Вечная мерзлота | ТМ 1938-06

A. ЛОКЕРМАН

Путешественники, пересекающие просторы Сибири, Забайкалья, Колымы, часто наблюдают замечательные и загадочные явления.

...В тайге прошел пожар, и там, где была зеленая непроходимо густая заросль, остаются лишь обугленные стволы и черная обожженная земля. Но пожар меняет не только облик леса. Иногда там, где раньше был ровный или даже возвышенный участок, после пожара образуются впадины. Талые воды быстро превращают эти впадины в озера. Обугленные стволы долго еще торчат из воды, как свидетели загадочных превращений.

Путешественники давно уже обратили внимание и на другую особенность тайги. Бури и сильные ветры производят в ней огромные разрушения, образуют «ветровалы», многокилометровые пространства, сплошь покрытые поваленными, вырванными с корнями деревьями. В лесах средних широт действие ветра сказывается гораздо меньше. Почему же так слабо сопротивляются ветру деревья тайги?

За Полярным кругом, где леса постепенно исчезают, начинается тундра — заболоченная, поросшая мхами полярная пустыня. Советская власть пробуждает к жизни и эту, ранее бесплодную область. Самолет стал важнейшим средством связи с тундрой. Казалось бы, что эта безлесная равнина должна представлять собой сплошной естественный аэродром. Но летчики полярной авиации знают, что найти посадочную площадку в тундре почти невозможно. Аэродромами там служат озера и реки. Происходит это потому, что в тундре развиты так называемые «медальонные почвы». Голые бугры чередуются с поросшими мхом впадинами. В некоторых местах пытались выровнять поверхность тундры, бугры срывали, но они вырастали вновь.

Такие таинственные бугры появляются не только в тундровой полосе. В Забайкалье, на запасных путях станции Урша, зимой 1926 г. вырос бугор высотой в 2 м. Он выпирал с такой силой, что не только поднял и изогнул рельсы, но даже разорвал соединяющие их накладки. Бугор существовал всю зиму, весной исчез, но в следующую зиму появился снова.

Такие же удивительные явления происходят зимой на северных реках нашей страны. Лед, толстым слоем покрывающий реку, в каком-нибудь месте вздувается и образует курган, иногда достигающий высоты двухэтажного дома. Из трещин в нем начинает вытекать вода, она течет по льду и снегу.

Там, где берега реки невысоки, вода растекается далеко в стороны и замерзает, перегораживая дороги и разрушая постройки.

Жители северных городов давно знакомы с другими, не менее странными происшествиями. Строится каменный дом. Добротное здание, казалось, будет нерушимо стоять десятилетия. Но не проходит и года, как в полу и стенах образуются трещины, окна и двери перекашиваются. Какая-то мощная сила ломает дом.

Так разрушались здания, построенные на вечной мерзлоте без предохранительных мер. Рейка показывает уровень провалившегося бетонного пола.

Бывает и так: где-нибудь в тайге стоит одинокая бревенчатая избушка; деревья вокруг потрескивают от мороза, а в избе тепло, докрасна накалена печь; вдруг под полом слышится журчание, неожиданно показывается вода; она прибывает так быстро, что люди не успевают вытащить вещи; вода заполняет дом, выливается наружу из окон и щелей и замерзает причудливыми струями; изба превращается в коробку, заполненную льдом.

Здания, в которые проникла наледная вода. Вода вытекает из окон и щелей и замерзает причудливыми струями. Дома превращаются в коробки, наполненные льдом.

Установлено, что все эти явления наблюдаются в районах вечной мерзлоты, т. е. в тех областях, где земля на некоторой глубине постоянно находится в мерзлом состоянии.

Что же представляет собой вечная мерзлота, как она вызывает все эти странные явления, какими мерами можно бороться с ней и предупреждать ее разрушительное действие?

В 1827 г. в Якутске при рытье колодца обнаружили твердую «железную землю», залегающую под тонким талым слоем почвы. Эта железная земля очень трудно поддавалась проходке, но город нуждался в питьевой воде, и рытье колодца не прекращали. Колодец углубили на 10 м ниже уровня реки Лены. Земля все время оставалась мерзлой. Надежда добраться до воды была потеряна, но, по просьбе бывших в то время в Якутске ученых, колодец продолжали рыть уже с научной целью, чтобы узнать, где же кончается мерзлота.

