменноугольного (от
350 до 285 млн. лет назад) и пермского (от 285 до 230 млн. лет назад).
Поскольку в отложениях имеются признаки существования льдов на
поверхности суши и водоемов, вполне правомочно допущение, что земные
недра также содержали в себе льды, т. е. были мерзлыми. В отдельных
случаях установлены и прямые свидетельства былого наличия мерзлых
толщ среди древнейших отложений. К их числу относятся вертикальные
грунтовые клинья, сложенные окаменевшим песком (песчаником), длина
которых достигает 20 м! Они, вероятнее всего, являются грунтовыми
псевдоморфозами по вытаявшим ледяным жилам. Следовательно, мерз-
лые толщи с ледяными жилами, аналогичные тем, которые распростране-
ны ныне на севере Якутии, существовали на Земле уже не менее 1 млрд, лет
120
назад, а по косвенным данным и ранее! Вслед за палеозойской эрой в
геологической летописи следует мезозойская (от 230 до 65—67 млн. лет
назад). В относимых к ней отложениях следов криогенных процессов
и явлений не обнаружено, ни в высоких, ни в низких широтах. С чем
это связано, пока сказать трудно. Правда, в последние годы в связи с
детальным изучением мезозойских толщ как на суше, так и в океане появ-
ляются сведения об участии морских плавучих льдов в их формировании.
Самые древние следы зарождения современной криолитозоны планеты
относятся к середине кайнозойской, последней эры геологической исто-
рии, ко времени, отдаленному от наших дней на 25—26, а по мнению неко-
торых исследователей, на 38—40 млн. лет. Отложения этого возраста на
дне морей, омывающих Антарктиду, становятся холодноводными. В них
появляются крупнозернистые включения, которые могли попасть в глу-
боководные илы только вследствие вытаивания из плавучих льдов: из ото-
рвавшегося от берега ледяного припая, в который вмерзают даже камен-
ные обломки при его посадке на дно, или из айсбергов, а скорее всего, из
тех и других. Естественно, что продуцировать айсберги могли только
ледники, значит, в Антарктиде в это время существовало оледенение. Воз-
можно, что на самых ранних этапах это был не сплошной ледниковый
покров, как ныне, а долинные ледники гор. Но они существовали, и,
вероятнее всего, скальные горные породы на склонах прилегавших к ним
гор были на некоторой глубине от поверхности постоянно мерзлыми.
Наиболее ранний этап этого начального оледенения Антарктиды, пос-
ле которого оно не прекращалось уже до наших дней, относится к концу
первого — палеогенового периода кайнозойской эры (табл. 6). По мнению
одних ученых, данное событие произошло на границе двух эпох па-
леогенового периода: эоцена и олигоцена. По мнению других —
на рубеже палеогенового и неогенового периодов кайнозойской эры.
Следовательно, олигоценовая эпоха палеогенового периода уже была,
возможно, криогенной эпохой в Южном полушарии, где были развиты все
три формы оледенения Земли — наземные ледники, плавучие морские
льды и подземные льды. В Северном же полушарии в олигоцене про-
израстала весьма теплолюбивая растительность. В Арктике были распро-
Таблица 6
Подразделения новейшей кайнозойской эры геологической истории
(по Д. Боуэну, 1981)
Период Эпоха Продолжительность эпохи, млн. лет Начало эпохи, млн. лет назад
Четвертичный (ледни- Голоцен 0,01 0,01
ковый) Плейстоцен 1,6 1,6
Неогеновый Плиоцен 5 7
Миоцен 19 26
Палеогеновый Олигоцен 12 38
Эоцен 16 54
Палеоцен 11 65
121
странены так называемые тургаиские или ангарские леса, основу которых
составляли листопадные древесные породы. В их состав входили бук, граб,
ольха, береза, каштан, тополь, грецкий орех, а также представители
более ранних (более древних) субтропических флор, такие, как секвойя,
болотный кипарис, гинко, лавр.
Согласно реконструкциям известного ботаника А. И. Толмачева, кли-
мат рассматриваемого времени в Арктике характеризовался следующими
особенностями. Лето было продолжительным, но умеренным, с невысоки-
ми температурами, зимы — мягкими, температура самого холодного ме-
сяца не опускалась ниже —5° С. Атмосферных осадков выпадало довольно
много, их годовая сумма составляла 800—1000 мм. Зимы отличались
обильными снегопадами, высокий снежный покров предохранял растения
от морозов. Средние годовые температуры были выше современных на
12—15° С, что очень много, а на северо-востоке Сибири, вероятно, и того
более. Арктический бассейн имел широкую связь с Атлантическим океа-
ном. Через Западную Сибирь и Тургайский пролив, а периодически,
возможно, и через Русскую равнину он соединялся со Средиземно-
морским бассейном, в состав которого в то время входили помимо Чер-
ного также Каспийское и Аральское моря. Полярный океан не был еще
ледовитым, иначе он не мог бы оказывать столь существенного отепляю-
щего и увлажняющего влияния на климат всей Арктики, а также при-
легающие к ней области. Климат повсюду в приполярных областях был
однообразным умеренно влажным, что и определяло однообразие расти-
тельности на огромных пространствах. Вследствие достаточно высоких
летних температур, большой продолжительности вегетационного периода
(не менее 5—6 мес), мягкости и снежности зим и отсутствия засушливых
зон листопадные леса распространились на всей площади суши в Аркти-
ке и Субарктике.
В следующий за палеогеновым — неогеновый период происходит похо-
лодание климата в высоких и умеренных широтах. Относительно одно-
образная до этого природа Земли четко дифференцируется на опре-
деленные ландшафтно-климатические зоны. В первой половине неогена —
миоцене на севере Евразии и Северной Америки возникают и получают
широкое распространение зоны степей и тайги. Представители таежной
растительности существовали и раньше, например в горах Сибири, но
тайга как зональное явление оформилась только теперь. Таежные леса
Сибири в миоцене состояли главным образом из лиственницы, ели,
сосны, березы, а по долинам рек еще удерживались представители
листопадных лиственных лесов — клен, американский серый орех, род-
ственный грецкому ореху, плоды его найдены в миоценовых отложениях
на реках Оби и Алдане.
Примерно 7 млн. лет назад наступает плиоцен — вторая и последняя
эпоха неогенового периода. Климат Земли в арктических и субарктиче-
ских районах становится уже весьма холодным. Возникает зона тундры.
Так же,как и представители тайги в палеогене, представители тундровой
растительности существовали и в миоцене, главным образом в горах
северо-востока Азии, но тундра вышла на равнины и приобрела положение
122
широтной зоны, кольцом охватившей Полярный бассейн лишь в плиоцене.
Безусловно, возникает непременный спутник тундровых ландшафтов, их
собственно в основном и обусловливающий,— вечная мерзлота. Становит-
ся ледовитым и Северный полярный океан. Изучая строение колонок его
донных, в основном глинистых, илов в глубоководных котловинах и на
подводных хребтах, американский геолог Д. Кларк установил, что круп-
нозернистые включения начали поступать в донные илы не менее 5,6 млн.
лет назад, а скорее даже ранее. В центральные глубоководные части
Арктического бассейна крупнозернистый материал мог приносить только
плавучий лед.
