Територія багаторічної мерзлоти. Вивчення багаторічної мерзлоти

Вітаю!Уявіть собі таку ситуацію, що Ви потрапили в льодовиковий період... Не хотілося б, правда? А ось на Землі є такі місця, які трохи його нагадують, про які і йтиметься у цій статті.

У цих, про, перигляциальных (кололедникових) районах, зустрічається ще дивовижніше явище.Це малюнок грязьових наносів і скельної породи, що повторюється, на плоских ділянках поверхні.

Полігони (багатокутники, обмежені тріщинами) – це найбільші такі постаті; також зустрічаються кам'яні кільця. Утворюються подібні візерунки внаслідок насуву та спукування, які змінюються відлигами протягом тисяч років.

Гірські краєвиди.

Ландшафти вічної мерзлоти зустрічаються у високих широтах (поблизу полюсів), а й високо у горах. Навіть на вершинах гір, розташованих на лежать льодовикові шапки. Наприклад, східноафриканська м. Кіліманджаро, заввишки 5895 м-коду.

Причиною утворення покривів із багаторічного і льоду в спекотних широтах і те, що температура зі збільшенням висоти, за кожен наступний кілометр, падає на 5 — 10°С.

Подібні гірські вершини в Південній півкулі зустрічаються в Новій Зеландії, Австралії, Новій Гвінеї та в американських Андах.

Багато гір у Північній півкулі цілий рік покриті крижаними шапками, навіть на вершинах деяких невисоких гір, наприклад, шотландських, сніг і лід лежать значну частину року.

В альпійській, або гірській, тундрі вічної мерзлоти зовсім немає, або її може бути мало. Тала вода встигає проникнути вглиб, так що на поверхні не так багато бруду. Тут, як і в арктичній тундрі, основними рослинами є мохи, лишайники, чагарники, які становлять раціон гірських козлів та оленів.

Особисто я не люблю зиму, холод і завжди чекаю з нетерпінням літа. Отак, я б у цю багаторічну мерзлоту не хотіла б навіть на екскурсію потрапити 🙂

Не менше чверті всієї суші на нашій планеті займає вічна мерзлота - шар ґрунту, який протягом багатьох років зберігає негативну температуру, не розморожуючи в теплу пору року.

У науковому співтоваристві нині прийнято називати вічну мерзлоту багаторічною криолитозоной чи багаторічною мерзлотою, оскільки насправді промерзлий шар існує не «вічно», а протягом певного проміжку часу.

Де можна зустріти багаторічну мерзлоту?

Вічна мерзлота – явище, характерне для полярних та приполярних районів, яке спостерігається на території, що прилягає до обох полюсів – і Північного, і Південного. Крім того, мерзлота зустрічається і в інших регіонах планети, у тому числі в екваторіальних, але лише у високогірних районах, на вершинах, увінчаних сніговими шапками.

Єдиним материком, де вічної мерзлоти немає, є , яка досить віддалена від Південного полюса і не має високих гірських масивів. Суцільні масиви вічної мерзлоти розташовуються у північній частині Євразійського континенту, біля півночі Канади, Аляски, щонайменше ніж половині площі Гренландії, і навіть по всій території Антарктиди.

Товщина промерзлого шару коливається від 30 сантиметрів до кілометра. Найбільша зафіксована глибина багаторічної мерзлоти виявлена у верхів'ях сибірської річки Вілюй, що протікає біля Якутії, і становить 1370 метрів. У Росії її вічна мерзлота займає майже дві третини загальної території (65%), або 11 мільйонів квадратних кілометрів.

Багато територій зайняті суцільною мерзлотою, що має багаторічний характер – це північний схід Сибіру, острови Арктики, Нова Земля тощо. Території, розташовані трохи на південь, характеризуються так званою острівною мерзлотою, де промерзлий шар невеликий і може залягати не суцільним шаром, а окремими плямами, а температура товщі ґрунту коливається від -6 градусів до нуля.

Як проявляється вічна мерзлота?

У північних районах, де ґрунт скований вічною мерзлотою, навіть улітку відтає лише тонкий шар, не більше 5-10 сантиметрів. Вода, яка утворюється після танення зимових снігів, не може повністю вбратися в ґрунт, тому верхній шар влітку є напіврідким брудом.

Якщо розтанутий ґрунт розташований на схилі, то грязьова «мова» під дією сили тяжіння нерідко сповзає по ньому в низину. Рельєф тундри у багатьох місцях рясніє такими слідами грязьових зсувів.

