Многолетняя мерзлота

Многолетняя мерзлота (также вечная мерзлота, криолитозона) — часть криосферы Земли, характеризующаяся горными породами, почвами и грунтами, которые в течение длительного времени (от двух и более лет) находятся при отрицательных температурах (ниже 0 °C). Многолетняя мерзлота является одним из ключевых компонентов природной среды полярных и высокогорных регионов, определяя гидрогеологические, геокриологические и ландшафтные особенности обширных территорий. Занимает около 24 % поверхности суши Северного полушария, преимущественно в России, Канаде, на Аляске (США), в Скандинавии и Гренландии. В России многолетняя мерзлота распространена на территории Сибири, Дальнего Востока и Арктической зоны, составляя около 65 % площади страны.

История изучения

Первые научные описания многолетней мерзлоты относятся к XVII–XVIII векам, когда русские землепроходцы и учёные (С. П. Крашенинников, И. Г. Гмелин) фиксировали промерзание грунтов в Сибири. В XIX веке систематические исследования начали проводить горные инженеры и геологи, связанные с освоением золотых приисков и строительством Транссибирской магистрали. В 1828 году Ф. Шергин в Якутске пробурил шурф глубиной 116,4 м, вскрывший толщу мёрзлых пород; этот объект известен как «Шергинская шахта». В 1920–1930-х годах с развитием промышленного освоения Севера в СССР была создана научная школа мерзлотоведения (геокриологии). Основателем её считается М. И. Сумгин, опубликовавший в 1927 году монографию «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР». В 1939 году был основан Институт мерзлотоведения имени В. А. Обручева (ныне — Институт мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН). В послевоенные годы активное изучение криолитозоны стимулировалось строительством городов (Норильск, Воркута, Якутск), трубопроводов и железных дорог в условиях вечной мерзлоты. В конце XX — начале XXI века исследования сместились в сторону глобального потепления, так как таяние многолетней мерзлоты оказывает значительное влияние на климат, инфраструктуру и экосистемы.

Формирование и распространение

Условия образования

Многолетняя мерзлота формируется в регионах с суровым климатом, где среднегодовая температура воздуха ниже 0 °C, а мощность снежного покрова недостаточна для теплоизоляции грунта. Основные факторы:

• Климат: продолжительные холодные зимы, короткое прохладное лето.
• Геологическое строение: состав и теплопроводность пород (например, песчаники промерзают быстрее глин).
• Гидрогеология: наличие или отсутствие подземных вод, которые могут препятствовать промерзанию.
• Рельеф: в низинах и на северных склонах мерзлота сохраняется лучше, чем на южных склонах и возвышенностях.

Географическое распространение

Многолетняя мерзлота характерна для:

• Арктической зоны (север Канады, Аляска, Гренландия, арктические острова России).
• Субарктической зоны (север Сибири, Дальний Восток, Камчатка, север Скандинавии).
• Высокогорий (Тибет, Гималаи, Анды, Альпы, горы Восточной Сибири).

В России наибольшие площади криолитозоны находятся в Якутии (около 95 % территории), Магаданской области, Чукотском автономном округе, Красноярском крае (северные районы), а также в Республике Коми и Ненецком автономном округе. Южная граница распространения многолетней мерзлоты в России проходит примерно по линии: Кольский полуостров — Архангельская область — Ханты-Мансийский автономный округ — Иркутская область — Забайкалье.

Строение и типы

Классификация по распространению

• Сплошная (непрерывная) мерзлота — занимает более 90 % площади региона; разрывы (талики) встречаются редко. Характерна для крайнего севера (арктические острова, север Якутии).
• Прерывистая (островная) мерзлота — занимает от 50 до 90 % территории; чередуется с участками талых грунтов. Типична для южных частей криолитозоны (например, Забайкалье).
• Островная мерзлота — занимает менее 50 % площади; встречается отдельными пятнами среди талых пород. Характерна для южных границ распространения (например, в горах Южной Сибири).

Вертикальное строение

В разрезе многолетнемёрзлой толщи выделяют:

• Деятельный слой (сезонно-талый) — верхняя часть грунта, которая оттаивает летом и промерзает зимой. Мощность варьирует от 0,2–0,5 м в Арктике до 3–5 м в южных районах.
• Многолетнемёрзлая толща — постоянно мёрзлые породы, мощность которых может достигать 1,5 км (в районе реки Мархи в Якутии — до 1,5 км, по данным бурения).
• Подмерзлотные воды — талые подземные воды, залегающие ниже мёрзлой толщи.