Колодец рыли десять лет. Работу прекратили на глубине около 120 м, так и не узнав, где кончается вечная мерзлота. На дне колодца температура земли была минус 3°. Этот якутский колодец приобрел широкую известность в науке как первая горная выработка в области вечной мерзлоты и до сих пор является объектом изучения.

Сообщения русских исследователей об этом неожиданном открытии показались настолько невероятными, что большинство ученых в других странах отказалось им верить.

Знаменитый естествоиспытатель Леопольд фон Бух писал:

«Известие о том, что в Якутске при рытье колодца нашли мерзлую землю, не следовало бы повторять, как доселе делается. Показания казаков не должно было бы употреблять для подкрепления столь странного и невероятного факта».

Маститый ученый не мог представить, что могучие леса Севера растут на фундаменте ледяной, мертвой земли. Русские ученые показали, что деревья в зоне вечной мерзлоты приспособили к этой особенности свою корневую систему. Корни у них не идут в глубь земли, как у деревьев в обычных условиях, а расстилаются по ее поверхности почти горизонтально. Этим и объясняется слабая способность деревьев северного леса сопротивляться ветрам.

Возражения кабинетных ученых не могли закрыть открытой «Америки». Вечную мерзлоту во все новых местах обнаруживали не только ученые, но и практические работники самых различных специальностей: горняки, инженеры, дорожные строители. Однако на основании разрозненных, случайных открытий нельзя было определить распространения вечной мерзлоты, найти способы борьбы с ней.

Всестороннее изучение вечной мерзлоты развернулось только при советской власти. Теперь установлено, что вечная мерзлота в нашей стране покрывает площадь, равную 10 млн. кв. км. Вся территория Советского Союза — 21.2 млн. кв. км. Следовательно, почти половина нашей страны таит в своих недрах вечно мерзлые толщи! Как видно на приводимой карте, составленной проф. Сумгиным, вечная мерзлота занимает всю северо-восточную часть СССР.

Вся северо-восточная часть СССР охвачена вечной мерзлотой. Густая штриховка показывает районы сплошной вечной мерзлоты. Южнее вечная мерзлота перемежается с талым грунтом. Пунктиром указана предполагаемая южная граница вечной мерзлоты, уходящая за пределы СССР.

Кроме этого грандиозного полярного массива вечной мерзлоты, известны отдельные острова ее у Новосибирска, Уфы, Еревани и даже у Минеральных Вод на Кавказе. За последние годы широкое распространение вечной мерзлоты установлено и на Памире.

В Северной Америке вечная мерзлота покрывает почти все пространство, расположенное севернее 55-й параллели. Известна она и в Антарктике. По последним сведениям, общая площадь вечной мерзлоты на земном шаре определяется в 14 млн. кв. км, что составляет 1/10 всей земной суши.

Мощность вечной мерзлоты, т. е. толщина ее слоя, на этой громадной и мало еще изученной территории очень непостоянна. Так, в Прибайкалье она колеблется от 1 до 30 м, в Дальневосточном крае — до 50 м. В низовьях Енисея достигает 100 м и более, а в Амдерме бурением обнаружена мерзлота мощностью свыше 273 м. Эта толща является наибольшей известной в мире. При этом в Амдерме, так же, как и в Якутске, вечная мерзлота не пройдена до конца, и о том, какова ее полная мощность, можно только предполагать.

Так же различна и глубина залегания вечной мерзлоты от земной поверхности. Часто поверхностный, так называемый деятельный слой земли, который летом оттаивает, а зимой промерзает, непосредственно налегает на вечную мерзлоту. В других местах, где вечная мерзлота начинается на глубине нескольких метров, между ней и деятельным слоем располагается грунт, постоянно находящийся в талом состоянии.

Схематический разрез толщи вечной мерзлоты севернее Иркутска. Вечная мерзлота залегает неодинаково. В одних местах она вплотную подходит к деятельному слою, в других — между ним и вечной мерзлотой залегает слой постоянно талой почвы.

