Мерзлотные формы рельефа

Мерзлотная, или криогенная, морфо-скулыгтура (греч. \ггуо& — холод, лед и §е-пв815 — происхождение) распространена в об­ласти многолетней (вечной) мерзлоты. Вечная мерзлота — это такое состояние верхнего слоя земной коры (обычно до 1 км мощности), при котором он в течение сотен и тысяч лет на­ходится в замерзшем состоянии. Зону много­летней мерзлоты называют геокриозоной или криолитозоной. В отличие от вечной мерз­лоты сезонная мерзлота сковывает поверхно­стные грунты лишь зимой на небольшую глу­бину (около 1 м), а летом они полностью от­таивают. Геокриозона охватывает полярные, субполярные и отчасти умеренные широты в северном полушарии (рис. 133) и Антарктиду. По данным Р. К. Клиге, подводная криолито-зона развита на шельфе арктических морей и на материковом склоне. Есть вечная мерзло­та и в горах, особенно в высокогорьях. Наи­более крупный ареал высокогорной мерзлоты находится в Центрально-Азиатском регионе — в пределах Памира, Тянь-Шаня, Каракорума, Гималаев. Его площадь более 2 млн км², и он простирается на юг до 27° с. ш. В верхнем плейстоцене вечная мерзлота смыкалась с ги­гантской Евроазиатской областью криолитозо-ны. Согласно В. М. Котлякову, в целом на Земле многолетнемерзлые породы занимают площадь — более 35 млн км², а в России — больше половины территории (63%).

Вечная мерзлота — реликт ледниковых эпох. Причем в эпоху максимального распро­странения покровных материковых льдов в среднем плейстоцене площадь вечной мерзло­ты хотя и увеличивалась по сравнению с со­временным состоянием, но не достигала раз­меров, свойственных последнему термическо­му минимуму плейстоцена. Именно в верхнем плейстоцене на Земле существовал наиболее обширный ареал вечной мерзлоты, особенно в Евразии (до 45° с. ш.). Мерзлота Западной Европы, Русской равнины и Западной Сиби­ри сливались с вечной мерзлотой Восточной Сибири, существующей и в настоящее время. Она сохранилась здесь благодаря резко кон­тинентальному климату с очень суровой, про­должительной и малоснежной зимой. В таких условиях снег оказывается сухим, сыпучим, не спаянным оттепельными корками («незачерст­велым»), легко передуваемым при метелевом переносе, вследствие чего часто оголяется почва. Надежным доказательством реликтового происхождения многолетней мерзлоты служит хорошая сохранность в нетленном состоянии мамонтов и шерстистых носорогов, живших в перигляциальной зоне в плейстоцене. Но в районах с крайне суровыми зимами мерзлота возникает и сейчас: в поймах и дельтах рек Северо-восточной Сибири (Лены, Яны, Инди­гирки, Колымы и др.).

В пределах геокриозоны северного полу­шария по мерзлотно-температурному режиму выделяются три подзоны: 1) север­ная подзона — сплошной вечной мерзлоты мощностью в среднем до 500 м, но местами более 1000 м, с температурой грунтов ниже — 5°С; 2) средняя подзона — прерывистой вечной мерзлоты с так называемыми тали­ками — участками, где она отсутствует (под озерами, реками); ее мощность обычно до 100 м, температура грунтов —2... —5°С; 3) южная подзона — островной вечной мерз­лоты мощностью до 25 м, с температурой грунтов 0...-2°С.

Рис. 133. Карта распространения многолетней мерзлоты в северном полушарии

В пределах геокриозоны поверхностный деятельный слой, оттаивающий летом и за­мерзающий зимой, увеличивается от первых десятков сантиметров на севере до 5—7 м на юге, но существенно варьируется из-за кли­мата, состава пород, экспозиции склонов и пр. Граница геокриозоны в целом и подзон под­вержены колебаниям вследствие глобальных потеплений и похолоданий климата в после­ледниковое время.

В горных районах с увеличением высоты гор мощность многолетнемерзлых пород воз­растает.

В мерзлых породах наблюдаются различ­ные формы льда: повсюду — как цемент в виде замерзшей воды в порах и капиллярах, довольно широко — в виде клиньев в моро-зобойных трещинах, ледяных жил и прослоек, локально — в виде линз и глыб мощностью до 20—30 м. Обычно это бывшие озерные и речные, реже морские и ледниковые глыбы.

