Термокарст

Термокарст — это процесс неравномерного проседания грунтов и горных пород, а также образования отрицательных форм рельефа (западин, воронок, котловин), происходящий вследствие вытаивания подземного льда или оттаивания мёрзлых пород. Термокарст относится к криогенным (мерзлотным) геологическим процессам и широко распространён в областях распространения многолетнемёрзлых пород (криолитозоны), в первую очередь на территории России, Канады, Аляски и в высокогорных районах.

Механизм и причины возникновения

Основной причиной развития термокарста является нарушение теплового баланса в верхних слоях литосферы, приводящее к оттаиванию подземных льдов или мёрзлого грунта. Это может быть вызвано как естественными факторами, так и антропогенным воздействием.

Естественные причины

К естественным причинам относятся:

• Климатические изменения: повышение среднегодовой температуры воздуха, увеличение мощности сезонно-талого слоя, изменение количества осадков.
• Лесные пожары: уничтожение растительного покрова и мохово-торфяного слоя, которые выполняют теплоизолирующую функцию, приводит к увеличению глубины протаивания.
• Термоабразия и термоэрозия: разрушение берегов рек и морей, сопровождающееся обнажением и последующим таянием льдистых пород.
• Гидрологические изменения: образование озёр, изменение русла рек, подтопление территорий.

Антропогенные причины

Деятельность человека значительно ускоряет и активизирует термокарстовые процессы:

• Строительство и эксплуатация инфраструктуры: прокладка дорог, трубопроводов, линий электропередач, строительство зданий и сооружений без учёта мерзлотных условий.
• Вырубка лесов и нарушение растительного покрова.
• Сброс тёплых вод промышленных и коммунальных предприятий.
• Добыча полезных ископаемых открытым способом.

Формы проявления и типы термокарстовых образований

В результате термокарста образуются специфические формы рельефа, которые могут быть как небольшими, так и занимать значительные площади.

Основные формы рельефа

• Термокарстовые западины (аласы): плоскодонные понижения, часто округлой или овальной формы, образующиеся при вытаивании крупных залежей подземного льда. Характерны для Центральной Якутии. Аласы могут достигать десятков километров в диаметре и глубины до 30-40 метров.
• Термокарстовые воронки: небольшие (от нескольких метров до десятков метров) конусообразные углубления, возникающие при протаивании локальных скоплений льда.
• Термокарстовые озёра: водоёмы, заполняющие термокарстовые понижения. Они являются характерным элементом ландшафта многих регионов криолитозоны. Процесс образования озёр может быть циклическим: после формирования озера его термическое воздействие на дно и берега усиливает дальнейшее протаивание, что приводит к расширению водоёма. Впоследствии озеро может спуститься, и на его дне образуется алас.
• Байджарахи: холмики или бугры, образующиеся при неравномерном протаивании льдистых пород, когда сохранившиеся участки грунта возвышаются над окружающей поверхностью.
• Термокарстовые котловины: крупные понижения, часто неправильной формы, возникающие при слиянии нескольких западин или в результате вытаивания мощных пластовых льдов.

Классификация по масштабу

По масштабу проявления термокарст подразделяют на:

• Площадной (региональный): охватывает обширные территории, связан с общим потеплением климата или региональными изменениями природных условий.
• Локальный (очаговый): приурочен к конкретным участкам, часто связан с антропогенным воздействием или локальными природными аномалиями.

География распространения

Термокарст наиболее широко распространён в криолитозоне, которая занимает около 65% территории России. Основные регионы развития процесса:

• Северо-Восток России: Якутия, Магаданская область, Чукотка. В Центральной Якутии термокарстовые аласы являются одним из доминирующих типов ландшафта.
• Западная Сибирь: полуострова Ямал, Гыданский, Тазовский. Здесь термокарст активно развивается в связи с добычей углеводородов и изменением климата.
• Арктические острова: Новая Земля, Северная Земля, Новосибирские острова.
• Горные районы: Урал, Алтай, Саяны, Кавказ (в высокогорной зоне распространения многолетней мерзлоты).
• Северная Америка: Аляска (США), Северная Канада.