Во многих местах толща вечной мерзлоты не имеет сплошного характера. Например, на станции Урша в Забайкалье она разделена пятью пластами талой почвы, имеющей положительную температуру. Причина такого слоистого строения оставалась непонятной до тех пор, пока не обнаружили, что талые слои богаты водой. Это открытие опровергло представление о том, что в зоне вечной мерзлоты нет подземных вод. Вода проникает в глубь земли, она несет с собой тепло и, как кровеносный сосуд, пронизывает мерзлую толщу. Там, где такое «водяное отопление» действует постоянно, образуется слой талой почвы. Если приток тепла недостаточен, вода превращается. в лед.

*

Непрерывная война между теплом и холодом, между водой и льдом — своеобразнейшая особенность области вечной мерзлоты. Она-то и является причиной образования наледей, впадин на месте пожарища, медальонных почв и других загадочных особенностей Севера. Борьба эта принимает особенно ожесточенный характер, когда у подземной мерзлоты появляется союзник — зимний холод.

Проследим, как происходит образование грандиозных наледей на реках и озерах Сибири. Реки на Севере промерзают очень глубоко. Быстро растущий пласт льда с громадной силой давит на воду. Давление его обусловлено тем, что лед занимает больший объем, чем вода, из которой он образовался. Но на дне реки, под речными наносами, залегает непроницаемая вечная мерзлота. Избыток воды не может уйти в почву. Сжимаемая в тисках между мерзлотой и льдом, вода ищет выхода из-под этого пресса и прорывается на поверхность там, где сопротивление слабее.

В 1928 г. возле моста через реку Окон вода сильно взбугрила лед. Ночью 28 марта был лютый мороз. Возросший ледяной покров стал давить на воду с особенной силой, и на рассвете один из бугров — целый холм с диаметром основания в 30 м и высотой в 4 м — взорвался с оглушительным грохотом. Взрыв разбросал в стороны громадные глыбы льда, которые в несколько секунд срезали мост. Хлынувший бурный поток далеко унес его обломки. Глыбы льда удалось замерить. Общий вес их достигал 500 т. Наибольшая глыба имела объем в 285 куб. м.

Характерно, что многие наледи образуются вдали от рек и ручьев. Они вырастают в виде бугров среди леса или тундры и особенно часто появляются вблизи от дорог и построек. Так на протяжении 728 км Амурск-Якутской магистрали каждую зиму обычно в одних и тех же местах образовывалось около 120 наледей. На некоторых участках дорога становилась совершенно непроезжей.

Происхождение этих «сухопутных» наледей легко понять по аналогии с речными. Причина здесь также кроется в вечной мерзлоте. Разница заключается лишь в том, что наледь образуется не речной водой, а грунтовой, которая зимой оказывается зажатой между вечной мерзлотой и промерзающим поверхностным слоем земли. Стремясь найти выход, вода нарушает поверхностный слой там, где его сопротивление меньше. Этим объясняется, что бугры грунтовых наледей часто выпирают под постройками, где земля теплее.

Как образуются грунтовые наледи. Вода оказывается в тисках между вечной мерзлотой и промерзающим деятельным слоем. Превращаясь в лед, она расширяется и выпирает почву бугром.

В более южных районах бугры грунтовых наледей летом обычно исчезают, подобно тому «загадочному» бугру, который появлялся на станции Урша. На Крайнем Севере такие бугры носят более устойчивый характер, Медальонные почвы тундр — одна из их разновидностей.

Наледи и бугры, появляющиеся близ мостов, дорог и построек, приносят громадные убытки, парализуют движение и являются подлинным бедствием. Но советские ученые нашли простой способ борьбы со всякими наледями.