Возникли и прочно связались между собой два взаимно обусловленных
явления криолитозоны, столь характерные для всей последующей ее исто-
рии в Северном полушарии,— ледовый покров арктических морей и мерз-
лые толщи с подземными льдами. На карте современного распространения
вечной мерзлоты в Северном полушарии видно, что основные области ее
развития в Евразии и Северной Америке никак не связаны с ледниками,
приуроченными к арктическим островам. В то же время южная граница
мерзлых толщ суши непосредственно переходит в южную границу пла-
вучих льдов в арктических морях, на что обратил внимание известный
советский палеограф А. А. Величко. Рассматривая взаимоотношения
льдов суши и моря в Северном и Южном полушариях, можно сделать
следующие заключения. В Северном полушарии морское оледенение Арк-
тического бассейна обусловило в основном подземное оледенение вблизи
него. В Южном полушарии взаимосвязаны льды приполярных морей и
ледники суши внутри них. В обоих полушариях возникла ситуация коль-
ца в кольце, но с разными взаимосвязями между тремя формами оледе-
нения Земли: морским, наземным и подземным.
Все, что сказано выше о начале развития различных форм оледе-
нения в Южном (конец палеогена или его рубеж с неогеном) и Северном
(конец неогена — плиоцен) полушариях, свидетельствует о том, что крио-
литозона Земли возникла задолго до начала последнего, четвертичного
периода, который принято называть «ледниковым» и в который предпола-
гается существование «великих» оледенений равйин северной Евразии
и Северной Америки. Следовательно, вечная мерзлота не только не реликт
этих ледниковых покровов, а, напротив, существовала до времени их
предполагаемого возникновения, как его ни оценивать: в 0,7—1 или
1,6—1,8 млн. лет.
Наличие вечномерзлых толщ в плиоцене помимо косвенных фактов
ледовитости Северного океана и распространения тундровой зоны по
его берегам подтверждается целым рядом непосредственных геологиче-
ских данных. В раннем плиоцене на северных прибрежных равнинах
Чукотки еще росли высокоствольные таежные леса из лиственницы, ели,
березы, ивы. Стволы их и обломки веток находят в раннеплиоценовых
отложениях (речных галечниках, песках и супесях). По-видимому, леса
были приурочены к речным долинам, в то время как на водоразделах
господствовали тундры. Но и под лесами в долинах грунты на некоторой
глубине от поверхности были постоянно мерзлыми. Попадая в них,
123
стволы и ветки деревьев быстро замерзали и потом уже не оттаивали,
благодаря чему прекрасно сохранились до наших дней. Даже остатки та-
кой легкоразлагающейся древесины, как древесина ивы, не несут на себе
никаких следов гниения. Значит, толщи речных отложений с древесными
стволами на севере Чукотки, промерзнув 5—7 млн. лет назад, сохраняли
это свое состояние в течение всей последующей геологической истории.
Конечно, происходили смещения в зависимости от климатических колеба-
ний южной границы вечной мерзлоты, но вся она, возникнув, не исчезала.
Площадь современной криолитозоны в недавнем геологическом прошлом
существенно расширялась, как мы увидим далее, но никогда столь же
существенно не сокращалась.
Климат и подземные льды
Одной из самых характерных черт последнего, четвертичного периода
геологической истории считается свойственное только ему частое чере-
дование во времени, примерно через каждые 50 тыс. лет, эпох крупных
похолоданий — «оледенений» и потеплений — «межледниковий». Предпо-
лагается, что в каждую холодную эпоху на севере Евразии и Северной
Америки возникали огромные ледниковые покровы, называемые «велики-
ми». Если считать продолжительность четвертичного периода, как это
наиболее принято, за 1 млн. лет, то «великих» оледенений должно было
быть примерно 10, если за 1,6 млн. лет, то примерно 16. В эпохи
потеплений — межледниковий предполагаемые ледниковые покровы на
материках Северного полушария должны были исчезать.
Мы сейчас живем не в самое теплое время межледниковья. Имеются
данные, что в более ранние теплые эпохи климат был теплее и к побе-
режью Северного Ледовитого океана в современную тундровую зону
проникала тайга. Продвигались к северу широколиственные леса. Отно-
сительно тепловодные морские моллюски, которые сейчас не заходят в
арктические моря СССР далее мурманского побережья Кольского полу-
острова, не замерзающего зимой, находят в ископаемом состоянии на
севере Западной Сибири и на п-ове Таймыр. Считают поэтому, что
в типичные теплые межледниковья морские льды в Арктике растаивали
полностью и Северный океан становился неледовитым. Предполагается
также, что в эти этапы на основных пространствах северных равнин
исчезали подземные льды и наземные ледники на арктических островах.
Совсем недавно (около 20 лет назад) полагали, что в межледниковья
исчезали и современные ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды.
Это должно было периодически приводить к общему подъему уровня
Мирового океана примерно на 60 м и затоплению прибрежных низмен-
ностей до этой высоты морскими водами. Новейшие исследования лед-
никовых покровов Антарктиды и Гренландии показали, что они, возник-
нув миллионы лет назад, потом уже больше не исчезали никогда. В
отношении же ледового покрова Северного океана и «великих» оледе-
нений представления о их неоднократном исчезновении и возникновении
124
сохраняются. Разнообразные факты не позволяют с этими представле-
ниями полностью согласиться.
Первыми на несостоятельность представлений о полном и неоднократ-
ном исчезновении ледового покрова морей Арктики обратили внимание
зоологи. Можно еще допустить, что к жизни в неледовитом или
сезонно-ледовитом у берегов океане приспособятся тюлени, как некогда
они приспособились в Байкале, Каспийском, Балтийском, даже Черном
и Средиземном морях. Но как мог пережить неледовитые эпохи белый
медведь, дрейфующий, как правило, вместе со льдами? Притом не одну
или две, а несколько. К жизни и добыванию пищи вне плавучих льдов
он мало приспособлен. Если он отстает от дрейфующих льдов и ос-
тается на лето на суше, то ему приходится с большим трудом добывать
пищу, питаться выбрасываемой морем на берег падалью, птицами и т. д.
Последняя теплая межледниковая эпоха, как полагают, продолжа-
лась примерно от 45 до 25 тыс. лет назад, возможно, закончилась несколь-
ко ранее. Теплее, чем современная, считается эпоха, отстоящая от наших
дней всего на 4,5—6 тыс. лет. Однако находки в мерзлых толщах иско-
паемых животных, растений, древних залежей подземного льда с возра-
стом от 10 до 40 тыс. лет и более на небольшой глубине от земной
поверхности однозначно говорят о том, что на большей площади своего
распространения вечная мерзлота была устойчивой, действительно веч-
ной. Отсюда следует, что, несмотря на колебания климата, существенного
сокращения площади современного распространения подземных льдов в
четвертичном периоде не происходило.
Рассмотрим теперь вопрос о соотношении в системе: похолодания
климата — подземные льды. Прочно укоренились, стали научной догмой
представления о том, что значительные похолодания климата Земли
в средних и высоких широтах имеют своим следствием главным образом
возникновение в Северной Европе, Сибири и Канаде наземных супер-
гигантских ледниковых покровов. Подземное оледенение обычно считается
лишь следствием наземного, «Великого», как его спутник или своеобраз-
ный шлейф. Поэтому области распространения вечной мерзлоты и под-
земных льдов часто называют «перигляциальными», т. е. областями,
окружающими наземные ледники, прилегающими к ним, ими, собственно,
обусловленные. Такой термин употребляется даже по отношению к совре-
менной области распространения подземных льдов Сибири, где сколько-
нибудь значительного наземного оледенения нет и не было в течение всего
четвертичного периода.
