Азональная многолетняя мерзлота

АЗОНАЛЬНАЯ МНОГОЛЕТНЯЯ

МЕРЗЛОТА

Марк Михайлович Шац,

кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН

Изучение пространственных закономерностей изменения основных компонентов природной среды является одним из важнейших в естествознании. Характерные для географической оболочки общие закономерности её функционирования - это следствия взаимопроникновения и взаимодействия географических сфер (литосферы, атмосферы, гидросферы и т. д.) [1, 2]. Знание подобных закономерностей позволяет не только объяснить территориальные особенности отдельных районов Земли, но и подобрать наиболее удобные и благоприятные для различных видов природопользования территории. К числу пространственных закономерностей развития геосистем относятся широтная зональность, высотная поясность и меридиональная сек-торность.

Зональность выражается в закономерной смене географических широтных поясов от экватора к полюсам и в соответствующем изменении их климатических характеристик [3, 4]. Самой крупной широтной единицей географической оболочки является зона, выделяемая по особенностям радиационного баланса и общей циркуляции атмосферы. Солнечная радиация - главный источник энергии для процессов, протекающих на земной поверхности и в атмосфере, следовательно, для определённой географической зоны характерна относительная однородность климата. Эта же зональность отражается на ландшафтных и других компонентах природы.

В силу разных орографических причин на Земле выделяется ещё одна пространственная географическая закономерность - высотная поясность, представляющая последовательную смену природных условий в горах снизу вверх. Поясность [5, 6] обусловлена, прежде всего, сменой климатических показателей

М. М. Шац

(солнечной радиации, температуры воздуха, плотности снега и количества осадков) при увеличении высоты местности. Высотные пояса в горах сменяются в последовательности, близкой к смене широтных зон. Однако имеются и отклонения от данной аналогии. Например, такие высотные пояса, как альпийские луга и высокогорные пустыни, среди широтных зон аналогов не имеют. На высотную поясность влияют также экспозиция и крутизна склонов гор, удалённость от морей и океанов, широта местности, положение по отношению к основным несущим влагу воздушным потокам [2, 4]. Обычно выделяют высотную поясность двух типов: океаническую (приморскую), когда пояс древесной растительности начинается на равнине, и континентальную - древесно-кустарниковая формация начинается на некоторой высоте на склонах гор. Но все компоненты ландшафтной оболочки в системе высотной поясности развиваются иначе, чем в условиях широтной зональности.

Горные страны радикально отличаются от равнинных по гидротермическому режиму грунтов, почвен-но-растительному покрову и общим путям эволюции геосистем. Каждая горная страна в зависимости от её абсолютной высоты и географического положения обладает своим спектром поясов. В целом, чем выше абсолютные отметки горной страны и чем ближе она к экватору, тем полнее спектр высотной поясности. Причём высота гор и их положение в той или иной широтной зоне оказывают независимое воздействие на степень развития высотной поясности. Так, например, если бы Гималаи располагались в тундре, то, несмотря на свою большую абсолютную высоту, они обладали бы только одним высотным поясом ледников и фирновых полей. Невысокие же горы на экваторе тоже имели бы очень короткий набор высотных поясов.

Ещё одним видом пространственной географической закономерности является меридиональная зональность, или секторность, обусловленная континенталь-но-океанической системой циркуляции атмосферы. Уже давно отмечено [7], что по мере удаления от океанических побережий в глубь материков происходит закономерная смена растительных сообществ, животного мира и типов почв.

Многообразие природных условий обусловливает, наряду с зональностью, формирование азональности, означающее распространение какого-либо географического явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Основными причинами азональности обычно являются геологическое строение, литологи-ческие и тектонические особенности, характер рельефа и т. д. При наличии указанных факторов отдельные участки географической оболочки приобретают индивидуальные неповторимые черты, усложняя свою структуру и нарушая общую схему зональности. Азональность наиболее часто и ярко проявляется в горах и предгорьях. Может она отмечаться в пределах одной или нескольких географических зон, как это происходит, например, со сфагновыми болотами и лугами в тундре и тайге. Сочетание пространственных закономерностей природной среды многообразно и разнопланово. При этом с появлением в ландшафтной структуре многолетнемёрзлых горных пород (ММП) все сложности проявления ландшафтно-пространственных связей многократно возрастают.

