Геокриология (мерзлотоведение) - новая наука в системе наук о Земле

ГЕОКРИОЛОГИЯ (МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЕ) -НОВАЯ НАУКА В СИСТЕМЕ НАУК О ЗЕМЛЕ

Р. М. Каменский

Каменский Ростислав Михайлович, академик Международной инженерной академии и Академии наук РС(Я),доктор технических наук, заслуженный деятель науки РС(Я), директор Института мерзлотоведения СО РАН

Становление геокриологии (мерзлотоведения), какновой науки, относится к двадцатым годам прошлого столетия, когда её основатель профессор Михаил Иванович Сумгин опубликовал в 1927 году монографию «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР». Родиной новой науки по праву считается Якутия, где были получены первые научно обоснованные данные о вечной мерзлоте. Но различные сведения о ней периодически появлялись как в России, так и в Северной Америке в рассказах путешественников и сообщениях служивых людей.

Древние рукописи говорят о том, что ещё в XVI веке русские знали о наличии «вечной» мерзлоты. Как писал К. Бэр [1], «когда русские стали селиться на Печере, а затем на рубеже ХУ1-ХУИ веков казаки Ермака, спускаясь вниз по Оби, основали в 1601 году городок на реке Таз, они тогда уже знали, что в этих местностях почва в глубоких слоях остаётся всегда мёрзлой».

Немецкий учёный Д. Вуд, посетивший в 1676 г. Новую Землю, писал: "Если в местностях, в которых нет снега ... начать копать землю приблизительно до глубины 2 фута, то встретится лёд ... факт, о котором раньше ничего не было слышно". В этот же период якутские воеводы П. Головин и М. Глебов сообщали в Москву: "А в Якуцком-де государь, по сказкам торговых и промышленных служилых людей, хлебной пашни не чаять: земля-де государь и среди лета вся не растаивает" [2].

В 1685-1686 гг. в Якутске по инициативе воеводы Матвея Осиповича Кровкова был прорыт в вечной мерзлоте колодец до глубины 30,5 м, о котором Кровков сообщил в Москву: "А колодезя, великие государи, в Якуцком сделать никоими мерами нельзя, потому что земля летом только тает в полтора аршина, а больше двух аршин земли никогда не тает, а в исподи на дне бывает земля всегда мёрзлая" ("Дополнения к актам историческим, собранным и изданным Археографической комиссией", 1869, т. XI, стр. 200).

Академик Петербургской АН Иоганн Георг Гмелин, совершивший длительное путешествие по Сибири в 1733-1743 гг., в своём 4-томном труде "Флора Сибири" писал, что в Якутске почва оттаивает лишь на глубину 1,2 м. Он также сообщил о колодце Кровкова, о котором ему рассказали местные казаки.

Тем не менее, европейские учёные относились с большим недоверием к сообщениям о "непреходящем почвенном льде".

Даже в первой половине XIX в. известный естествоиспытатель, геолог Леопольд фон Бух писал: "Я вполне убеждён, что должно считать совершенно ненадёжным все известия, в которых утверждается, будто на глубине нескольких футов земля даже и летом была находима замерзшею в странах, где произрастают кустарниковые растения и что известия Гмелина о том, что в Якутске при рытье колодца нашли мёрзлую землю до 100 футов, не следовало повторять в учебниках, как доселе делается. Показания казаков не должно было бы употреблять для подкрепления столь странного и неверного факта" [1].

Путешественники-исследователи XVIII века и первой четверти XIX века по крупицам собирали данные о вечной мерзлоте и льдах, в ней содержащихся.

П.С. Паллас в описании своего путешествия поместил ценные сведения, собранные в 1771 году его сотрудником-студентом В.Ф. Зубовым (впоследствии академиком), о неглубоком залегании многолетней мерзлоты в тундре у г. Обдорска, на р. Оби и о наличии её в нижнем течении р. Енисей.

В 1799 г. тунгус Шумахов*, пристав на лодке к берегу Быковского полуострова, обнаружил там бесформенную массу льда, которая заключала, как оказалось впоследствии, неистлевший труп мамонта, описанный Адамсом, что также служило косвенным подтверждением существования много-летнемёрзлой толщи.