Із закінченням літа ландшафт може змінитися до невпізнання. Тала вода, що заповнювала тріщини в скельних породах, замерзає (при цьому її обсяг збільшується приблизно на 10%) та розриває породу. Це викликає або спучування, або зсув ґрунту. Зовні таке місце виглядає як пагорб у формі бані заввишки близько 30-50 метрів, вершина якого розколота на кілька частин або розфарбована.

Місцеві жителі називають ці пагорби словом пінго. Їх можна зустріти у Сибіру, а й у Канаді та Гренландії. На вершинах пінго нерідко утворюються невеликі кратери, які влітку перетворюються на неглибокі озерця.

Мерзлота та діяльність людини

Для освоєння північних районів знання особливостей багаторічної мерзлоти є надзвичайною важливістю. Враховувати властивості мерзлоти необхідно при будівництві будівель та споруд, проведенні геологорозвідки, при видобуванні корисних копалин та їх транспортуванні у більш сприятливі регіони країни. Безконтрольне танення мерзлоти може завдати чимало проблем, і при проведенні робіт такої можливості необхідно всіляко уникати.

У той же час ґрунт, що промерзнув, позбавлений рухливості дуже зручний при розробці родовищ відкритим, кар'єрним способом. Так як стінки кар'єру скуті мерзлотою і не обсипаються, роботи ведуться значно ефективніше, ніж у звичайних умовах.

В останнє десятиліття площа, зайнята вічною мерзлотою, почала скорочуватися. Змерзлі шари повільно відступають на північ, оскільки загальна температура зростає під впливом процесів глобального потепління. Не виключено, що за 50-100 років райони, звільнені від мерзлоти, зможуть стати новою житницею Росії.

Більше 25% поверхні суші земної кулі займає багаторічна чи вічна мерзлота. Вона є промерзлим грунтом, який ніколи повністю не відтає. Багаторічна мерзлота була сформована в льодовиковий період розвитку планети, в районах із сухим та морозним кліматом.

Географія вічної мерзлоти

Багаторічна мерзлота є типовим явищем для приполярних і полярних районів, розташованих поблизу Північного і Південного полюсів. Також мерзлота зустрічається і в інших районах Землі, в тому числі і в екваторіальних широтах, але високо в горах, вершини яких покриті льодом і сніговими шапками.

Мал. 1. Снігові вершини високих гір.

Єдиний материк планети, біля якого немає вічної мерзлоти - це Австралія. Справа в тому, що він максимально віддалений від Південного полюса і не може похвалитися високогір'ям.

Величезні масиви багаторічної мерзлоти розташовані у таких регіонах:

північна частина Євразійського континенту;
північні території Канади;
Аляска;
Гренландія;
Антарктиди.

Товщина промерзлого ґрунтового шару коливається від кількох десятків сантиметрів до кілометра і більше. Багаторічна мерзлота у Росії займає 2/3 всієї території. Найбільша зафіксована глибина становить 1370 м, і вона знаходиться в Якутії, у верхів'ях річки Вілюй.

Мал. 2. Територія мерзлоти біля річки Вілюй.

Мерзлота представлена двома формами:

Суцільна вічна мерзлота розташована біля Сибіру, Нової Землі, на арктичних островах. Протягом багатьох років вона ніколи не танула, і утворила значні масиви суші, що промерзла.
Часткова мерзлота розташована дещо південніше. Вона характеризується невеликим промерзлим шаром та заляганням у вигляді окремих областей.

Умови формування мерзлоти

У північних регіонах ґрунт залишається промерзлим навіть улітку. Відтає лише невеликий шар, не більше 10 см. Вода, що утворюється після танення зимового снігу, не в змозі повністю вбратися в твердий мерзлий ґрунт, тому влітку верхній шар улітку представляє напіврідке брудне місиво.

Якщо танення снігу відбувається на схилі, то згодом грязьова «хвиля» під дією сили тяжіння сповзає вниз. Такі грязьові зсуви найбільш характерні для рельєфу тундри.

З настанням осені природний ландшафт може кардинально змінитись. Тала вода, що скупчилася в тріщинах скельних порід, замерзає. При цьому її обсяг збільшується і порода руйнується. Це призводить до зсуву ґрунту або його спучування. Так утворюється пінго.

Зовні подібне місце нагадує куполоподібний пагорб заввишки до 50 м, з розколотою або розфарбованою вершиною. Пінго зустрічаються у Сибіру, Гренландії, Канаді. На вершинах часто утворюються невеликі западини, у яких влітку утворюються невеликі озерця.

Мал. 3. Пінго.

Мерзлота та людська діяльність

Для успішного освоєння північних районів дуже важливо володіти повною інформацією про багаторічну мерзлоту. Подібні знання необхідні для виконання наступних завдань :

будівництво будівель та різних споруд;
проведення геологорозвідки;
видобуток корисних копалин.