При изучении наледей Амуро-Якутской магистрали наши ученые обратили внимание, что бугры вырастали обязательно вблизи от дороги и послушно следовали за всеми ее изгибами. Местные, жители утверждали, что до строительства дороги наледи в этих местах не показывались. Эта особенность наледей объяснилась очень просто. С дороги снят растительный и почвенный покров. Поэтому земля промерзает на ней глубже, чем на соседних участках, образуя как бы мерзлую плотину под самой дорогой. Грунтовая вода, встречая этот барьер и не имея возможности пробить его, прорывается наверх в непосредственной близости от дороги. Образуется наледь, которая быстро вырастает и перегораживает дорогу. У мостов земля также обнажена больше, чем на других прибрежных участках. Река здесь промерзает глубже, иногда до самого дна. Получается, как бы ледяная плотина, которая заставляет воду искать обходных путей. Это и вызывает частое появление наледей именно близ мостов.

После того как явление стало понятным, борьба с ним оказалась очень простой. В тех местах, где появляется наледь, на некотором расстоянии от дороги или сооружения, на пути грунтовых вод, очищают почву от снега, снимают растительный покров, иногда даже срывают верхний слой почвы и тем самым искусственно создают под этим местом такой же ледяной барьер, какой образуется под дорогой. Грунтовые воды натыкаются на этот предохранительный барьер и образуют здесь безвредную наледь. Эти мерзлотные пояса применяются теперь во всех районах Советского Севера как надежные защитники дорог и мостов.

*

Не менее простые и в то же время удачные способы применяются теперь и для того, чтобы предохранить от разрушения здания, стоящие на вечной мерзлоте. Эти разрушения иногда в необычайно короткий срок выводили из строя самые крепкие здания.

Для того чтобы избежать таких разрушений, строители применяют теперь разные способы в зависимости от того, на какой глубине залегает пласт вечной мерзлоты и какова его мощность. Там, где этот пласт незначителен, его просто уничтожают: снимают на лето моховой покров и прогревают солнцем. Но в громадном большинстве случаев выгоднее сохранить вечную мерзлоту под фундаментом, не давая ей превращаться в плывунные массы. Для этого под фундамент закладывают термическую «подушку» — бетонный или песчаный слой, который предохраняет вечную мерзлоту от поверхностного нагревания.

Иногда котлован фундамента охлаждается искусственно с помощью специальных труб. Под фундамент закладываются чугунные или деревянные трубы, концы которых выведены наружу. Летом эти трубы затыкаются, чтобы не пропускать к фундаменту теплый воздух, зимой они открываются, и морозный воздух циркулирует по ним, уничтожая влияние того тепла, которое передается на фундамент через пол и стены.

Существует еще много других способов, которые применяются строителями в условиях вечной мерзлоты. Строители отводят в сторону грунтовые и особенно теплые наружные воды (от бань, кухонь и т. д.), чтобы они не проникали под здание. Под печами кладется слой асбеста или другого изолирующего вещества. В некоторых случаях применяются пустотелые кирпичи, чтобы уменьшить вес здания, так как давление значительно облегчает таяние льда.

Опыт советского строительства на Севере показывает, что на вечной мерзлоте можно спокойно строить любые крупные и ответственные сооружения. Заводы на Игарке, крупные сооружения в Анадыре и на Колыме, железнодорожные постройки и другие здания, возведенные с применением этих способов, стоят уже много лет без малейших признаков повреждения.

Вечная мерзлота влияет на все отрасли хозяйства Севера.

Долгое время считали мерзлоту почвы непреодолимым препятствием для развития земледелия. Когда-то воевода Головин сообщал: «А во Якутском-де, государь, хлебной пашни не чаять; земля-де, государь, и середи лета вся не растаивает». Воевода ошибся. Первыми людьми, положившими начало культурному земледелию в области вечной мерзлоты, были ссыльные декабристы Кюхельбекер, Муравьев, Вегелин.

Теперь в многочисленных совхозах Якутии и даже далеко за Полярным кругом, на Игарке, в Хибинах, вызревают огурцы, помидоры, редис и всевозможные другие овощи — лучшие защитники от цинги. Советские агрономы культивируют морозоустойчивые сорта семян. Различными способами производят так называемую тепловую мелиорацию почвы. Искусственными заграждениями увеличивают на полях снежный покров. С осени оставляют высокое жнивье, чтобы земля промерзала возможно меньше. Весной проводят весенние палы, сжигая прошлогоднюю траву. Почерневшая посте палов земля сильнее нагревается солнцем и быстро оттаивает на достаточную глубину.