Последствия и значение

Термокарст оказывает существенное влияние на природные и антропогенные системы.

Экологические последствия

• Изменение ландшафтов: образование новых озёр, болот, изменение гидрологического режима территорий.
• Эмиссия парниковых газов: при оттаивании мёрзлых пород высвобождаются большие объёмы органического углерода, который под действием микроорганизмов разлагается с образованием метана (CH₄) и углекислого газа (CO₂), усиливая парниковый эффект. По оценкам учёных, в мёрзлых породах Земли содержится около 1,5 триллиона тонн углерода, что вдвое превышает его количество в атмосфере.
• Разрушение почвенного покрова и нарушение среды обитания растений и животных.

Инженерно-геологические последствия

Термокарст представляет серьёзную опасность для инфраструктуры, построенной на многолетнемёрзлых грунтах:

• Деформация и разрушение зданий и сооружений: неравномерные осадки фундаментов приводят к трещинам, перекосам, аварийным состояниям.
• Повреждение линейных объектов: разрывы трубопроводов (в том числе нефте- и газопроводов), деформация дорожного полотна, разрушение опор линий электропередач и связи.
• Аварии на промышленных объектах: утечки нефтепродуктов, химических веществ, загрязнение окружающей среды.

Экономическое значение

Экономический ущерб от термокарста в России оценивается в миллиарды рублей ежегодно. Особенно остро проблема стоит в районах интенсивного промышленного освоения Севера — в Ямало-Ненецком автономном округе, на севере Красноярского края, в Якутии. Затраты на ремонт и восстановление инфраструктуры, а также на проектирование и строительство объектов с учётом мерзлотных условий, составляют значительную часть бюджета регионов.

Методы изучения и мониторинга

Для оценки и прогнозирования термокарстовых процессов используются различные методы:

• Полевые исследования: геокриологическая съёмка, бурение скважин, термометрические наблюдения (измерение температуры грунтов), георадарное зондирование.
• Дистанционное зондирование: анализ спутниковых снимков (оптических и радарных) для выявления термокарстовых форм рельефа, оценки их динамики и площадей распространения. Используются данные спутников Landsat, Sentinel, SPOT и других.
• Геоинформационные системы (ГИС): создание карт и моделей, прогнозирующих развитие термокарста при различных сценариях изменения климата и антропогенной нагрузки.
• Математическое моделирование: расчёт теплового поля грунтов, оценка глубины протаивания, прогноз осадок.

Интересные факты

• Термокарстовые озёра являются важным источником метана — одного из наиболее активных парниковых газов. В результате таяния подводной мерзлоты на дне озёр образуются пузырьки метана, которые могут достигать значительных размеров.
• В Якутии термокарстовые аласы используются для сенокошения и выпаса скота, так как на их дне формируются плодородные луговые почвы.
• В 2020 году на полуострове Ямал был зафиксирован случай образования крупного термокарстового кратера (воронки газового выброса), который, по мнению учёных, мог быть связан с деградацией многолетней мерзлоты и высвобождением газа гидратов.

Источники

• Геокриология СССР. Под редакцией Э. Д. Ершова. — М.: Недра, 1988.
• Общее мерзлотоведение (геокриология). Под редакцией В. А. Кудрявцева. — М.: Изд-во МГУ, 1978.
• Романовский Н. Н. Основы криогенеза литосферы. — М.: Изд-во МГУ, 1993.
• Шполянская Н. А. Криолитозона и её изменения в условиях глобального потепления климата. — М.: Научный мир, 2011.
• Рубцов А. В., Хименков А. Н. Термокарст: механизмы, формы проявления, геоэкологические последствия. — М.: ГЕОС, 2019.