Безконтрольне танення мерзлоти може спричинити появу багатьох проблем, пов'язаних з особливістю діяльності людини в північних районах. При проведенні робіт на півночі це потрібно уникати всіма способами.

Глибоко промерзлий ґрунт, позбавлений найменшої рухливості своїх пластів, дуже зручний при розробці родовищ корисних копалин кар'єрним відкритим способом. Оскільки стінки кар'єру, скуті мерзлотою, не обсипаються, вони дозволяють ефективніше проводити роботу.

В останні роки площа, яку займає багаторічна мерзлота, почала скорочуватися. Області промерзлого ґрунту стали повільно відступати на північ. Це пов'язано з глобальним потеплінням планети і незмінним зростанням температури. Якщо ситуація не зміниться, то вже за кілька десятиліть райони, які були звільнені від мерзлоти, стануть придатними для сільськогосподарських робіт.

У цій статті ми розповімо про таке цікаве явище, як багаторічна мерзлота. Хоч її і називають часто вічною, це насправді не так. Просто ця назва є історично сформованим. Вона виникла у льодовиковий, чи четвертинний період розвитку Землі. У районах з морозним і сухим кліматом була незначна товщина наземного льодовикового покриву, а часом він не утворювався зовсім. У цих місцях відбулося промерзання ґрунтів. У такий спосіб виникли райони багаторічної мерзлоти.

Крижані включення

Гірські породи, які довгий час (від кількох років до тисячоліть) знаходяться при негативних температурах і є зцементованими вологою, що замерзла в них, стали називатися вічною, або багаторічною, мерзлотою. У багаторічномерзлих породах скупчення води утворюють прожилки, прошарки, клини та лінзи льоду. Тобто підземні льоди входять до складу вічної мерзлоти.

Крижина мерзлоти

Крижина мерзлоти, тобто вміст льоду, може бути різною. Її значення коливаються суттєво: від кількох до 90% всього обсягу породи. Льоду зазвичай мало буває в гірських районах, проте підземний лід на рівнинах виявляється нерідко основною породою. Особливо крижаних включень багато міститься у суглинистих і глинистих відкладеннях, які трапляються крайньому півночі Північно-Східного і Середнього Сибіру (від 40-50% до 60-70% середньому). Ці райони відрізняються найнижчою температурою ґрунту.

Діяльний шар, багаторічна та сезонна мерзлота

Нижче за 0°С мають температуру мерзлі породи. Вся вода або частина її знаходяться в них у кристалічному стані. Тільки невеликий поверхневий шар промерзає взимку середніх широтах. Тут тому панує сезонна мерзлота. За морозну довгу зиму в північних широтах дуже глибоко промерзає земля. Вона відтає коротким літом лише на 0,5-2 метри в глибину з поверхні. Відштовхуючий шар називається діяльним. У породах нижче за нього цілий рік температури є негативними. Ці райони перебувають у умовах вічної мерзлоти.

На Землі мерзлі ґрунти поширені переважно у заполярних районах. Сибір, і навіть північна частина материка Північної Америки - найбільші райони вічної мерзлоти.

Кріолітозона

Не лише скупченнями рідкої води представлені внутрішні води Росії. Вони бувають і в твердому стані, який утворює сучасне підземне, гірське та покривне заледеніння. Кріолітозона називається область підземного заледеніння. Цей термін було запроваджено 1955 року П. Ф. Швецовим, радянським мерзлотоведом. Раніше термін "вічна мерзлота" служив для її позначення.

Кріолітозона - це верхній шар кори Землі, який характеризується негативними температурами різних гірських порід, а також наявністю підземних льодів або можливістю їх існування. У її складі - гірські багаторічномерзлі породи, підземні льоди, а також горизонти, що не промерзають, підземних сильно мінералізованих вод.

Як утворюється вічна мерзлота?

При досить невеликій потужності покриву снігу в умовах холодної тривалої зими гірські породи втрачають значну кількість тепла. Вони промерзають на досить велику глибину, перетворюючись на мерзлу тверду масу. Вони не встигають влітку відтанути повністю. Протягом сотень, а часом і тисяч років можуть зберігатися навіть на невеликій глибині негативні температури ґрунту. Сприяють цьому великі запаси холоду, що накопичуються в зимовий період у місцях, середньорічна температура яких негативна. Наприклад, у Північно-Східному та Середньому Сибіру сума всіх негативних температур, що спостерігаються під час залягання снігового покриву, – від -3000 до -6000°С. А сума активних температур улітку становить лише +300 - +2000°С.