Как известно, тепловое поле горных пород формируется в результате сочетания экзогенных и эндогенных факторов. К первым относятся причины, обусловленные влиянием внешних компонентов природной среды, определяющих сложное сочетание поступающей к дневной поверхности солнечной энергии и её перераспределение, в зависимости от свойств самой поверхности (местоположение, экспозиция, климат, увлажнённость, растительный покров и т. д.). Экзогенные факторы определяют температурное поле верхних горизонтов горных пород, т. е. толщи мощностью первые десятки метров. В пространственном распространении ММП обычно также просматриваются три географические закономерности: широтная зональность(изменение с юга на север), меридиональная секторность (с запада на восток) и высотная поясность (с высотой). Первые две закономерности свойственны относительно выровненным, а третья - горным территориям.

Эндогенные факторы включают особенности поступления и перераспределения внутриземного потока энергии в зависимости от свойств более глубоких горизонтов горных пород и обусловливают как температурное поле мёрзлой толщи, так и её морфологию.

Наряду с зональным, т. е. закономерным развитием ММП в соответствии с суровыми природными условиями, на земном шаре зафиксированы редкие и весьма любопытные примеры формирования мёрзлых толщ горных пород в районах, которые для этого явления, казалось бы, не подходящие. По орографическим характеристикам местоположения подобных явлений можно назвать азональными и разделить их на два типа: пещерные и высокогорные.

Цель настоящей публикации - осветить районы формирования первого типа азональных явлений, их причины и последствия.

Азональные многолетнемёрзлые породы пещерного типа. В качестве примера азонального развития ММП приведём факт формирования их очага в совершенно неблагоприятных для их формирования условиях Кавказа. В начале прошлого века в СМИ и специальной научной литературе широко обсуждалось обнаружение участка с очагом холода вблизи горы Развалки у города Железноводск (Кавказские минеральные воды). Эта гора находится примерно в полутора километрах от Железноводска. В 1961 г. она

worldroads.ru

Гора Развалка (Кавказ).

Фото Г. Шефер

Вход в пещеру «вечной мерзлоты» (Кавказ).

Фото Г. Шефер

была объявлена ландшафтным памятником природы [8]. Развалка - это гора-лакколит высотой около 925 м, несформировавшийся вулкан. Этот участок обнаружил и описал в 1901 г. геолог Э. Э. Эйхельман. Летом из западной штольни постоянно дует поток воздуха со скоростью 3 м/с, при температуре от 0 до -0,5 °С. С момента обнаружения удивительной пещеры её природные условия почти не изменились, лишь внутри самой горы появилась система штолен длиной приблизительно 400 м, по которой, примерно на расстоянии 150 м, можно достичь каменного завала. Для изучения странного феномена горы в середине ХХ в. в пещеру спускались геологи, которые и проложили внутри несколько штолен. От последних отходят небольшие боковые тоннели с искусственными пещерами, раньше использовавшиеся для хранения продуктов.

Вблизи зарослей пальм и иной тропической растительности, как это удалось увидеть автору, располагался участок, в пределах которого отчётливо проявляется «дыхание холода». В сооружении «грот вечной мерзлоты» создано небольшое углубление, в котором, даже при наружной температуре воздуха около 30 °С видны кристаллы льда. Геологи зафиксировали в пещере температуру воздуха около 0,5 °С, мало меняющуюся в течение года, при наружной средней годовой температуре 8,2 °С. Мнений о причинах формирования этого явления высказывалось множество. Наиболее достоверной нам представляется версия одного из специалистов местной гидрогеологической экспедиции о физико-геологической природе этого явления.

Суть этой версии заключается в следующем. Район Кавказских минеральных вод сейсмически очень активен, и при очередных подвижках земной коры на участке сформировалась небольшая трещина, по которой под давлением начал выходить углекислый газ. При поступлении газа к дневной поверхности, за счёт известного адиабатического эффекта, температура его понижается, и он охлаждает окружающие трещины. Расчёты геологов подтвердили возможность подобного хода событий.

Но существует и иная точка зрения. Зимой, хотя и редко, в ощутимо холодные дни из-за разницы давлений воздуха в свободной атмосфере и в толще горного массива через многочисленные трещины внутрь успевает проникнуть приземный воздух с низкой температурой. С наступлением лета и прогревом горных пород процесс начинает происходить в обратном направлении - холодный и более плотный воздух понемногу расширяется и вытекает по трещинам из горного массива, охлаждая окружающие породы. Таким образом, чем холоднее предыдущая зима - тем отчётливее ощущается холод летом.