* В литературе [3] фамилия ошибочно искажена: «Шумахер». Наука и техника в Якутии 2001, №1

Подъемное приспособление

О -1

20 "

40

60 -

80 "

В 1820-1824 гг. Ф.П. Врангель, Ф.Ф. Матюшкин и штурман Козьмин, исследуя обширные пространства северо-восточной окраины азиатского материка, собрали многочисленные и надёжные данные о много-летнемёрзлых грунтах. Ф.П. Врангель писал: "В Нижне-Колымске на глубине четырёх с половиной сажень (9,6 м) я нашёл землю ещё замёрзшей. В более высоких местах я часто находил трещины и пещеры, в которых на глубине четырёх сажен (8,54 м) нижний слой земли содержал ещё большее количества льда, чем верхний" [2].

Два других спутника Ф.П. Врангеля - мичман Ф.Ф. Митюшкин и врач Кибер - наблюдали много-летнемёрзлую толщу со льдом в обрыве высокого правого берега р. М.Анюй, заключавшую кости мамонтов, носорогов и других животных, т.е. мамонтовую фауну. Ф.Ф. Матюшкин - лицейский товарищ A.C. Пушкина - в письме к директору лицея Г.Р. Энгельгардту сообщал: "от Якутска до самого Нижне-Колымска и далее корень лиственницы стелится всегда по земле и почти совершенно снаружи и это на всех почвах земли. В нижнем течении р. Колымы она растёт почти на одном мхе, потому что и посреди лета в лесах под мхом чистый лёд" [2].

Но безусловным прорывом в нашем знании о вечной мерзлоте следует считать шахту Фёдора Шергина. Служащий Русско-Американской компании Ф. Шергин во дворе своего дома в Якутске (ныне угол ул. Ярославского и ул. Кулаковского) решил выкопать колодец, так как проблема питьевой воды всегда была острой в городе. Он начал проходку колодца в 1828 году и продолжил её в течение 9 лет [1].

Работы велись только зимой, так как вентиляция выработки осуществлялась естественным путём за счёт инверсии. Шахта была пройдена до глубины 116,4 м. После крушения надежд на вскрытие водоносного горизонта работы велись из-за любознательности Фёдора Шергина и поощрялись влиятельным представителем Русско-Американской компании Ф.П. Врангелем и на её средства. Однако стоимость проходческих работ в зиму 1835-1836 гг. в сумме 1362 руб. не была оплачена Компанией, что явилось причиной ухода Ф. Шергина со службы и отъезда его на родину - в Устюг. Об этом пишет академикБэр [1] и приводиттакие интересные данные.

После того как министр просвещения Уваров доложил о шахте Ф. Шергина императору, тот очень высоко оценил труд последнего и наградил его кольцом с бриллиантом и золотой медалью. Это был, действительно, и человеческий, и научный подвиг Ф. Шергина.

Член-корреспондент АН СССР П.Ф. Швецов, который уделял особое внимание истории геокриологических исследований, оценивает значение Ф. Шергина в геокриологии наравне со значением Антона Левенгука в микробиологии [2].

Надшахтное здание

101,1 IM.

Q,

АЛЛЮВИЙ I надпойменной террасы р. Лены 30-25 ч.

Крепь Bei j'.:bj' лиственничная

Незакрепленная часть ствола

Крепление бшивкой тесом

Песчаник

Сланец

Песчаник 16м. 1

Сланец 7 м. Песчаник" Зм. ~ Ш

Сланец

9 м.

I

Сведения о шахте, пройденной в вечной мерзлоте до глубины более 116 м, поразили умы русских учёных, и Академия Наук приняла решение послать своего представителя для проведения геотермических наблюдений по всей глубине шахты (отдельные измерения температуры велись в процессе проходки шахты А. Эрманом и самим Ф. Шергиным). Выбор пал на профессора зоологии Киевского Университета Александра Фёдоровича Миддендорфа (в 1850 г. он был избран академиком). Правда, вначале он должен был выполнить исследования на Таймыре в междуречье Пясены и Хатанги и оценить продуктивность водоёмов, в том числе прибрежных вод Ледовитого океана, а уже затем прибыть в Якутск.