Історія вивчення багаторічної мерзлоти

Незвичайне явище природи – багаторічна мерзлота. На нього звернули свою увагу землепрохідці, які ще жили в 17 столітті. Про неї також згадував В. Н. Татіщев у своїх роботах (початок 18 століття). А. Міддендорфом у середині 19 століття було проведено її перші наукові дослідження. Це сталося під час експедиції цього вченого на схід та північ Сибіру. Міллендорф вперше виміряв температуру в ряді пунктів мерзлого шару, встановив у північних районах його потужність, а також висловив припущення про те, як з'явилася мерзлота і чому вона широко поширилася в Сибіру. Вічна мерзлота вивчалася також у 2-й половині 19 та на початку 20 століття разом з розвідувальними роботами, які проводили гірські інженери та геологи. Серйозні її дослідження у радянські роки проводили М. І. Сумгін, А. І. Попов, П. Ф. Швецов, І. Я. Баранов та інші вчені.

Вічна мерзлота на карті Росії

У Росії близько 11 млн кв. км. займає область поширення вічної мерзлоти. Це становить майже 65% всієї території цієї країни.

Розкажемо про те, де знаходиться вічна мерзлота на карті Росії. По Кольському півострові, на його центральній частині, проходить її південний кордон. Далі мерзлота перетинає поблизу полярного кола Східноєвропейську рівнину, відхиляється на південь по Уралу майже до 60° пн.ш., а також уздовж Обі, досягаючи півночі гирла Північної Сосьви. Потім кордон вічної мерзлоти проходить Сибірськими Увалами, їх південним схилом, і виходить до Єнисея у Підкам'яної Тунгуски. Тут вона повертає круто на південь, проходить далі вздовж Єнісея і схилами Алтаю, Туви та Західного Саяна. Кордон її Далекому Сході йде до гирла Селемджі від Амура, потім до гирла Амура по підніжжю гір його лівобережжя. Відсутня зона вічної мерзлоти на Сахаліні, а також у південній половині Камчатки (у прибережних районах). Зустрічаються також її плями у високогір'ях Кавказу та у горах Сіхоте-Аліня.

Територіальні особливості вічної мерзлоти

Однак глибина вічної мерзлоти та її розвиток на цій великій території неоднакові. Північно-східні та північні райони Сибіру, о. Нова Земля та о-ви азіатського сектора Арктики вкриті багаторічною низькотемпературною суцільною мерзлотою. Кордон її на півдні проходить через Ямал (північну частину), Гиданський півострів і виходить до Єлисея (Дудинка), далі - до гирла Вілюя. Вона перетинає верхів'я Колими та Індигірки і виходить на південь від Анадиря до узбережжя Берингового моря. Температура розташованих північніше цієї лінії багаторічномерзлих порід у середньому становить -6 - -12°С. При цьому потужність його сягає 300-600 метрів, а часом і більше. На захід і на південь поширена вічна мерзлота з острівцями талого ґрунту (таліків). Тут температура мерзлого шару дещо вища (від -2 до -6°С). Зменшується його потужність (до 50–300 м). Лише окремі острови (плями) мерзлоти зустрічаються серед талого ґрунту поблизу південно-західного кордону області його поширення. Близько 0°С температура мерзлого грунту, а потужність становить менше 25-50 метрів. Це так звана острівна мерзлота.

Підземні льоди

Великі запаси води концентруються у мерзлій товщі у вигляді підземних льодів. Одна з їх частин була утворена разом із сингенетичними льодами (що вміщають породами), а інша - при замерзанні в товщах води, що накопичилися раніше (епігенетичні).

Полігонально-жильні льоди поширені у пухких відкладах на Вілюйській низовині, Новосибірських островах, і навіть від гирла річки Хатанги до Колими на приморських низовинах. Їхня потужність становить 40-50 метрів, навіть 70-80 метрів на Великому Ляхівському острові. Вони вважаються "викопними", оскільки в період зледеніння (в середньочетвертинне час) відбувалося їх формування. У тріщинах метаморфічних та кристалічних порід представлений широко житловий лід. Він знаходиться в гірських системах Північного Сходу, а також у Середньому Сибіру (північній її частині). Гідролаколіти (крижані інтрузії) утворюються в соліфлюкційних, делювіальних та озерно-алювіальних відкладах улоговин Північного Сходу та Забайкалля, а також у Західному Сибіру (північні райони) та Центральній Якутії. Міграційні льоди, що заповнюють собою морозобійні тріщини, зустрічаються практично у всіх районах з мерзлотою.