Для возникновения ледников и подземного оледенения вне их преде-
лов требуются существенно различные природные обстановки. Об этом
красноречиво свидетельствует сравнение современных климатических ус-
ловий областей распространения наземных и подземных льдов. Напри-
мер, в районе полюса холода Северного полушария — Оймяконе, где
широко распространены на большие глубины мерзлые низкотемператур-
ные толщи с подземными льдами, наземное оледенение практически от-
сутствует, небольшие леднички имеются лишь в высокогорьях хребта
Сунтар-Хаята. И это, несмотря на среднюю годовую температуру— 14° С
125
и январскую среднемесячную —56° С! Наземные ледники развиты в ре-
гионе эфемерно, фрагментарно потому, что здесь выпадает мало снега
зимой. К тому же под действием сильных морозов снег частично
испаряется.
Общая годовая сумма атмосферных осадков за год в районе Оймякон-
ского нагорья составляет всего 100—120 мм, а толщина снежного
покрова менее 0,5 м. Лишена льда, например, самая северная оконечность
Гренландии — Земля Пири, где также выпадает очень мало атмосферных
осадков. В то же время в Новой Зеландии, где средняя годовая темпе-
ратура около 10° С, в горных районах, высота которых составляет
порядка 3000 м и примерно соответствует высоте Верхояно-Колымской
горной страны и хребта Сунтар-Хаята, существуют большие ледники.
Горы улавливают влагу, поступающую с Тихого океана, и здесь выпа-
дает до 4000 мм атмосферных осадков в год! Ледники сползают почти
к подножию гор, покрытых вечнозеленой субтропической раститель-
ностью. Из приведенных примеров наглядно видно, что для успешного раз-
вития наземного или подземного оледенений нужны разные сочетания
природных условий. Общее необходимое условие для возникновения обеих
форм оледенений — дефицит тепла, т. е. отрицательный тепловой баланс
близ земной поверхности. Для развития наземных ледников, кроме того,
требуется большое количество выпадающего зимой снега (нужно, чтобы
зимой выпадало больше снега, чем стаивает его летом). Успешному
развитию подземного оледенения, напротив, способствует малое количест-
во зимних атмосферных осадков: чем меньше, тем лучше.
Современной наукой достаточно определенно установлено, что одно из
самых сильных похолоданий климата Земли, последнее из ранга «ледни-
ковых», охватывает интервал времени примерно от 25—30 до 16—
18 тыс. лет назад, возможно, даже несколько позднее. Считается, что
максимум похолодания приходится на конец этого этапа, т. е. по гео-
логическим меркам это происходило совсем недавно. Похолодание уста-
новлено самыми разнообразными способами. Оно зафиксировано физико-
химическими методами по соотношению легких и тяжелых изотопов
кислорода в раковинах фораминифер из океанических отложений и в
ледовых кернах скважин, пробуренных на ледниках Антарктиды и Грен-
ландии, геологическими методами, в частности, по широкому распростра-
нению крупных клиновидных псевдоморфоз по вытаявшим ледяным жи-
лам на Украине и в других весьма южных районах и т. д.
Полагают, что для возникновения «великих» ледниковых покровов на
севере Европы и Северной Америки достаточно понижение средней
температуры года, а по мнению некоторых исследователей, лишь темпе-
ратуры лета всего на 4—5° С. В интервале времени от 30 до 16 тыс. лет
назад, по оценкам разных авторов, пользовавшихся различными мето-
дами, средние годовые температуры воздуха в средних и высоких широ-
тах опускались на 6—8 или даже 10° С по сравнению с современными.
В самом центре Антарктиды понижение среднегодовой температуры
установлено на величину 6° С. Во время этого «великого холода» мамон-
ты, волосатые носороги, северные олени, песцы, пещерные медведи и
126
другие холодостойкие животные расселились от Арктики вплоть до
северного побережья Черного моря и предгорий Кавказа. На всей засе-
ленной ими территории были распространены вечномерзлые горные поро-
ды с подземными льдами — подземное оледенение.
Наземное оледенение, напротив, было очень ограниченным. Достаточ-
но определенные следы его имеются в Фенно-Скандии, горах Полярного
Урала, на плато Путоран, Северо-Востоке СССР, в горной части Аляски,
на некотором расстоянии от современных ледников арктических островов.
Сколько-нибудь значительно не расширялось оледенение Гренландии, и
Земля Пири на севере ее так и оставалась не покрытой льдом. Но гораздо
больше пространства в это время занимали вечная мерзлота (под-
земное оледенение) и плавучие льды полярных морей (морское оледенение).
Получается, что «великое» похолодание климата вызвало «карли-
ковое» наземное оледенение, а действительно Великими (без кавычек) по
огромной площади распространения были подземная и морская формы
оледенения Земли. Мерзлотные условия на Украине, например, соответ-
ствовали современным в Якутии! В районе городов Ровно и Львова мерз-
лые грунты были пронизаны ледяными жилами, вертикальная протяжен-
ность которых составила 8, а иногда и 10 м, ширина поверху 2—3 м.
По ориентировочным подсчетам площадь распространения мерзлых толщ
около 20 тыс. лет тому назад примерно вдвое превышала современную.
То же относится к плавучим льдам морей. В общей сумме паковые, при-
пайные льды, шельфовые ледники и айсберги занимали порядка 50%
поверхности Мирового океана, тогда как сейчас они занимают около 25%.
В пределах современной криолитозоны также происходили существен-
ные изменения. Имеются основания считать, что температуры мерзлых
толщ были в 1,5—2 раза ниже, чем сейчас. Например, минерал мира-
билит, который выпадает из морских рассолов при температуре —8,2° С,
находят в настоящее время в Сибири в отложениях с температурой
—4,2° С. Крайне суровые мерзлотные условия обеспечивали возможность
образования на равнинах северо-востока Сибири наиболее крупных
ледяных жил вертикальной протяженностью более 50 м. Несколько мень-
шие по размерам, но все же достаточно большие вертикальные ледя-
ные жилы протяженностью в 30 м формировались на севере Западной
Сибири, где сейчас этого не происходит, ибо температуры мерзлых
толщ недостаточно низки вследствие менее сурового климата.
В чем же причины столь сильных похолоданий климата Земли?
Их видят в основном в изменении количества поступающего от Солнца
тепла, иными словами, связывают с космическими причинами. Но внима-
тельный читатель заметил, конечно, что в одни и те же этапы геологиче-
ской истории в одних регионах Земли имеются следы очень существенных
похолоданий климата, а в других их нет. Этого не могло быть при
обусловленных космическими причинами глобальных изменениях клима-
та. Кроме того, непонятно, почему они начали с такой чрезмерной
частотой проявляться в последний миллион лет и не проявлялись раньше.
Крупные этапы похолоданий климата и широкого распространения
криолитозоны Земли в масштабе геологических периодов и более хорошо
127
сопоставляются с этапами интенсивного горообразования и резкого уве-
личения площади и высоты суши. Через высокие горы, проникающие в
холодные слои атмосферы, Земля охлаждается. С увеличением площади
суши увеличивается степень континентального климата. Однако этапы
горообразования и похолодания климата хорошо сопоставляются между
собой только на уровне весьма крупных отрезков геологической истории
продолжительностью в десятки и сотни миллионов лет. Этим нельзя
объяснить резкие климатические колебания значительно меньшей продол-
жительности — в сотни и тем более десятки тысяч лет.