При подготовке экспедиции Академия поручила академику К. Бэру подготовить обзор всех сведений о «нетающем почвенном льде», проанализировать их и в определённой мере сформулировать научную программу для А.Ф.Миддендорфа. С этой задачей К. Бэр справился блестяще [1].

Его монография [1], изданная только в 2000 г. Институтом мерзлотоведения СО РАН, даёт первую глубоко научную характеристику природного феномена вечной мерзлоты (по К. Бэру «нетающего почвенного льда»). Академик В.А. Обручев в своём предисловии к переводу с немецкого книги К. Бэра так оценивает её значение: "Мы убеждены, что если бы печатаемая работа акад. Бэра вышла в свет в те годы, в которые она была написана (1842 г.), существование вечной мерзлоты было бы признано и до акад. Миддендорфа...".

В период своих экспедиционных исследований (1843-1846 гг.) А.Ф. Миддендорф занимался изучением вечной мерзлоты не попутно, а специально, по поручению Академии Наук. Он провёл геотермические наблюдения в скважинах и шурфах в 12 пунктах Восточной Сибири, первым обратил внимание на различие в скоростях и глубинах протаивания песчаных и глинистых грунтов и дал этому физическое объяснение.

Главной задачей А.Ф. Миддендорфа в Якутске было измерение температуры пород по всей глубине шахты Шергина. Измерения велись с апреля 1844 г. по май 1946 г. [4]. Они позволили А.Ф. Миддендорфу установить геотермический градиент в мёрзлых породах и вычислить мощность мёрзлой толщи для Якутска - 609 футов (185,7 м).

Во второй половине XIX века наиболее плодотворно вечная мерзлота изучалась горными инженерами, геологами-разведчиками и инженерами путей сообщения И.А. Лопатиным, С.А. Протодьяконовым, В.А. Обручевым, Л.А. Ячевским и др. Они имели доступ к горным выработкам и могли накапливать данные о

120

140

Углубка •• Ходок _

Буровая скважина

Песчаник >30 м.

Ш

1

Схематический технический и геологический разрезы шахты Шергина по материалам обследования в 1937 г.

температуре вечной мерзлоты в различных районах в зависимости от литологического состава пород, высоты местности, характера растительности, высоты снежного покрова. Они также наблюдали различные криогенные явления - такие, как термокарст, пучение, солифлюкция, наледи [2].

28 апреля 1889 года Л.А. Ячевский прочитал доклад в Русском географическом обществе "О вечно мёрзлой почве Сибири", в котором были изложены основные результаты его собственных многолетних исследований, анализ материалов и представлений о вечной мерзлоте, принадлежащих другим учёным. Он впервые определённо указал на необходимость в интересах науки связать изучение "мёрзлых почв" с задачами практики, особенно в связи со строительством Транссибирской железнодорожной магистрали. На карте, прилагаемой к докладу, он значительно уточнил южную границу распространения вечной мерзлоты. Л.А. Ячевский также особо подчеркнул значение снежного покрова в развитии многолет-немёрзлой зоны земной коры. Но первенство в установлении влияния снежного покрова на глубину промерзания отдано знаменитому геофизику-кпиматологу члену-корреспонденту Петербургской АН Александру Ивановичу Воейкову, который за 6 дней до выступления Л.А. Ячевского высказал на заседании Специальной комиссии Русского технического общества своё мнение о роли снега в теплообмене почвы с атмосферой [2].

Большой вклад в геокриологию внёс горный инженер С.А. Протодьяконов, который подготовил и опубликовал в 1903 г. работу "Наледи Восточной Сибири и причины их возникновения", заложив тем самым основы учения о наледях, а Н.С. Богданович в 1912 г. в книге "Вечная мерзлота и сооружения на ней" осветил приёмы строительства в районах с многолетнемёрзлыми грунтами.

В 1916 году был опубликован капитальный труд A.B. Львова "Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на западной части Амурской железной дороги в условиях "вечной" мерзлоты почвы". В этой книге он подвёл итог огромной работы российских учёных по изучению вечной мерзлоты. Книга является первой крупной сводкой по гидрогеологии области распространения мёрзлой зоны литосферы. В ней же опубликован "Проект программы для собирания сведений к вопросу о вечной мерзлоте почвы и явлений, с ней связанных".