Соліфлюкція

Поперечне промерзання і відтавання гірських порід, що знаходяться на схилах, а також грунтів призводить до того, що через силу тяжкості починає повільно сповзати діяльний шар. Він сповзає не лише з крутих, а й із пологих схилів. Швидкість цього процесу становить від 1 см на рік до кількох метрів на годину. Називається цей процес соліфлюкцією (від латинських слів solum і fluctio - відповідно, "грунт" та "витікання"). Вона поширена досить широко у Східному та Середньому Сибіру, а також у Канаді, у тундрі та високогір'ях. На схилах у своїй виникають низькі гряди, напливи. Якщо є деревна рослинність, ліс може нахилятися. Це було названо " п'яним лісом " .

Позитивна та негативна роль мерзлотних процесів

Мерзлотні процеси сильно перешкоджають будівництву, а також експлуатації тунелів, мостів, доріг та будівель. Мерзлі ґрунти доводиться зберігати у природному стані. Споруди з цією метою встановлюють на опори, а потім прокладають труби, що охолоджують. Після цього в прорубані свердловини занурюють палі. Російські будівельники залізниць та автомобільних доріг з 1960 років земні температури стабілізували застосуванням так званих парорідкісних термосифонів. Це металеві труби, які заповнюються замороженим двоокисом вуглецю і вставляються потім уздовж доріг у землю так, щоб один кінець їх був занурений у мерзлоту (при цьому нижче за її активний шар), а другий знаходився над ним у повітрі. Від 1 до 5 ° С зменшує температуру природний теплообмін. При витаюванні великих покладів підземних льодів спостерігається істотна активізація схилових процесів. Це також ускладнює будівництво. Потрібно враховувати при освоєнні районів півночі, що тут природа дуже вразлива.

Однак мерзлота є і помічником людини, адже в ній можна влаштовувати склади, які слугуватимуть величезними природними холодильниками.

Сезонна мерзлота. Сезонне промерзання - протаювання та його причини.Нахил земної осі до площини екліптики зумовлює зміну пір року Землі. Результатом зміни пір року є періодичне сезонне промерзання та протування деякого приповерхневого горизонту земної кори. Сезонна пульсація в надходженні - витраті тепла, з постійним дефіцитом його в зонах, що тяжіють до полюсів, призводить до розвитку багаторічної мерзлоти. Сезонна зміна пір року призводить до того, що над багаторічною мерзлотою утворюється шар сезонного (літнього) протаювання, що замерзає взимку, а поза область багаторічної мерзлоти - шари сезонного промерзання, що відтають влітку.

Південний кордон Вічний, мерзлоти

Мал. 1. Схема зміни глибини сезонного промерзання - протування:

1 - зона потенційно можливого сезонного протування, 2 - сезонно промерзаючі та протаюючі породи, 3 - багаторічна мерзлота.

Крім шару зимового промерзання і літнього протаювання, властивого середнім і високим широтам і деяких місцях південних широт, часом виникає короткочасномерзлий стан порід, що триває кілька годин чи, рідше, кілька діб.

Закономірність сезонних мерзлотних явищ ілюструє графік (рис. 1).

З даних графіка видно, що справжня глибина сезонного промерзання та протаювання найбільша біля південного кордону багаторічної мерзлоти. На північ від неї вона менша внаслідок фактичного зменшення глибини сезонного протування (тобто глибини потенційного протування), а на південь вона менша внаслідок меншої глибини фактичного промерзання.

Діяльний шар.Шар сезонного промерзання та протаювання називається діяльним шаром. Розрізняють шар сезонного протаювання, розташований над мерзлотою, та шар сезонного промерзання над талим субстратом. При цьому виходять з того становища, що існують постійно мерзла товща порід (багаторічна мерзлота) і постійно тала товща (за межами області багаторічної мерзлоти). Для першої характерне сезонне протування, тобто потенційне сезонне промерзання вуалюється наявністю багаторічної мерзлоти; для другої характерне сезонне промерзання, оскільки потенційне протаювання тут не проявляється через малу глибину зимового промерзання. Тому і дано назви - шар сезонного протаюваннядля області багаторічної мерзлоти та шар сезонного промерзання -для області поза багаторічною мерзлотою. Сьогодні все частіше користуються іншими назвами: діяльний шар над багаторічномерзлим субстратом,маючи на увазі сезонне промерзання та протування над багаторічною мерзлотою та діяльний шар над талим субстратом,маючи на увазі сезонне промерзання над талою товщею гірських порід.