Похолодания такого ранга в средних и высоких широтах Северного
полушария хорошо увязываются с этапами существенно большей, чем
сейчас, изоляции Северного Ледовитого океана от Мирового океана.
Вследствие колебательных тектонических движений дно арктических мо-
рей и прилегающая к ним суша поднимались и полярный бассейн полностью
изолировался от Тихого океана и почти полностью от Атлантического.
Приток теплых тихоокеанских вод прекращался, а атлантических, что
особенно важно, резко сокращался. Известно, что именно атлантические
воды — основной поставщик тепла в Арктику. Одновременно осушились
огромные пространства арктического шельфа. Северные берега Европы,
Азии, Северной Америки значительно продвинулись к Северному полюсу.
Площадь арктической суши многократно увеличивалась, она практически
слилась с многолетним устойчивым ледовым покровом в центре полярного
бассейна, сохранявшимся в течение веков и тысячелетий.
Великое подземное оледенение суши соединилось в единое целое с
великим морским ледовым покровом, образуя огромное царство холода и
льда, удачно названное С. В. Томирдиаро «Арктидой» (рис. 40). На-
земные ледники составляли в этом царстве отнюдь не большую его
Рис. 40. Древняя «Арктида» — царство холода Северного'полушария — область
одновременного проявления трех равноправных форм оледенения Земли: наземного
(/), подземного (2) и морского (<?). К югу в океане показана зона разобщенных
плавучих льдов (4) и былого положения теплого течения Гольфстрим (5)
128
часть, а играли весьма скромную роль. Современная площадь распро-
странения в Северном полушарии подземных льдов вне ледников, т. е.
за их пределами, оценивается в 16 или даже 19,4 млн. км2, площадь
многолетних морских плавучих льдов составляет около 8,5 млн. км2.
В то же время площадь всех наземных ледников на материках и
островах Северного полушария равна всего 2,3 млн. км2, она в 10 раз
меньше суммарной площади подземного и морского оледенений и пример-
но в 8 раз меньше одного подземного!
Если современные соотношения сохранялись в прошедшие геологиче-
ские эпохи, а нет оснований сомневаться в этом, то при увеличении
площади многолетних подземных и морских льдов вдвое, когда они,
следовательно, занимали порядка 50 млн. км2, наземные ледники в Се-
верном полушарии увеличивали свою площадь примерно до 5 млн. км2.
Иными словами, на севере Евразии, Северной Америки и арктических
островах возникли бы ледниковые покровы, почти равные по площади
трем гренландским, что само по себе не так уж и мало, но гораздо
меньше, чем принято считать и чем возможные площади распространения
морских и подземных льдов.
При значительном увеличении площади арктической суши и естествен-
ном усилении вследствие этого континентальности и суровости климата
увеличения количества выпадающих атмосферных осадков над северной
частью Европы, Азии и Северной Америки ожидать не приходится.
Над разросшимися в своих размерах материками, безусловно, сформиро-
вались мощные антициклоны, которые не пускали туда циклоны с атлан-
тической и тихоокеанской влагой. Достаточное для образования ледников
количество атмосферных осадков могло быть только по периферии мате-
риков в горных и возвышенных районах: в Скандинавии, на Кольском
п-ове, Чукотке, Камчатке, Аляске, северо-востоке Северной Америки. На
основных же их равнинных пространствах господствовал сухой и крайне
суровый климат. Холодные малоснежные зимы приводили к тому, что зем-
ные недра глубоко промерзали, значительно глубже, чем ныне, понизились
их температуры. Интенсивно шли процессы морозобойного растрескива-
ния грунтовых толщ и формирования ледяных жил большой вертикальной
протяженности.
В связи с этим возникает вопрос: как в столь суровых кли-
матических и ландшафтных условиях могли жить и кормиться огромные
стада крупных травоядных млекопитающих — мамонтов, волосатых но-
сорогов, бизонов, лошадей, северных оленей, овцебыков?
Известный советский палеонтолог Н. К. Верещагин считает, что
суровый, но сухой климат был не страшен этим животным, тело которых
покрыто достаточно густым волосяным покровом. Современные якутские
домашние лошади вполне сносно переносят морозы в 50—60° С и
кормятся даже зимой подножным кормом при высоте снежного покрова
45—50 см. О сухости климата Сибири той холодной эпохи и больших
площадях степных ландшафтов говорят ископаемые остатки сайги —
типичного животного степей. Травянистая растительность была основной
кормовой базой крупных травоядных.
9
Заказ 1319
129
Как специалистов, так и неспециалистов волнует проблема причин
вымирания целого ряда хорошо приспособленных к жизни в холодном
климате ископаемых животных. Они обитали на огромных пространствах
от Британских островов на западе до острова Хоккайдо на востоке, от
побережий Северного Ледовитого океана до предгорий Кавказа и Кры-
ма, от Аляски до Нью-Йорка. Мы гадаем о причинах гибели древних
рептилий, прей у шествовавших на Земле более 100, возможно, 200 млн. лет
и прекрасно приспособившихся в свое время к земным условиям жизни,
отличавшимся мягким, теплым и влажным климатом.
Предполагаем, что вымирание животных произошло в результате
столкновения Земли с кометой и активизации вулканической деятельности
с повышенным выбросом в атмосферу углекислого газа и т. д. Но эпоха
гибели гигантских ящеров отделена от нас периодом, равным почти
100 млн. лет, во всяком случае, не меньшим чем 70 млн. лет. Здесь
гадания правомочны. Время же вымирания последних мамонтов отделено
от наших дней всего 9—10 тыс. лет. В этот период уже зарождались на
Земле древние цивилизации. И тем не менее мы говорим о причинах
гибели мамонтового комплекса животных в весьма предположительной
форме.
Предполагают, что крупных травоядных истребили древние люди,
первобытные охотники. Эту версию еще можно принять для Европы, где
густота заселения территории людьми была достаточно большой. Но она
совершенно неприемлема для Севера, огромных пространств Сибири и
Канады, где и теперь еще плотность заселения людьми невелика. Неко-
торые ученые считают, что мамонты погибли во время последнего
похолодания и соответствующего ему оледенения. Но мамонты явно его
пережили, о чем убедительно свидетельствуют радиоуглеродные датиров-
ки многих их останков. Помимо того, мамонты благополучно пережили все
предыдущие похолодания и оледенения второй половины четвертичного
периода, если они были, конечно.
Во время последнего крупного похолодания температура воздуха
зимой в наиболее сильные морозы опускалась на севере Сибири, по-
видимому, до —100° С и была ниже, чем сейчас в центре Антарктиды,
где на советской станции «Восток» зарегистрирован абсолютный минимум
температуры воздуха на Земле —89,2° С. Пережив столь холодную
эпоху, многие наиболее приспособленные к жизни в суровых условиях
холодостойкие животные вымерли. Некоторые звери резко сократили
ареалы своего обитания, например овцебык, а некоторые изменили их,
например сайга, откочевав в южносибирские степи, где зимы суровые
и малоснежные.