В тёплое время года на стенах грота появляется конденсат, который у северного подножия горы образует источник, ранее называемый «Графским». Вода этого источника поступала в город, где использовалась для разбавления горячих минеральных вод Железноводска: это самый холодный источник на Кавказских минеральных водах с температурой не выше +5 °С.

Итак, гора Развалка известна своим феноменом существования «летней мерзлоты». Благодаря уникальной системе расщелин в теле горы происходит естественная циркуляция воздуха - зимой холодный воздух перемещается в тело горы, одновременно выдавливая оттуда сравнительно более тёплый [8]. Летом же холодный воздух, законсервированный в горном массиве в зимнее время, начинает выходить наружу. Из-за более прохладного микроклимата в расщелинах пещеры массово селятся летучие мыши. В особо жаркие месяцы это место довольно популярно среди туристов.

Ничего похожего в южной зоне умеренного климата больше нигде нет, но оно наблюдается в Крыму, т. е. в сухих субтропиках. Несмотря на расположение Крыма в субтропическом поясе, на его территории отмечаются очаги развития ММП, приуроченные к карстовым пещерам. Одной из наиболее известных в этом плане является «Ледяная пещера», или, как её называют местные жители, Бузлук-Коба. Она находится на высоте примерно 1000 м над уровнем моря вблизи г. Алушты, в средней части мистического по местным легендам плато Караби-Яйла. На этом плато существует порядка 3,5 тысяч карстовых воронок, так что по подземным пустотам этот горный массив у спелеологов пользуется особой популярностью.

На Караби-Яйле находятся наиболее необычные пещеры полуострова. «Ледяная пещера» расположена примерно в 2,5 км от верхнего плато Караби. Это хотя и не самая большая, но, пожалуй, наиболее красивая пещера в этой горной части Крыма, завораживающая своим неординарным видом [9]. О существовании «Ледяной пещеры» местные жители знали ещё за многие тысячелетия до того, как она была официально открыта спелеологами. Любопытно и то, что в XIX в. о ней было известно даже за пределами Крымского полуострова. Так, на атласе Мейерса тех времён встречается отметка с подписью Ledanaja Jama, т. е. «Ледяной колодец», и это название до сих пор существует наравне с иными названиями этой пещеры. Впрочем, известность «Ледяной пещеры» неслучайна. С конца XVIII в. до 1917 г. горное плато арендовали австрийцы, которые занимались здесь разведением овец. Шерсть вывозилась в Австрию, мясом они снабжали весь юг Украины, а для хранения разделанных туш использовался природный холодильник - «Ледяная пещера».

Это одна из многочисленных ледовых пещер естественного происхождения на территории СНГ. Только в Крыму их насчитывается около 40. Как правило, они обладают мешкообразной формой. Циркуляция воздуха в таких пещерах минимальна, поэтому в них обычно наблюдается низкая температура воздуха, а накопившийся за зиму снег тает очень медленно. Крымская «Ледяная пещера» относится к вертикальному типу. Её глубина составляет 81 м, тогда как протяжённость - всего 165 м. Посетители пещеры могут видеть в её недрах живописные нетающие ледовые образования.

Ещё одна из известных ледяных пещер на территории Крыма находится вблизи горы Иртыш. Огромный

Подземные льды в «Ледяной пещере»

щ.

Развалы многолетнего льда в «Ледяной пещере»

Разрез многолетнего льда в «Ледяной пещере»

зияющий провал диаметром 20 м является входом в это уникальное ледовое царство, от которого веет холодом даже в самое жаркое время года. При таянии попавшего за зиму в воронку пещеры снега над местностью витает голубая дымка, а нередко даже сильный туман, что усложняет спуск на дно ледяной пещеры. Толстые светлые слои льда чередуются здесь с тонкими тёмными (из-за смешивания с частицами глины) слоями из спрессованного снега, а попадающие в это подземное царство лучи света мерцают яркими красками на ледяных наростах.