У діяльному шарі відбуваються найбільш значні річні коливання температур, відбувається найбільша частина річних теплообігів, найбільш інтенсивно розвиваються фізичні, фізико-хімічні та геологічні процеси. Це проміжний шар, через який відбувається теплообмін поверхні Землі з багаторічномерзлою товщею. Сезонне промерзання та протаювання в діяльному шарі визначає напрямок та характер фізичних, фізико-хімічних та геологічних процесів, які, у свою чергу, визначають особливості кріогенної будови та властивості товщ мерзлих гірських порід.

Географічне поширення сезонного промерзаннядуже велике. По суті, воно спостерігається всюди, за винятком субтропіків і тропіків, де воно можливе лише у високих горах. В області багаторічної мерзлоти діяльний шар повсюдний. Він відсутній лише у тому випадку, коли мерзлота залягає безпосередньо під льодовиком, покривним чи гірським. Тоді мерзлий стан (глетчерний лід) починається з денної поверхні. У Гренландії було знайдено мерзлий грунт під льодом льоду, потужністю від 2 до 5 м. За даними М. Г. Гроссвальда, крижана гірська порода була зустрінута під льодом льоду на Землі Франца-Йосифа.

Потужність діяльного шарузалежить від комплексу фізико-географічних та геологічних факторів і змінюється від кількох сантиметрів до 3-5 м,рідко до 8-10 м.

Потужність діяльного шару мінлива від місця до місця у зв'язку зі звичайною строкатістю природних умов на поверхні, а також літологічною різнорідністю та просторовою зміною зволоження ґрунтів.

Навіть у межах однієї й тієї ж ділянки території глибина сезонного промерзання і протаювання немає однакової від року в рік. Але ця глибина при незмінності кліматичних та інших фізико-географічних умов коливається біля деякої постійної середньої величини.

Зміна глибини промерзання та протаювання з півночі на південь залежить:

Від рівня континентальності клімату;

від тривалості зимового охолодження;

від середньої річної температури повітря;

Від середньої температури найхолоднішого місяця;

Від амплітуди температур лежить на поверхні;

від суми негативних температур;

Від характеру ґрунтів, тобто від того, представлені вони валунами та гравієм, або піском і глиною, або торфом тощо.

Процес сезонного промерзання та протаювання залежить від ступеня зволоження виду ґрунту, а також від щільності та потужності снігового покриву, характеру рослинного покриву, зволоження поверхні та ін. Особливу роль у сезонному промерзанні грають моховий покрив та торф. Мох і торф виступають як утеплювачі в сухому стані, внаслідок великої кількості в них повітря і як охолоджувачі, внаслідок високої гігроскопічності. Велика кількість води сприяє випаровуванню і, отже, охолодженню (прихована теплота випаровування води в 7,25 рази більше, ніж прихована теплота плавлення льоду).

Фільтрація ґрунтів і глибина протаювання пов'язані причинно: що більше фільтрація, то більша глибина протаювання.

Глибина сезонного промерзання та протаювання, тобто потужність діяльного шару та його температурний режим, обумовлені теплообміном ґрунту з атмосферою. Потужність діяльного шару залежить від теплообігів та теплового балансу гірських порід.

Якщо протягом ряду років відбувається збільшення глибини сезонного промерзання, яке не компенсується відповідним збільшенням глибини протаювання влітку, відбувається формування звичайно малопотужних мерзлих горизонтів у породах, які
можуть існувати від одного року до декількох років і є прототип багаторічномерзлої товщі. Такі мерзлі горизонти називаються перельотами.

У цьому випадку відбувається перевищення зимових теплообігів у гірських породах за негативних температур над літніми теплообігами при позитивних температурах. У цьому має місце зниження середньорічної температури порід нижче 0°. Якщо теплообіги при позитивних температурах знову перевищуватимуть теплообіги при негативних температурах, перельоти зникнуть.

Процеси, що відбуваються в діяльному шарі. Діяльний шар - це такий горизонт земної кори, в межах якого відбуваються найбільш активні, найбільш динамічні процеси перетворення гірських порід: їх дезінтеграція до фракції пилу, формування грунту, пучення грунтів, соліфлюкція, всі процеси, що ведуть до утворення мерзлотного мікрорельєфу, сезонних гідролаколітів д.

Особливе значення має режим вологості ґрунтів діяльного шару і особливо, якщо вони представлені тонкозернистими різницями - глинами, суглинками і т. п. Істотне значення мають також щільність, характер додавання, умови залягання та характер ґрунтів (однорідні літологічно або різнорідні).

Темпи сезонного промерзаннярізні. На півночі швидкість сезонного промерзання 1-3-5 см,на добу. Повне промерзання досягається вже у листопаді – грудні. На півдні при великій потужності діяльного шару сезонне промерзання відбувається протягом усього періоду охолодження, тобто всієї зими.

Темпи сезонного протаюваннязазвичай повільніші.