Как это ни покажется парадоксальным и маловероятным, но мамонты
и ряд сопутствовавших им животных погибали в Сибири и других рай-
онах не от похолодания, а от потепления и особенно увлажнения кли-
мата. Прекрасно приспособившись к жизни в суровом, сухом климате,
они не смогли пережить его смягчения, резко проявившегося на рубеже
примерно 10 тыс. лет назад. В результате в пределах криолитозоны
сократились, а в большинстве районов вообще исчезли травянистые
130
степные ландшафты — основные кормовые угодья. Тайга вплотную прид-
винулась к побережьям Северного Ледовитого океана, а там, где не
вплотную, между ней и морем находилась сырая тундра. Сибирская
тайга состоит в основном из лиственницы — плохого, исключительно
летнего и не всем травоядным доступного корма. Особенно страшными
для зверей с длинным волосяным покровом стали зимние оттепели и
осенние дожди, сочетающиеся с пронизывающими ветрами. Волосяная
шуба намокала и вместо того, чтобы греть, охлаждала. По мнению
Н. К. Верещагина, мощное «юбочное» одеяние мамонтов, овцебыков,
бизонов, пригодное для сухого холода, оказалось совершенно непригод-
ным в условиях влажных зим и оттепелей. Под все утолщающимся
снежным покровом все труднее было добывать корм, участились голо-
ледицы, а как следствие этого — голодовки и мор травоядных. Посте-
пенно вымирали и кормившиеся ими хищники, такие, как пещерный мед-
ведь, саблезубая кошка.
Пришедшее на смену «Великому холоду» 10 тыс. лет назад по-
тепление климата в средних и высоких широтах привело к тому, что
площадь подземных льдов стала сокращаться и постепенно вошла в близ-
кие к современным границы. Вытаяли ледяные жилы на Украине, в
Подмосковье, на юге Западной Сибири, заместившись грунтовыми псев-
доморфозами. Протаяли здесь и другие типы подземных льдов, в част-
ности пластовые залежи. Вследствие неравномерной осадки льдистых
мерзлых толщ при протаивании возник в определенных районах законо-
мерный рельеф, состоящий из хаотического сочетания холмов, гряд и
бессточных западин, занятых озерами. Любопытно, что формы рельефа
подобного типа и их сочетания обнаружены на Марсе, где их образова-
ние связывается с вытаиванием подземных льдов. В пределах современной
криолитозоны Земли также усилились процессы таяния подземных льдов,
поскольку повысилась температура мерзлых толщ. Возникло огромное
количество больших и малых термокарстовых озер, столь характерных
для тундровых равнин.
Потепление и увлажнение климата было связано с тем, что равнины,
существовавшие на месте современного арктического шельфа, опустились
и затопились морскими водами. Расширилась связь Северного Ледови-
того океана с Атлантическим, теплые воды которого устремились в
Арктику. Уменьшилась степень ее ледовитости. Определенную роль в
отеплении Арктики сыграло восстановление связи через Берингов пролив
с Тихим океаном, воды которого стали проникать в Чукотское море
и далее на восток в море Бофорта. В результате затопления морем
равнин на северо-востоке Сибири под водой оказались толщи мерзлых
высокольдистых отложений с крупными ледяными жилами, вернее, их
окончаниями, оставшимися от размыва. Эти отложения до сих пор за-
легают на дне мелководных проливов, отделяющих Новосибирские ост-
рова от континента и друг от друга. В последнюю холодную эпоху они
соединялись с приморскими низменностями северо-востока Сибири в еди-
ное целое и были главной ареной, где активно проявлялись криогенные
процессы и шло формирование мощных толщ высокольдистых отложе-
ний с супергигантскими вертикальными ледяными жилами.
9*
ГЛАВА 6
Льды в недрах иных планет
Солнечной системы
При изучении мерзлотно-криогенного состояния планет Солнечной
системы используются разнообразные данные астрофизических исследо-
ваний, характеризующие состав и температуру их атмосферы, поверхно-
сти и недр. Огромный сдвиг произошел в познании строения планет бла-
годаря снимкам, полученным с межпланетных станций. Среди советских
ученых, много внимания уделивших инопланетным льдам, следует назвать
И. Я. Баранова, Э. Д. Ершова, Р. О. Кузьмина, среди американских —
Б. К. Лючитта.
Установлено, что большинство планет Солнечной системы в той или
иной степени ледяные, безледные — исключение из общего правила. В
земных условиях основой практически всех мерзлотно-криогенных про-
цессов является вода — химически активное и широко распространенное
вещество. Наземные и подземные льды нашей планеты поэтому исклю-
чительно водного типа. На других планетах в зависимости от их харак-
теристик помимо воды лед образуется из углекислоты, метана, аммиака,
водорода и иных веществ, находящихся в свободном или химически
связанном состоянии.
В свете сказанного становится понятным, что инопланетные льды
могут быть разного состава. На Марсе и Венере состав их смешанный
водно-углекислый, на Юпитере водородно-водный, на Сатурне водородно-
аммиачный и т. п. Тип льда той или иной планеты определяется
ее составом, строением, стадией развития, температурой, давлением и дру-
гими физическими и химическими параметрами. Температурный интер-
вал, в пределах которого может существовать лед названных и других
типов, для каждой планеты строго определен. Установлено, что количе-
ство воды на планетах увеличивается по мере их удаленности от Солнца,
а наиболее характерной формой ее существования становится лед.
В зависимости от степени удаленности от Солнца, наличия или отсут-
ствия потока внутреннего тепла, наклона экватора к плоскости орбиты
существуют теплые и холодные (в различной степени ледяные) планеты.
К полностью безледным планетам может быть отнесен только Мерку-
рий. Это самая близкая к Солнцу планета, получающая намного больше
тепла и света, чем Земля. Его период обращения вокруг Солнца
составляет 88 сут, а период вращения вокруг собственной оси — 59 сут.
За столь длинный день обращенная к Солнцу сторона нагревается от
280 до 440° С, а за ночь охлаждается до —120 —160° С. Вследствие
малой скорости вращения и соответственно небольших значений ускоре-
ния свободного падения, составляющих 0,36 земных, Меркурий лишен ат-
мосферы. Он не может удерживать легкие газы и даже большую часть
тяжелых, из которых в очень небольших количествах удерживаются азот,
аргон и углекислый газ. Возможно, что в недрах планеты существует и
132
вода, которая в виде пара прорывается к поверхности и образует вре-
менный лед на ночной, охлажденной стороне планеты. Можно даже в це-
лом предполагать образование слоя сезонного (длящегося около 30 зем-
ных суток) промерзания толщ горных пород на ночной стороне планеты.
Если во временно промерзшем слое возникают к тому же грунтовые
льды, то они могут состоять как из воды, так и углекислоты или их смеси.
Менее теплая и частично ледяная планета — Венера. Ускорение сво-
бодного падения здесь примерно равно наблюдаемому на Земле (0,87 зем-
ного) , что обусловливает наличие вокруг Венеры плотной атмосферы, об-
наруженной еще М. В. Ломоносовым. В ее составе преобладает угле-
кислый газ с небольшой примесью инертных газов и кислорода. Сред-
няя температура верхнего слоя облаков -—39° С, предполагают, что они
состоят из кристалликов водного льда. Период обращения Венеры вокруг
Солнца, ее год, составляет 224 сут, а период вращения вокруг своей
оси — 243 сут. Следовательно, она практически всегда повернута к Солнцу
одной стороной, так же как Луна к Земле. Поэтому температура на
солнечной стороне Венеры достигает 480° С. В то же время на ночной,
охлажденной ее стороне, особенно в приполярных районах, вполне воз-
можно наличие многолетнемерзлых горных пород, а также и приповерх-
ностных скоплений льда, состав которого может быть различен.