Подземные воды геокриозоны подразделя­ются на надмерзлотные, межмерзлотные и под-мерзлотные. Особенно велика для рельефооб-разующих процессов роль грунтовых надмерз-лотных вод, заключенных в деятельном слое, над слоем постоянной мерзлоты, являющимся водоупором.

Рельефообразующие процессы геокриозо­ны весьма разнообразны: морозобойное рас­трескивание, пучение грунтов и образование наледей, термокарст, скально-морозное вывет­ривание, морозная сортировка грунтов, солифлюкция, термоэрозия, термоабразия и др. Особенностью большинства мерзлотных форм рельефа является их сложный генезис, так как криогенные процессы взаимодействуют как между собой, так и с другими экзогенными процессами. На образование рельефа сущест­венное влияние оказывает тенденция развития климата: при похолодании — восходящее раз­витие вечной мерзлоты, возникновение новых форм, которые накладываются на реликтовые, при потеплении — нисходящее развитие, раз­рушение прежних форм. Важны геологическое строение территории, вещественный состав по­род, направленность экзогенного развития — соотношение денудационных и аккумулятивных процессов и другие факторы. Среди мерз­лотных форм рельефа преобладают микро­формы и мезоформы, как на равнинах, так и в горах.

Трещинно-полигональные формы рельефа развиты на равнинах, сложенных однородны­ми мелкоземистыми породами. Это сеть поли­гонов в форме многоугольников, ограничен­ных трещинами, возникающими в результате морозобойного растрескивания при маломощ­ном снеге или на обнаженной поверхности. Размеры блоков в поперечнике могут дости­гать от нескольких десятков до сотен метров, поверхность их сначала плоская. Первона­чальная ширина трещин 3 — 5 см, глубина 0,5—0,7 м, т. е. в пределах деятельного слоя. Трещины заполняются водой, и при ее замер­зании возникают жилы в виде ледяных кли­ньев. Из года в год они растут в ширину и глубину, рассекают деятельный слой, внедря­ются в вечномерзлую толщу, вызывая вспучи­вание и выжимание грунта, благодаря чему по краям полигонов образуются валики до 1 м высотой, а поверхность грунта становится во­гнутой и заболоченной. Такой полигонально-блочный рельеф свойствен тундре («полиго­нальная тундра»). Полигонально-ячеистое строение подчеркивается растительностью: на повышениях-валиках растут лишайники, в цен­тре блоков и в межблочьях на месте тре­щин — мхи и пушица, накапливается торф.

На блоках развиты микроформы — пят­на-медальоны диаметром до 0,5 м. Они об­разуются осенью, когда плывун, зажатый меж­ду замерзающим деятельным слоем и вечно-мерзлым грунтом, под давлением прорывает поверхностный грунт и в виде «грязевого вул-канчика» изливается на поверхность. Такие тундры с голыми глинистыми пятнами, лишен­ными на первых порах растительности, часто называют «пятнистыми тундрами».

«Структурный микрорельеф» — камен­ные кольца и многоугольники — микрофор­мы рельефа на горизонтальных поверхностях, сложенных мелкоземом с включением грубо-обломочного материала. Это пятна или поли-гончики диаметром 1—2 м из мелкозема со щебнистым обрамлением-бордюром. Они воз-

никают при избыточном увлажнении деятель­ного слоя, лежащего на мерзлом грунте, в ре­зультате процессов ячеистого растрескивания, вспучивания грунта при промерзании, вымо­раживания щебня к поверхности и сортиров­ки его на поверхности от повышенного цент­ра ячей в сторону трещин. На наклонных равнинах при крутизне 5 — 6° каменные мно­гоугольники из изометричных становятся про­долговатыми, вытягиваясь вдоль линии паде­ния, и постепенно превращаются в каменные полосы, которые чередуются с полосами мел­козернистого грунта, сползающего под влия­нием солифлюкции.

Следует отметить, что вымораживание ка­менных обломков из рыхлого грунта происхо­дит не только в зоне распространения много­летней мерзлоты, но и в любом другом месте при периодическом промерзании и от­таивании грунта. В частности, типичным яв­ляется вымерзание валунов из морен москов­ского и особенно валдайского оледенений, про­должающееся до сих пор с неослабевающей интенсивностью.