Протянувшийся на 70 м обширный грот примерно на глубине 40 м от входа поражает наростами прозрачного льда, переливающегося лёгким голубым оттенком. Солнечный свет на дно ледяной пещеры поступает лишь в дообеденные часы, и в это время подземное царство приобретает потрясающий вид. Со всех сторон грота нависают ледяные гроздья сталактитов из льда, в некоторых местах длина их достигает 3 м, а со дна пещеры растут не менее впечатляющие ледяные сталагмиты с неровными краями. В годы с обильными паводками в Крыму они срастаются в некоторых местах, образуя причудливые ледяные столбы. В середине 50-х годов ХХ в. в центре этой ледяной пещеры было зафиксировано образование шестиметрового ледяного столба. Но в последние годы ледяной столб не вырастает более чем на 3 м.

Из трещин в скалах выступают огромные ледяные наросты, а на стенах пещеры виднеются ажурные ледяные орнаменты, напоминающие цветы, которые пересекаются с зубцами ледяных сталактитов и особенно впечатляюще смотрятся на фоне леса таких же ледовых сталагмитов [9].

Дно пещеры из-за ледовых наростов имеет значительный уклон. Помимо натёчного пещерного льда, в ледяной пещере есть и лёд, образовавшийся из накопившегося снега, падающего на дно с поверхности земли. В особо снежные зимы снега наносится так много, что он застилает всё отверстие спуска в пещеру, из-за чего ежегодно меняется площадь ледяного покрытия. В отдельные годы она достигает до 1000 км2, а объём - до 5 тыс. м3. В нижней части пещеры, в конце галереи, сформировался колодец глубиной около 20 м и диаметром 0,5 м, из которого по дну постоянно протекает небольшой ручеёк талых вод. Один из первых исследователей ледяной пещеры назвал её «величайшей ямой», в которой никогда не тает лёд. Действительно, даже в наиболее жаркие месяцы температура воздуха в этой пещере не превышает +1...+2 °С, а обычно колеблется около нуля.

В Крыму есть ещё одна крупная ледяная пещера, названная «Трёхглазка». Находится она на плато Ай-Петри и названа так за три пещерных «окна», расположенных, как глаза. «Трёхглазка» также имеет карстовое происхождение. Особенностью этой пещеры является нахождение в ней остатков подземных льдов, по некоторым сведениям - реликтов древнего ледника, сохраняющегося, в том числе и за счёт насыпающегося через «окна-глаза» снега. Ещё в XIX в. здесь добывали лёд и поставляли его в Воронцовский дворец для графа Воронцова, поэтому пещеру иногда называют «Ворон-цовской». Глубина пещеры около 30 м, температура воздуха никогда не превышает +10 °С, периодически бывает около +1 °С.

В отличие от других пещер Крыма в «Трёхглазке» формируются не только классические карбонатные, но и ледяные сталактиты и сталагмиты, образующиеся в результате замерзания проникающей через скальные породы воды [10], а также натёки и залежи самой разнообразной формы. Главная достопримечательность этой пещеры - постоянный ледяной конус высотой до 7 м. Образовавшаяся при его таянии вода разливается по полу и замерзает, постепенно превращаясь в прослои ископаемого льда мощностью несколько метров. На его поверхности можно увидеть блестящие монетки, которые оставляют многочисленные туристы, посещающие эту пещеру Крыма.

Как большинство достопримечательностей Крыма, пещера «Трёхглазка» на Ай-Петри связана с легендами, имеющими под собой и реальные основания. По расчётам учёных-спелеологов, «Трёхглазка» существует около 3,5 млн лет, и доподлинно известно, что охотники каменного века уже в те времена использовали её в качестве природного рефрижератора. Туши крупных животных с помощью верёвок опускали в эту пещеру, чтобы по мере необходимости доставать оттуда мясо. Существует мнение, что в какой-то период времени пещера была обитаема, хотя артефактами это не подтверждено. Также рассказывают, что в XV - XVII вв. добытый здесь лёд доставляли в ханский дворец Бахчисарая, а когда царица Екатерина II посетила недавно присоединённые к империи земли Тавриды, ей готовили прохладительные напитки, применяя лёд, добытый в этом гроте. И уж совершенно точно известно, что местный владыка - граф Воронцов - устроил тут небольшое предприятие по добыче льда. Учёными обнаружены в нижней части толщи льда зубило и остатки факела, применявшиеся воронцовскими рабочими. Слуги графа использовали лёд этой пещеры для охлаждения продуктов, напитков и вин. Лёд пилили, складывали в огромные бадьи и доставляли вниз по крутым и извилистым горным дорогам Крыма в поместье графа и других богатых людей. Длина оборудованной части «Трёх-глазки» небольшая - всего 70 м. Вырубленные в скале ступени спускаются в огромный по высоте зал, где над обрывом ощущается вся глубина подземного пространства, а с потолка свисают сталактиты. Натёчные образования в «Трёхглазке» иногда напоминают коралловые рифы, неизвестно как выросшие под землей [11].