Багаторічна мерзлота. Багаторічна мерзлота - це мерзлі гірські породи, що характеризуються температурою від 0° і нижче, що містять у своєму складі лід і що знаходяться в такому стані протягом тривалого часу - від кількох років до багатьох тисячоліть.

Багаторічна мерзлота на земній кулі поширена головним чином у полярних і приполярних областях, а також у високогірних районах помірних і навіть тропічних широт і займає близько 25% усієї суші Землі. Це великі території на півночі та північному сході Євразії та Північної Америки, це вся Гренландія та вся Антарктида. У Росії її багаторічна мерзлота займає близько 60 % площі.
У Західній Європі багаторічна мерзлота можлива лише в Альпах. У європейській частині Росії мерзлота поширена на Крайній Півночі - у тундрі та лісотундрі. Від Кольського півострова, де вона є тільки в північній частині, південна
кордон мерзлоти йде до гирла нар. Мезені і далі майже північним полярним колом до Уралу, зміщуючись тут досить сильно на південь. У межах Західного Сибіру кордон займає майже широтне становище до р. Єнісея поблизу гирла нар. Підкам'яна Тунгуска, де вона різко повертає на південь і, прямуючи вздовж правого берега нар. Єнісея, що йде за межі Росії, відмежовуючи значні райони Монголії. Знову південний кордон багаторічної мерзлоти з'являється в Росії на захід від Благовіщенська, слідуючи на північний схід приблизно до 131 ° 30 "ст. д., звідки знову повертає на південь, перетинає р. Амур поблизу гирла р. Архари і знову йде за межі країни. Потім вона ще раз з'являється в Росії на схід від М. Хінгана, далі йде на північний схід і обривається біля берега Сахалінського затоки На півострові Камчатка південний кордон проходить з південного заходу на північний схід приблизно в середині півострова

За характером поширення багаторічна мерзлота може бути поділена на три зони: 1 – суцільна, 2 – мерзлота з островами талих ґрунтів та 3 – острівна (острова мерзлоти серед талих порід).

Кожна з цих зон характеризується різними потужностями та температурами мерзлих товщ. При цьому і всередині зон потужності та температури змінюються у напрямку з півночі, на південь – потужності зменшуються, температури підвищуються.

Зона суцільної багаторічної мерзлоти характеризується найбільшими потужностями мерзлих товщ - від 500 і більше метрів до 300 мі найнижчими їх температурами - від 2 ° С до 10 ° С і нижче.

Суцільна мерзлота в Росії розвинена: у північній частині Великоземельської тундри, на Полярному Уралі, у тундрі Західного Сибіру, у північній частині Середньо-Сибірського плоскогір'я (на північ від долини р. Нижньої Тунгуски), на всьому Таймирському півострові, на островах архіпел на Новосибірських островах, на Яно-Індигірській та Колимській приморській рівнинах та дельті нар. Олени, на Лено-Вілюйській алювіальній рівнині, на Лено-Алданському плато та у великій області хребтів Верхоянського, Черського, Колимського, Анадирського, а також Юкагірського плоскогір'я та інших внутрішніх нагір'ях, на Анадирській рівнині.

У зоні, де серед багаторічної мерзлоти зустрічаються острови талих порід, потужності мерзлих товщ іноді досягають 250-300. м,але частіше від 100-150 до 10-20 м,температури від 2 до 0°С. Цей тип багаторічної мерзлоти є у Великоземельській та Малоземельській тундрі, на Середньо-Сибірському плоскогір'ї між річками Нижня та Підкам'яна Тунгуска, у південній частині Лено-Алданського плато, у Забайкаллі.

Острівна багаторічна мерзлота характеризується малими потужностями мерзлих товщ – від кількох десятків метрів до кількох метрів, а температурами – близькими до 0°С.

Острівна мерзлота зустрічається на Кольському півострові, в Канинсько-Печорському районі, в тайговій зоні Західного Сибіру, в південній частині Середньо-Сибірського плоскогір'я, Далекому Сході, в північній частині острова Сахалін, уздовж узбережжя Охотського моря і на Камчатці.

У гірській зоні від Саян до Копет-Дага та на Кавказі багаторічномерзлі породи зустрічаються головним чином по периферії районів заледеніння та мають найчастіше острівне поширення. Є мерзлота в породах, що складають дно полярних шельфових морів Лаптєвих і Східно-Сибірського, на шельфі на північ від Аляски.

Значними є райони багаторічної мерзлоти в Центральній Азії. Це області хребтів Гіндукуш, Східного Тянь-Шаню, Нань-Шаню, Кунь-Луню, Гімалаїв та високого плоскогір'я Тибету.