Подземные льды

В составе многолетней мерзлоты часто встречаются подземные льды — ледяные тела различной формы и происхождения:

• Сингенетические — формируются одновременно с накоплением осадков (например, ледяные жилы в полигональных грунтах).
• Эпигенетические — образуются после накопления осадков (например, линзы льда в трещинах).
• Инъекционные (бугры пучения) — возникают при замерзании подземных вод, образуя бугры (например, гидролакколиты — «булгунняхи» в Якутии).

Влияние на климат и экосистемы

Углеродный цикл

Многолетняя мерзлота содержит огромные запасы органического углерода (по оценкам, около 1 400–1 600 гигатонн), накопленного за десятки и сотни тысяч лет. При таянии мёрзлых пород органическое вещество разлагается микроорганизмами, выделяя углекислый газ (CO₂) и метан (CH₄) — парниковые газы. Этот процесс может усиливать глобальное потепление, создавая положительную обратную связь.

Экосистемы

Криолитозона формирует специфические ландшафты:

• Тундра — безлесные пространства с мхами, лишайниками, кустарничками.
• Лесотундра — переходная зона с угнетёнными деревьями (лиственница, ель).
• Тайга на мерзлоте — редкостойные леса с поверхностной корневой системой (лиственница Каяндера, сосна сибирская).

Мерзлота ограничивает развитие корневых систем, замедляет разложение органики, способствует заболачиванию и формированию термокарстовых озёр.

Термокарст и криогенные процессы

При оттаивании мёрзлых грунтов возникают:

• Термокарст — проседание поверхности с образованием западин, озёр, воронок.
• Солифлюкция — медленное течение переувлажнённых грунтов по склонам.
• Наледи — выходы подземных вод на поверхность с образованием ледяных полей.
• Морозобойное растрескивание — образование трещин в грунте, заполняющихся льдом (полигональные грунты).

Хозяйственное освоение

Инфраструктура

Строительство в зоне многолетней мерзлоты требует специальных инженерных решений. Основные методы:

• Свайные фундаменты — здания опираются на сваи, погружённые в мёрзлый грунт, чтобы избежать теплопередачи и протаивания.
• Термостабилизация грунтов — использование сезонно-действующих охлаждающих устройств (термосваи, вентилируемые подполья).
• Насыпи и дренаж — для дорог и трубопроводов применяют теплоизоляционные насыпи (шлак, пенополистирол) и системы отвода тепла.

Примеры крупных объектов: Норильский промышленный район, Якутская ГРЭС, нефтепровод «Восточная Сибирь — Тихий океан» (ВСТО), железная дорога Беркакит — Томмот — Якутск.

Проблемы и риски

• Деградация мерзлоты из-за глобального потепления и техногенного воздействия ведёт к деформации зданий, разрушению дорог, утечкам из трубопроводов.
• Выбросы метана из тающих болот и озёр — дополнительный фактор климатических изменений.
• Эрозия берегов в Арктике — таяние мёрзлых пород ускоряет разрушение береговой линии (до 10–30 м в год на некоторых участках).

Исследования и мониторинг

Научные исследования многолетней мерзлоты ведутся в рамках международных программ (например, Международная ассоциация мерзлотоведения, проект Global Terrestrial Network for Permafrost). В России действуют стационары и обсерватории: «Игарка», «Тикси», «Якутск», «Надым», «Воркута». С 2010-х годов активно используются спутниковые данные (радарная интерферометрия, тепловая съёмка) для мониторинга изменений поверхности. В 2021 году в России запущена программа «Единая система мониторинга многолетней мерзлоты» (Росгидромет), предусматривающая создание сети наблюдательных скважин.

Интересные факты

• Самая глубокая скважина, вскрывшая многолетнюю мерзлоту, пробурена в Якутии (район реки Мархи) — глубина 1 465 м.
• В зоне многолетней мерзлоты найдены хорошо сохранившиеся останки плейстоценовых животных: мамонты, шерстистые носороги, бизоны. В 2012 году в Якутии обнаружена туша мамонтёнка Юки (возраст около 34 тыс. лет).
• В криолитозоне возможно захоронение радиоактивных отходов, однако этот метод вызывает экологические риски из-за потенциального таяния.

Источники

• Сумгин М. И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. — Владивосток, 1927.
• Общее мерзлотоведение / Под ред. В. А. Кудрявцева. — М.: Изд-во МГУ, 1978.
• Геокриология СССР. Европейская территория СССР / Под ред. Э. Д. Ершова. — М.: Недра, 1988.
• Достовалов Б. Н., Кудрявцев В. А. Мерзлотоведение. — М.: Изд-во МГУ, 1967.
• IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate (SROCC), 2019.
• Романовский Н. Н. Основы криогенеза литосферы. — М.: Изд-во МГУ, 1993.
• Доклад «Изменение климата и многолетняя мерзлота в России: оценка рисков и адаптация» (Росгидромет, 2022).