Наледи образуются на днищах речных до­лин (в руслах и на поймах, иногда — на пер­вых надпойменных террасах) и в местах под­тока и выхода незамерших грунтовых вод в условиях суровых малоснежных зим. Это пло­сковыпуклые ледяные тела, образующиеся при излиянии воды и быстром замерзании ее на поверхности в условиях сильных морозов (— 30...—50 °С). В зависимости от места воз­никновения и характера питающих их вод различаются речные, озерные и ключевые на­леди. По продолжительности существования бывают сезонные, летующие и многолет­ние наледи — тарыны (по-якутски). Речные наледи образуются при сокращении живого сечения реки вследствие ее замерзания и про­мерзания; при этом образуются полыньи, вода из которых неоднократно изливается на поверхность и замерзает слой за слоем. Реч­ные наледи служат ледяным барьером для весенних вод и способствуют изменению по­ложения русла реки. Известны случаи, когда наледи брали «в плен» деревни. Речные на­леди могут протягиваться на десятки киломе­тров. Озерные наледи тоже большие по пло­щади.

Ключевые наледи возникают в местах вы­хода обильных напорных межмерзлотных или подмерзлотных вод, особенно вдоль тектони­ческих разломов. Они присущи горным обла­стям с трещиноватыми породами, чаще встре­чаются на склонах южной экспозиции, где меньше слой вечной мерзлоты и ближе к по­верхности подходят подмерзлотные воды. Ме­стоположение их постоянное. Самая большая ключевая наледь Улахан-Тарын в долине реки Момы, правого притока Индигирки, протяги­вается на 26 км при ширине 6—8 км и мак­симальной толщине льда 4 м. Такие жестко фиксированные наледи оказывают сильное воз­действие на природу окрестностей: здесь осо­бый микроклимат с невысокой летней темпе­ратурой, угнетена растительность, от наледи летом растекаются ручейки. Вред наледей ог­ромен: они разрушают дороги, коммуникации, мосты и другие сооружения.

Бугры пучения образуются на сильно влажных грунтах, особенно при подтоке грун­товых вод со стороны, в местах подземных на­ледей, когда напор подземных вод оказывает­ся недостаточным для прорыва поверхностно­го слоя грунта. Вода замерзает в виде линзы и вспучивает либо грунт, либо торф. Соответ­ственно различают минеральные и торфяные бугры пучения. По длительности существова­ния они делятся на многолетние и сезонные. Многолетние бугры пучения с ледяным ядром являются гидролакколитами и называются булгунняхами (по-якутски) или пинго (по-эскимосски). Это холмы до 30—40 м высо­той, 150—200 м в диаметре, с крутизной скло­нов 20—40°. Для образования таких мезо-форм необходим постоянный подток подзем­ных вод, поэтому они располагаются над таликами, часто на днищах бывших озерных котловин. При увеличении подземной линзы льда поверхность бугра на вершине часто раз­бивается радиально-концентрическими трещи­нами, лед ядра обнажается, летом подтаивает и «макушка» бугра проседает, в результате чего образуется кратерообразная воронка, ино­гда с водой.

Наряду с булгунняхами есть минеральные бугры пучения, состоящие из грунта с про­слойками льда. Они образуются при медлен­ной миграции воды снизу, пропитывающей грунт, замерзающей и увеличивающей объем породы. Размеры их меньше, но распростра­нены они шире, чем булгунняхи.

Торфяные бугры образуются на болотис­тых равнинах. Ядро их обычно минеральное с прослойками льда, а сверху лежит слой тор­фа. Высота их достигает 10м, поперечник — 20—40 м.

Бугры пучения разрушают дороги, строй­площадки, аэродромы, так как с них убирает­ся снег, а значит, увеличивается глубина про­мерзания и усиливается морозное пучение пород.

Термокарстовые формы рельефа — запа­дины, воронки, котловины — образуются при вытаивании ледяных линз и клиньев в местах распространения льдистых рыхлых пород. Бла­годаря неравномерному вытаиванию содержа­щегося в породе льда на поверхности возни­кают просадки и провалы, внешне напоминающие карстовые формы. Среди них есть ре­ликтовые и современные формы. Термокарсто­вые процессы проявляются в зоне деградации вечной мерзлоты, а также вызываются местными причинами, связанными с хозяйст­венной деятельностью человека: вырубкой лесов, распашкой земель. Большое значение имеют лесные пожары, в результате которых прогревается грунт, поверхность земли на по­жарищах становится черной, летом сильнее нагревается и грунт глубже протаивает. Такой же эффект производят и мелкие озера, кото­рые образуются на месте термокарстовых понижений. В них летом хорошо прогревает­ся вода, а это стимулирует более глубокое прогрессивное протаивание грунта. Увеличе­ние площади озер связано с термоабразией, т. е. оттаиванием и обрушением льдистых по­род на побережьях озер из-за отепляющего влияния вод.