Недра планет-гигантов, далеко отстоящих от Солнца, постоянно
мерзлые прямо от поверхности. Толщина их мерзлой оболочки зависит
от величины внутреннего потока тепла, идущего от ядра к поверхности,
а также от расстояния от Солнца. При этом второй фактор — определя-
ющий, и соотношение между мерзлой внешней зоной и внутренним теп-
лым ядром увеличивается по мере удаления планет от Солнца: Юпитер,
Сатурн, Уран, Нептун. Средняя плотность их вещества в 4 раза меньше, а
масса и размер на несколько порядков больше, чем у Земли. Период вра-
щения вокруг своей оси не превышает полусуток. Атмосфера состоит
из водорода и его соединений, аммиака и метана, температура атмосферы
низкая отрицательная (от —123 до —168° С). Строение и состав удален-
ных от Солнца планет-гигантов изучены пока слабо. Можно предполагать
на них наличие и мерзлых льдистых недр, и ледяных покровов, лед
которых в значительной степени состоит из аммиака и метана.
По последним данным исследований космическими аппаратами «Вояд-
жер», твердые оболочки спутников Юпитера на 50 и даже 100% состоят
из водного льда — своеобразной «ледяной коры». Под ней находится
полужидкая смесь воды и особых видов льда, возникающих под действием
высоких давлений. На спутниках Сатурна, более удаленного от Солнца,
чем Юпитер, вода находится лишь в виде сверхнизкотемпературных льдов.
Особо следует выделить по степени изученности и криогенному состоя-
нию Марс. Он занимает как бы промежуточное положение между
планетами земной группы и гигантами юпитерианской, а также между
примитивной в геологическом отношении Луной и геологически зрелой
Землей. Масса его невелика (0,12 земной), ускорение свободного падения
составляет 0,38 земного. На Марсе, как и на Земле, происходит чере-
дование времен года, продолжительность которых примерно в два раза
133
больше земных, поскольку параболическая скорость вращения его почти
в два раза меньше земной (0,45 земной). Марсианский год длится
687 земных или 669 марсианских суток. Период обращения Марса вокруг
собственной оси примерно такой же, как и у Земли (24 ч 37 мин), поэтому
марсианские и земные сутки почти равны.
Марс имеет весьма разреженную атмосферу со средним давлением
около 600 Па, которое в земных условиях наблюдается на высоте при-
мерно 30—35 км. На 90% она состоит из углекислого газа, в ней
имеется небольшая примесь водяных паров, образующих разреженные
облака, которые состоят из рассеянных ледяных кристалликов. Марс
удален от Солнца в 1,5 раза дальше, чем Земля. Поток солнечной
энергии, поступающей на его поверхность, в 2,3 раза меньше, чем на
земную, поэтому температуры там значительно ниже. Сравним величины
средней температуры поверхности. На Земле она составляет порядка 13—
15° С, а на Марсе —60р С на экваторе, а в целом по планете —80° С!
Зимой температура на Марсе достигает —130° С, а летом в полдень
вблизи экватора 15 по одним данным или даже 27° С — по другим, т. е.
мало отличается от температур, характерных в среднем для тропического
и субтропического поясов Земли. Но в отличие от нее ночью темпе-
ратура на марсианском экваторе падает до —80...—90° С, достигая
абсолютного минимума температур, зарегистрированного на Земле лишь в
центре Антарктиды. Поскольку горные породы Марса плохо проводят
тепло, суточные вариации температуры, несмотря на их огромный размах
(более 100° С), сказываются на глубине всего лишь порядка 10 см от
поверхности.
У обоих полюсов Марса существуют ледяные шапки, видимые с
Земли и зафиксированные межпланетными станциями: у Северного полю-
са меняющаяся по размерам, но круглогодичная, у Южного — сезонная,
летом исчезающая, относительно небольшая по размерам. Они состоят
из водного и углекислого льда. Последний называют также лед СОг, или
сухой лед. В условиях невысокого марсианского давления газ СО2 пе-
реходит в твердое состояние (сухой лед) при температуре —128° С. Тем-
пературы именно такого порядка характерны для полярных областей на
широтах выше 50° в течение большей части зимы. Летние же температуры
здесь выше —70° С, что исключает возможность существования в это
время сухого льда СОг или даже газогидратов — продуктов взаимо-
действия воды и углекислоты (СОг’бНгО).
По мере перехода углекислого газа в лед у одного из полюсов про-
исходит его подток из более южных широт, за счет чего осуществляется
рост полярной шапки. Развитие этого процесса переводит в лед в
течение длинной полярной ночи до 20% атмосферного углекислого газа,
чем обусловлено регулярное сезонное изменение атмосферного давления
на Марсе с двумя минимумами в году, когда максимально разрастаются
поочередно полярные шапки.
Помимо сезонно меняющихся ледяных шапок у обоих полюсов имеют-
ся, судя по снимкам с межпланетных станций, постоянные слоистые
толщи в основном, вероятно, водного льда, смешанного с песком и пылью.
134
По строению они напоминают ледниковые покровы Земли и представляют
своеобразные осадочные накопления. Постоянный ледяной покров Север-
ного полушария имеет значительно большую площадь, чем аналогичный
в Южном полушарии. Строение постоянных ледовых покровов вскрывает-
ся в приполярных районах в видимых на космических снимках уступах
и неровностях марсианской поверхности. Эти уступы состоят из серий
многочисленных слоев толщиной в несколько десятков метров, сгруппи-
рованных в отдельные пачки. Полагают, что данные накопления — след-
ствие долгопериодных вариаций солнечной радиации в полярных районах
и по существу представляют собой ископаемый, захороненный ветровой
пылью и песком лед и ледогрунт.
Кроме этих в основном ледяных накоплений на Марсе по результа-
там теплофизических расчетов и по косвенным признакам должны
существовать опускающиеся на большие глубины толщи мерзлых льди-
стых горных пород. К числу косвенных признаков относится, в част-
ности, такой, как характер строения выбросов вокруг метеоритных кра-
теров. Когда метеориты падают на поверхность, сложенную сухими и
нельдистыми горными породами, выбросы грунта вокруг кратеров имеют
характер насыпных образований (как, например, на Луне), размещение
их в пространстве определено только законами баллистики. На Марсе
в выбросах вокруг многих кратеров имеются следы течения грунтов. От-
дельные лопасти выбросов имеют местные отклонения от препятствий,
встретившихся на их пути, что возможно в случае перемещения грунта
волочением по поверхности. Все это позволило ученым предположить,
что метеоритные удары проявлялись в обогащенных льдом грунтах. Лед
в выбросах плавился, и вокруг кратеров образовывались лопасти течения.
Сложились, таким образом, представления, что мерзлые грунты на
Марсе распространены повсеместно, охватывая все большие глубины по
направлению к полюсам. По модели, предложенной Р. О. Кузьминым
(рис. 41), глубина мерзлой толщи в экваториальной зоне Марса составля-
ет около 1,5 км, достигая у полюсов 5 км. По расчетам американских уче-
ных, эти цифры несколько меньше, но также значительные: у экватора
около 1 км, у полюсов до 3 км. Содержание льда в мерзлых толщах,
как полагают, может составлять 50% объема горных пород, а по теорети-
ческим расчетам достигает 80—120%. Количество внутригрунтового льда
оценивается величиной огромной — около 1 • 1016 т.