На північноамериканському континенті кордон багаторічної мерзлоти йде вздовж узбережжя Тихого океану, трохи його не досягаючи, далі проходить західним схилом північноамериканських Кордильєрів, перетинає їх близько 53 0 с. ш., круто повертає північ, слідуючи цьому напрямі до 57° з. ш. Потім цей кордон йде на південний схід, досягає південного берега Гудзонової затоки і, залишаючи на північ півострів Лабрадор, вона виходить до берега Атлантичного океану.

До області багаторічної мерзлоти належать також острови Гренландія та Ісландія.

У південній півкулі багаторічною мерзлотою охоплено весь материк Антарктиди, присутній у високогірних ділянках Анд у Південній Америці. Африка та Австралія повністю позбавлені багаторічної мерзлоти.

Основні риси клімату, характерні для районів поширення мерзлої зони, загалом такі: негативна середньорічна температура повітря, сухі, холодні тривалі зими, коротке літо, мала кількість опадів, особливо взимку. Характерно, отже, антициклональний стан атмосфери взимку, що сприяє малій кількості опадів, великої прозорості повітря, сильним тепловтратам земної кори. Тому найбільші території, зайняті мерзлотою в Євразії та Північній Америці, певною мірою збігаються з просторами, що займаються азіатським та північноамериканським антициклонами.

Гідрогеологічні умови області багаторічної мерзлоти.Підземні води дуже істотно впливають на формування мерзлоти, багаторічномерзлі породи, своєю чергою, є потужний чинник у створенні специфічної гидрогеологической обстановки.

Виникнення товщі мерзлих порід може сприяти роз'єднанню на частини того чи іншого єдиного водоносного горизонту, створювати водоупори, яких раніше не було помітно, порушувати взаємний зв'язок поверхневих та підземних вод, локалізувати місця харчування та розвантаження, приурочуючи їх до ділянок таліків, змінювати напрямок та швидкість підземних вод і т. д. Тим самим у мерзлій зоні виникають зовсім особливі умови розміщення, живлення, руху та розвантаження підземних вод.

Підземні води впливають на тепловий режим гірських порід. Вони змінюють їх теплофізичні властивості. Рух підземних вод спричиняє конвективні теплові потоки. Внаслідок взаємодії конвективного перенесення тепла з кондуктивним потоком тепла, що йде з земних надр, відбувається перерозподіл теплової енергії в гірських породах, через що змінюється їх температурне поле і умови розвитку мерзлоти.

Промерзання водоносних горизонтів призводить до своєрідного розподілу льоду в гірських породах, який залежить головним чином від ступеня водонасиченості горизонту, складу порід, також від того, яка їх водопроникність зумовлена пористістю, тріщинуватістю і т. д. Крім того, внаслідок нерівномірного промерзання, у водоносних часто виникають значні напруження та внутрішньопластовий тиск, внаслідок чого вода може переміщатися під тиском у бік ділянок з меншим внутрішньопластовим тиском. В даному випадку можуть виникати розриви покрівлі та вилив води на поверхню з утворенням льоду. Якщо прориву покрівлі немає, то утворюються скупчення льоду як досить великих тіл - пластових чи лакколитообразных. Гідролаколіти, що формуються поблизу земної поверхні, виявляються в рельєфі у вигляді опуклих пагорбів пучення.

Класифікація підземних вод:

1. Надмерзлотці води,містяться в талих породах над покрівлею мерзлоти, Серед них виділяються води: а) діяльного шару і б) багаторічних ненаскрізних таліків (підруслових, підозерних, так званої мерзлоти, що не зливається).

2. Води талікових зон,що знаходяться в наскрізних таліках, обмежених мерзлими породами з боків. Таликові зони служать основними шляхами, якими відбувається зв'язок між поверхневими, підмерзлотними і міжмерзлотними водами. Через ці зони йде живлення та розвантаження різних типів підземних вод.

3. Підмерзлотні водиє водами першого від основи багаторічномерзлої товщі водоносного горизонту або водоносної тріщинуватої зони. Серед цих вод виділяються контактуючі та неконтактуючі. Перші перебувають із мерзлою товщею у тому чи іншому безпосередньому взаємодії, другі - пов'язані з нею безпосереднім взаємодією, т. е. залягають значної глибині від неї.

4. Міжмерзлотні води,що містяться в талих породах, укладених між горизонтами мерзлих порід.

5. Внутрішньомерзлотні води,що містяться в локалізованих ділянках талих порід, з усіх боків обмежених мерзлими породами. Ці води ізольовані від будь-якої взаємодії з іншими типами підземних вод.