Высыхание озер приводит к образованию на их месте аласов — термокарстовых кот­ловин с крутыми склонами и плоским дном. Площадь аласов — от сотен квадратных мет­ров до нескольких квадратных километров, глу­бина — 15—30 м. В них располагаются цен­ные луга, издавна используемые местными жи­телями для выпаса скота. Термокарстовые озера специально осушают и создают луговые оазисы для получения сочных кормов и заго­товки сена. Особенно много термокарстовых котловин с озерами на Центрально-Якутской равнине, на приморских Яно-Индигирской и Колымской низменностях, на севере Западной Сибири.

Термоэрозионные формы рельефа — лож­бины, промоины, рытвины и даже овражки об­разуются на склонах речных долин и аласов в местах временных водотоков. Вода воздейст­вует на льдистый грунт прежде всего терми­чески, довольно легко врезаясь в него, и по­том механически, унося оттаявшую и оплыва­ющую породу. Если термокарстовые просадки и термоэрозионные промоины-рытвины обра­зуются на месте морозобойных трещин по меж-блочьям, то блоки-полигоны превращаются в бугры клумбовидной формы диаметром до 10 м и высотой более 2—3 м — байджара-хи (по-якутски). Они нередко располагаются в шахматном порядке, образуя целые колонии бугров.

Чаще всего термоэрозионные процессы сти­мулируются деятельностью человека — рыть­ем канав под коммуникации, прокладкой до­рог, сбросом промышленных вод; снятие дер­нины, пропуск относительно теплых вод приводят к таянию грунтов и возникновению по линии протаивания эрозионных форм. Раз­витие термоэрозии протекает очень быстро (иногда в течение нескольких часов) и является серьезной проблемой при освоении се­верных равнинных территорий, например Яма­ла и Гыданского полуострова.

Криогенно-денудационные формы разви­ты в горах, на нагорьях, плоскогорьях и пла­то, сложенных твердыми породами и являю­щихся областями разрушения и сноса. Там интенсивно протекает скально-морозное выве­тривание. В результате на выровненных уча­стках образуются плащеобразные скопления глыбово-щебнистого материала — так назы­ваемые каменные моря. Они служат источ­ником материала для плоскостных и линей­ных курумов — каменных рек. Останцы выветривания причудливых очертаний на месте устойчивых пород называются кигил-ляхами.

На склонах гор в высотной гольцовой зо­не — выше границы лесов и лугов — широ­ко распространены денудационные нагорные террасы — пологонаклонные (3—5°) пло­щадки шириной в сотни метров, перекрытые с поверхности маломощным чехлом обломоч­ного материала. С внешней стороны они ограничены уступами крутизной 25— 30°, сложенными твердыми породами. Число их мо­жет быть различным. Они образуются вслед­ствие более интенсивного морозного выветри­вания в понижениях на склонах, где зимой за счет метелевого переноса образуется «снеж­ный забой». Весной грунты здесь сильно увлажняются и поэтому в большей степени подвергаются морозному выветриванию. В ре­зультате понижения расширяются и сливают­ся между собой, образуя нагорные террасы. В удалении продуктов выветривания с площа­док участвует солифлюкция.

Криосолифлюкционный рельеф в виде натечных языков весьма широко распро­странен на склонах в зоне многолетней мерз­лоты. О нем говорилось в теме «Склоновые процессы».

В распространении существующего мерз­лотного рельефа на равнинах наблюдается определенная зональность. В северной мерз-лотно-климатической подзоне на приморских низменностях преобладают полигональный рельеф, бугры поучения, местами термокарст. В средней подзоне шире развиты процессы солифлюкции, термокарст. В южной подзоне криогенная морфоскульптура ограничена и представлена в основном разными формами термокарста и термоэрозии, часто реликто­выми.

Наряду с зональностью существуют и про­винциальные различия, обусловленные степе­нью континентальности климата. Например, в европейской тундре типичен термокарст, ма­ло бугров пучения и трещинно-полигональных форм, наледи небольшие и образуются редко. В резко континентальном климате на северо-востоке Сибири с суровыми продолжительны­ми зимами многочисленны наледи, бугры пучения, блочно-полигональный рельеф. Нарушают зонально-провинциальные закономер­ности горы, нагорья, плоскогорья, на которых господствуют криогенно-денудационные и солифлюкционные формы рельефа.