В отдельные этапы эволюции Марса вследствие изменений в поступле-
нии солнечной радиации при соответствующих климатических вариациях
или в результате активизации вулканической деятельности на определен-
ных участках происходило вытаивание льда в мерзлых толщах. В резуль-
тате возникли характерные формы провального рельефа — огромные деп-
рессии до 100 км шириной, внутри которых видны просевшие участки
поверхности, разбитой на хаотическую сеть крупных полигонов. Считают,
что на их месте были прежде особенно большие скопления подповерх-
ностного грунтового льда (захороненный лед огромных озер, рек).
Говоря о Марсе, трудно обойти молчанием проблему происхождения
крупных каналов на его поверхности, находящихся в экваториальной
135
Рис. 41. Модельный разрез криоли-
тозоны Марса, колонки в левом верх-
нем углу показывают разрезы ее
верхних горизонтов (по Р. О. Кузь-
мину) :
1 — водный лед; 2 — газогидрат (СОг-бНгО);
3 — жидкая углекислота; 4 — твердая угле-
кислота — сухой лед СОг
зоне. Эти каналы имеют в большинстве случаев форму долин крупных
меандрирующих рек. Крупнейшие из них начинаются в провальных
депрессиях с характерным хаотическим рельефом поверхности. Существу-
ют две конкурирующие гипотезы образования марсианских каналов. Сог-
ласно первой, они выработаны катастрофическими паводковыми потоками
в результате расплавления огромных скоплений подповерхностного льда
в котловинах с провалившейся поверхностью. Недаром каналы начинают-
ся из них. Согласно другой гипотезе — марсианские каналы были вырабо-
таны, вернее, выпаханы гигантскими движущимися ледниками, когда-то
там существовавшими. В современных условиях на поверхности Марса
движущиеся ледники существовать не могут. В экваториальной части
сохранению поверхностных льдов препятствуют климатические условия и
разреженность атмосферы, стимулирующая высокую испаряемость. Лед-
ники здесь могут жить только под толстым «одеялом» из тонкораздроб-
ленного вещества, например пыли. В высоких широтах движению льда
полярных шапок препятствуют очень низкие температуры в течение боль-
шей части года.
Обе гипотезы — водная и ледниковая — предполагают огромные скоп-
ления воды или льда на поверхности Марса. Была ли такая возможность
в более ранние этапы истории Марса? Пока это остается неразгаданной
загадкой. Однако сдвиг в сторону ее разгадки произошел несомненный.
Если раньше проблема марсианских каналов была областью научной
136
фантастики, то теперь пришла пора научных гипотез. Существование
же мерзлотных форм рельефа представляется бесспорным.
На снимках, полученных с орбиты космического корабля «Викинг», на
поверхности Марса обнаружены разнообразные по размерам и форме
полигоны, ограниченные трещинами. По крайней мере, часть из них
обусловлена процессами морозобойного растрескивания грунтов. У края
северной полярной шапки прекрасно видны полигоны поперечником от
4 до 20 км. Иногда они имеют вид четких многоугольников, ограни-
ченных трещинами с ровным дном. В других местах они приобретают
сглаженные очертания, а трещины между ними имеют по краям повыше-
ния — своего рода валики, характерные для валиковых мерзлотных поли-
гонов с растущими ледяными жилами между ними на Земле. Однако
размеры марсианских намного крупнее, вспомним, что земные имеют
поперечник лишь до нескольких десятков метров. Это обстоятельство вы-
зывает у определенного круга ученых сомнения о связи крупных мар-
сианских полигонов с мерзлотными процессами. Возражая им, другие уче-
ные связывают возникновение столь огромных полигонов не с сезонными
(лето—зима) колебаниями температур, а с циклами в 100 тыс. или даже
1 млн. лет, приводящими к масштабным объемным изменениям в мерзлых
грунтах. Возможно также, что крупная сеть марсианских полигонов —
результат слияния мелких в большие.
На Марсе имеются и полигоны, сходные по размерам и форме с
земными. Поперечник их колеблется от 50 до 300 м, они ограничены
неупорядоченными системами трещин, пересекающихся между собой. Не-
которые трещины имеют очень «свежий» облик, что позволяет считать
их молодыми образованиями. Вместе с тем местами участки с прямоуголь-
ными полигонами переходят в поля бугристо-западинного рельефа. Пола-
гают, что в этом случае, как и в земных условиях, произошло вытаива-
ние ледяных жил, на их месте возникла сеть канав, оконтуривающих
бугры-останцы, т. е. центральные части полигонов, углы и края которых
сгладились. Вытаивание ледяных жил и образование остаточного бугри-
сто-западинного рельефа происходили, вероятно, в те же этапы, когда
и вытаивание крупных скоплений грунтового льда под котловинами с
обрушившимся (просевшим) дном.
В пределах северных равнин Марса весьма многочисленны неболь-
шие бугры с воронками в центральной части. Предполагают, что они
могут быть буграми пучения с частично или полностью вытаявшим
ледяным ядром типа булгунняхов. Вместе с тем не исключено, что это
псевдократеры, т. е. шлаковые конусы, возникшие там, где раскаленная
лава изливалась на пропитанные льдом грунты. Вырывавшиеся при этом
из недр пары захватывали с собой грунтовые частицы, скопления которых
и представляют собой бугры. На Марсе обнаружены также относительно
небольшие котловины с просевшим днищем неправильной формы, напо-
минающие по форме и размерам аласы Якутии или хасыреи Западной
Сибири, т. е. типичные и наиболее распространенные земные термокар-
стовые образования.
137
Комплекс мерзлотных форм рельефа Марса дополняют склоновые
формы. К ним относят, например, гигантские супероползни в бортах ог-
ромных оврагоподобных долин в экваториальной зоне. Полагают, что
это съехавшие блоки мерзлых льдистых пород. К северу и югу от эква-
ториальной зоны (до 50° с. ш. и 60° ю. ш.) характерным образованием
являются обширные подсклоновые шлейфы языковидной в плане формы.
На их поверхности видны цепочки концентрически расположенных гряд,
оконтуривающих внешнюю часть языка, что свидетельствует о вязкопла-
стическом перемещении (течении) слагающего и гряды, и языковидные
формы материала. По-видимому, движение в данном случае осуществля-
ется по типу земных каменных глетчеров, когда лед насыщает массовые
скопления обломков горных пород, составляя до 50% их объема.
Выявление и познание мерзлотных процессов и явлений на Марсе
основано исключительно на сравнении с земными процессами и явле-
ниями, обусловленными существованием или вытаиванием подземных
льдов. Таким образом, знание закономерностей строения и формирова-
ния подземных льдов на Земле — ключ к пониманию марсианских
природных обстановок. Молодая наука криолитология проникает в еще
более молодую науку космического века — сравнительную планетологию.
ЧТО ЧИТАТЬ О ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДАХ
Вельмина Н. А. Ледяной сфинкс. М.: Мысль, 1975.
Втюрин Б. И. Подземные льды СССР. М.: Наука, 1975.