яШШШЩ '«Ш 1л

:

! у тидЙй | М

я

Ледяной сталагмит в крымской пещере «Трёхглазка»

Ледяные натеки в крымской пещере «Трехглазка»

Залежи ископаемого льда в крымской пещере «Трехглазка»

После определённого периода консервации в 1989 г. пещеру открыли для посетителей. Правда, бывать в ней было разрешено только в летнее время. Площадь пещеры 620 м2, а объём 3200 м3. Для удобного спуска здесь была построена специальная лестница. В пещере можно увидеть не только сталактиты и сталагмиты, но и ледяные образования. Естественное освещение, подкрашивая лёд в голубые тона, создаёт потрясающую по красоте картину.

Таким образом, наряду с закономерным изменением природных условий в соответствии с законами широтной зональности, высотной поясности и меридиональной секторности, возможно их сочетание, позволяющее сформироваться очагам многолетнего промерзания горных пород, казалось бы, в совершенно для этого явления не подходящих районах (Кавказ, Крым, Африка), приуроченных к двум гипсометрическим уровням - нижнему и верхнему. К нижнему относятся пещеры Северного Кавказа и Южного Крыма, а к верхнему -высочайшие вершины экваториальной Африки.

О специфике природных условий очагов многолетнего промерзания горных пород, приуроченных к верхнему уровню - высочайшим вершинам экваториальной Африки, автор планирует рассказать в следующей публикации.

Список литературы

1. Григорьев, А. А. Опыт аналитической характеристики состава и строения физико-географической оболочки земного шара / А. А. Григорьев. - М.; Л., 1937. - 687 с.

2. Рябчиков, А. М. Структура и динамика геосферы, её естественное развитие и изменение человеком / А. М. Рябчиков. - М. : Мысль, 1972. - 564 с.

3. Берг, Л. С. Докучаев как географ / Л. С. Берг // Почвоведение. - 1939. - № 2. - С. 14-19.

4. Григорьев, А. А. О периодическом законе географической зональности / А. А. Григорьев, М. И. Буды-ко //Докл. АН СССР. - 1956. - Т. 110, № 1. - С. 129-132.

5. Калесник, С. В. Общие географические закономерности Земли / С. В. Калесник. - М. : Мысль,1970. -485 с.

6. Мурзаев, Э. М. Лев Семёнович Берг (1876 - 1950) / Э. М. Мурзаев. - М. : Наука, 1983. - 176 с. - (Серия «Научно-биографическая литература»).

7. Гвоздецкий, Н. А. В. Л. Комаров / А. А. Гвоздец-кий. - М. : Географгиз, 1953. - 48 с.

8. Шефер, Г. А. Гора Развалка [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://worldroads.ru/ index. php?s=Развалка10.

9. Ледяная пещера : подземные чертоги Снежной Королевы в Крыму [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://krymkrymkrym.ru/karabi-yayla-karstovoye-more-i-more-karsta.

10. Крымское чудо - ледяная пещера Трёх-глазка [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://of-crimea.ru/dostoprimechatelnosti/peshhery/ peshhera-tryoxlazka.html.

11. Пещера «Трехглазка» (Эмине-Баир-Коба), Крым [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.7ways.com.ua. https://www.7ways.com.ua/ docs/about/emine-bair-koba-trehglazka-cave-krym.html.

СПАСИБО ВАМ ЗА ЖУРНАЛ

Дорогой Виктор Васильевич! Уважаемые сотрудники - творцы замечательного издания «Наука и техника в Якутии»! Я всегда радуюсь и восхищаюсь, получая ваш журнал. Каждый номер согрет вашим дыханием, пульсирует вашим сердцем и излучает ваши светлые мысли. Ваш журнал войдёт в историю уже прожитых и будущих лет как достойный

вклад издательского сообщества, всего Института мерзлотоведения в научную жизнь Якутии, да и всей России. Желаю вам благополучия и успехов во всех жизненных делах!

Искренне ваш, с глубочайшим уважением, проф. Ю. В. Шумилов