Вечная мерзлота, эта «железная земля», почти не поддающаяся ни лому, ни лопате, сильно затрудняет добычу полезных ископаемых. Золото, олово, вольфрам и другие богатства, лежат скованные ею. Для того чтобы вырвать их из недр земли, вечную мерзлоту предварительно уничтожают. Самый простой и вместе с тем широко распространенный способ — это работа по очереди несколькими забоями. Дойдя до мерзлоты, рабочие переходят на следующий участок и возвращаются к первому забою тогда, когда слой вечной мерзлоты уже оттает на достаточную глубину.

Применяются и более механизированные способы борьбы с вечной мерзлотой на приисках и рудниках. Подготовительные работы производятся ранней весной сразу на большом участке. Верхний слой земли снимается ленточным экскаватором или гидравликой — мощной струей воды, подаваемой под большим напором. Обнаженный слой мерзлоты быстро прогревается жарким, летним солнцем.

Иногда прогревание слоя вечной мерзлоты производится с помощью паротайки. Пар подается по шлангам к участку, который нужно прогреть, и через металлические наконечники, забиваемые в землю, быстро уничтожает мерзлоту грунта.

*

С чем связано появление вечной мерзлоты и что происходит с ней сейчас? Не угрожает ли она захватить новые районы? Для решения этой важной проблемы собрано много наблюдений.

Вечная мерзлота образовалась там, где земля промерзала за зиму глубже, чем успевала оттаять за лето. В земле оставалась мерзлая прослойка, которая увеличивалась с каждой зимой. На протяжении современного геологического периода земной шар пережил несколько ледниковых эпох, во время которых образование вечной мерзлоты происходило с особенной силой. Промерзшие породы часто хранят в себе остатки растений и животных, по которым установлено, что много тысяч лет назад здесь был жаркий климат.

На побережье Ледовитого океана находится «Чудо полярной Сибири» — Оёгесский яр. Этот яр, обрывающийся к океану, отличается исключительно интересным геологическим строением. Ниже почвенного слоя в нем залегают два ледяных пласта, мощностью каждый в 20 м. Они разделены еще более мощным 40-метровым слоем глинистых отложений, в котором найдены остатки мамонтов — громадных животных, живших в межледниковом периоде. Эти ледяные пласты сохранились до нашего времени как свидетели двух ледниковых эпох.

Оёгесский яр. Поперечный разрез у реки Нагакар. Два мощных слоя льда следы двух ледниковых периодов-разделены слоем межледниковых отложений.

Благодаря вечной мерзлоте во многих местах Сибири сохранились такие следы ледниковой эпохи, которые никогда не дошли бы до нас, не будь этой естественной ледяной гробницы. Так, в 1901 г. весь мир облетело сообщение, что на реке Березовке в Колымском крае найден труп мамонта. Он пролежал во льду многие тысячелетия, но сохранился в таком свежем виде, что во время раскопок собаки съели часть его хобота.

Чучело молодого мамонта, который был найден в замерзшем виде на реке Березовке в Сибири.

В прошлом году на острове Врангеля было найдено целое «кладбище» мамонтов, один из которых сохранился превосходно. Специальная экспедиция Академии наук будет руководить извлечением этих мамонтов и доставкой их на материк, где начнется исчерпывающее изучение этих животных, пролежавших во льду многие тысячелетия.

Что происходит с вечной мерзлотой в наше время? Подводя итог многолетним наблюдениям, советские ученые доказали, что период наступления вечной мерзлоты окончился. Медленное потепление климата постепенно оттесняет мерзлоту на север. Возле Туруханска и в некоторых других местах, где еще несколько десятков лет назад были известны вечномерзлые слои почвы, теперь их уже нет.

Вечная мерзлота медленно отступает. Но большевики, невиданными темпами осваивающие Север, не ждут, пока тысячелетия уничтожат ее. Люди уже научились бороться с вечной мерзлотой и обезвреживать ее, так же как они научились обуздывать и подчинять своей воле все слепые силы природы.