Гасанов Ш. Ш. Криолитологический анализ. М.: Наука, 1981.
Горбунов А. П. Льды под землей. Алма-Ата: Наука, 1982.
Данилов И. Д. Методика криолитологических исследований. М.: Недра, 1983.
Ершов Э. Д. Криолитогенез. М.: Недра, 1982.
Романовский И. И. Холод Земли. М.: Просвещение, 1980.
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора............................................................... 3
Глава 1
Что было известно о «вечной мерзлоте* и подземных льдах раньше? 9
Глава 2
Льды Земли...................................................
Лед как минерал и горная порода...................................... 16
Криосфера.......................................................... 16
Три формы оледенения Земли........................................... 19
Распространение подземных льдов...................................... 21
Подземные льды — объект науки криолитологии.......................... 34
Глава 3
В мире подземных льдов....................................... 40
Как промерзают и становятся льдистыми горные породы................ 40
Ледяные узоры под землей........................................... 46
Ледяные жилы....................................................... 52
Пласты внутриземного льда.......................................... 67
Погребенные льды.................................................... 85
Льды пещер.......................................................... 92
Глава 4
Некоторые явления, связанные с подземными льдами............. 94
Ледяные бугры пучения.............................................. 94
Следы былых подземных льдов........................................ 99
Глава 5
Когда, где и почему возникали подземные льды..................109
Остывает ли Земля?.................................................. ПО
Реликт ледниковой эпохи? ......................................... 112
Время и место зарождения «вечной мерзлоты» и подземных льдов .... 120
Климат и подземные льды............................................. 124
Глава 6
Льды в недрах иных планет Солнечной системы................. 132
Что читать о подземных льдах...................................... 139
Данилов И. Д.
Д 18 Подземные льды.— М.: Недра, 1990.— 140 с.: ил.
ISBN 5—247—00466—3
Рассказано об удивительном явлении — подземных льдах в вечно-
мерзлых недрах Земли, занимающих приблизительно одну пятую площади
всей суши. Описаны все природные типы подземных льдов: мелкие про-
слойки и крупные ледяные пласты и жилы, бугры пучения с ледяными
ядрами. Показана важность бережного обращения с легкоранимой при-
родой Севера.
Для широкого круга читателей, интересующихся проблемами, связан-
ными с изучением подземных льдов.
д 18.М080000-426 ББК 26.3
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНОЕ ИЗДАНИЕ
Данилов Игорь Дмитриевич
ПОДЗЕМНЫЕ ЛЬДЫ
Заведующий редакцией Л. А. Аважайская
Редактор издательства Л. А. Дубкова
Обложка художника А. М. Павлова
Художественный редактор В. В. Шутько
Технический редактор Л. Г. Лаврентьева
Корректор Л. В. Зайцева
ИВ № 6770
Сдано в набор 16.06.88. Подписано в печать 04.11.89. Т-06350. Формат 60Х88*/1б- Бумага книжно-
журнальная импортная. Гарнитура Литературная. Печать офсетная. Усл.-печ. л. 8,82. Усл. кр.-отт. 9,07.
Уч.-изд. л. 9,4. Тираж 52400 экз. Заказ 1319/913—4. Цена 40 коп.
Ордена «Знак Почета» издательство «Недра», 125047, Москва, пл. Белорусского вокзала, 3
ПО-3 Ленуприздата, 191104, Ленинград, Литейный пр , 55
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
Издательство «Недра»
готовит к выпуску в 1990 году
издания научно-популярной литературы
КОПЫЛОВ В. Е.
К ТАЙНИКАМ ГЕИ.
10 л. 50 к.
В популярной форме рассказано о бурении как ключе к тайни-
кам и кладовым Земли, о первых скважинах, пробуренных на Ура-
ле еще в допетровские времена. Рассмотрены различные виды бу-
ровых станков, использующиеся в наши дни при разведке место-
рождений полезных ископаемых, в шахтах, на карьерах, на место-
рождениях нефти и газа, на строительстве метро, зданий и соору-
жений.
Для широкого круга читателей, представит интерес для моло-
дежи, выбирающей профессию.
План 1990 г., № 343.
НЕКРАСОВ И. А.
ВЕЧНА ЛИ ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА?
19 л. 50 к.
В популярной форме рассказано о том, что такое вечная мерзло-
та и почему ученые занимаются ее исследованием, как проходило
промерзание земных недр, о современном развитии вечной мерзло-
ты в пределах Северного полушария Земли. Рассмотрены основные
закономерности строения мерзлой толщи, изменения ее температу-
ры и мощности. Дано представление о подземных льдах и наледях,
описаны способы и особенности строительства различных сооруже-
ний на вечной мерзлоте.
Для широкого круга читателей.
План 1990 г., № 339.
плотников н. и.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ — НАШЕ БОГАТСТВО
2-е изд. перераб. и доп. 11 л. 50 к.
В популярной форме рассказано об удивительном полезном
ископаемом — подземных водах. Рассмотрены образование, рас-
пространение и использование различных типов подземных вод в
народном хозяйстве. Особое внимание уделено водохозяйственной
деятельности человека, ее влиянию на преобразование природной
среды, на загрязнение и истощение ресурсов подземных вод,
искусственному их воспроизводству, охране окружающей среды.
Во втором издании (1-е изд.— 1976) показано значение подземных
вод как источников химического сырья и их применение в лечебных
целях.
Для широкого круга читателей.
План 1990 г., № 340.
ПОВИЛЕЙКО Р. П.
КАТАСТРОФА!
15 л. 70 к.
В популярной форме рассказано о вечной мерзлоте севера
Западной Сибири, об истории этого района, о людях, посвятив-
ших свою жизнь изучению сурового и прекрасного края.
Особое внимание уделено проблемам освоения нефтегазовых райо-
нов севера Западной Сибири, показаны недостатки в их решении,
приводящие к многомиллионным убыткам и грубым экономическим
ошибкам. Доказана необходимость создания службы наблюдения
за техногенными изменениями в районах добычи нефти и газа.
Для широкого круга читателей.
План 1990 г., № 342.
Книги издательства «Недра» можно заказать в местных мага-
зинах, распространяющих научно-техническую литературу, и в ма-
газинах — опорных пунктах издательства, адреса которых приве-
дены в аннотированном плане выпуска. Для тех, кто живет далеко
от крупных городов, работают отделы «Книга — почтой» централь-
ных магазинов:
113509, Москва, ул. Красный Маяк, д. 11, к. 1, магазин №115
199178, Ленинград, В. О., Средний пр., 61, магазин № 17
Издательство «Недра»
Сканирование - Беспалов, Николаева
DjVu-кодирование - Беспалов
Г/~
к.'
40 коп.
И. Д. Данилов
ПОДЗЕМНЫЕ
ЛЬДЫ
Льды Земли — ледники, ледовые покровы морей и особен-
но подземные льды — представляют собой во многом еще
не изученные объекты окружающей нас природной среды.
А ведь почти половину территории СССР составляют оле-
денелые, вечномерзлые породы.
О разновидностях подземных льдов, когда, где и почему
они возникли, "быть или не быть?" льдам у земной поверх-
ности в будущем, о ледяных недрах других планет Солнеч-
ной системы узнает читатель, ознакомившись с книгой.
"НЕДРА"
и
И. Д Данилов
ПОДЗЕМНЫЕ
ЛЬДЫ
и
о,