В 1925 году по просьбе правительства Якутской АССР была организована крупная экспедиция АН СССР, которая провела исследования в Центральной Якутии, в Вилюйских районах и на побережье Ледовитого океана. Хотя в составе экспедиции не было отдельного геокриологического отряда, тем не менее, многие исследователи уделили "вечной мерзлоте" значительное внимание [5].

Апасы - это специфические формы рельефа Цен-

Карл Бэр (1840 г.).

А.Ф. Миддендорф

тральной Якутии. Но как они образовались? Участник экспедиции A.A. Красюк высказывал мысль, что аласные котловины произошли в результате провалов и оседания грунта в результате суффозионных процессов, происходящих в недрах толщи известковых пород. Другой участник экспедиции проф. Андрей Александрович Григорьев, впоследствии академик и первый директор Института географии АН СССР, связывал формирование аласного рельефа с вытаиванием фирновых ледовых образований, и он был близок к истине. Действительно, аласы - это продукт термокарста (этот термин впервые введён в 1932 году не мерзлотоведами, а геологом М.М. Ермолаевым, исследовавшим остров Бол. Ляховский в системе Новосибирских островов), но вытаивал не фирн, а повторно-жильный (трещинный) лёд. Это было доказано в 40-е годы XX в. сотрудниками Якутской научно-исследовательской мерзлотной станции АН СССР - H.A. Граве, А.И. Ефимовым, П.А. Соловьёвым [5].

Некоторые мерзлотные исследования в экспедиции АН СССР проводили геоботаники и почвоведы. В частности Р.И. Аболин в своём отчёте "постоянно" мёрзлому грунту посвятил отдельную главу, в которой проанализировал влияние среднегодовой температуры воздуха и толщины снежного покрова на формирование вечномёрзлых грунтов, а также зависимость глубины сезонного оттаивания от вида растительности на различных участках.

Важным событием, сыгравшим большую роль в успешном развитии отечественного мерзлотоведения, явилось создание в 1930 г. в системе Академии Наук СССР по инициативе академика Владимира Ивановича Вернадского первого научного учреждения для комплексного изучения подземной криосферы и координации всех исследований в этой области - Комиссии по изучению вечной мерзлоты (КИВН), которую возглавил академик Владимир Афанасьевич Обручев.

В период с 1930 по 1935 гг. комиссией было созвано пять совещаний по вечной мерзлоте. В 1936 году КИВН был реорганизован в Комитет по вечной мерзлоте АН СССР, а в 1939 Комитет был преобразован в Институт мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР. Ему были переданы научно-исследовательские станции в Воркуте, Игарке, Якутске, Анадыре, Чульмане.

К этому времени новая наука сформировала весь основной терминологический аппарат и понятийную основу, касающуюся морфологии, термического режима, криогенных процессов и явлений в криолитозоне.

В 1959 году Институт мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР публикует капитальный труд "Основы геокриологии (мерзлотоведения)" в двух томах. В первом из них рассматриваются геолого-географические вопросы мерзлотоведения, а во втором -

инженерные. Эти книги до настоящего времени являются настольными не только для начинающих, но и для старшего поколения учёных.

В 1961 году на базе Северо-Восточного отделения Московского института в г. Якутске был создан Институт мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР, который с февраля 1995 года носит имя его основателя и первого директора академика Павла Ивановича Мельникова. Институту мерзлотоведения были переданы Игарская и Чульманская мерзлотные станции. Последняя в 1965 г. была перебазирована в пос. Чернышевский Якутской республики и получила название Вилюйской. В разные годы были организованы: Казахстанская высокогорная геокриологическая лаборатория, Читинский отдел, Северо-Восточная мерзлотная станция в г. Магадане. В трудный период 1990-2000 гг. Институту удалось сохранить все региональные подразделения, несколько изменив их структурный статус. Научный коллектив института успешно продолжает поиск нового

знания о вечной мерзлоте и явлениях, её сопровождающих.

Списоклитературы

1. Бэр K.M. Материалы к познанию нетающего почвенного льда в Сибири. - Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2000. - С. 13-25.

2. Общее мерзлотоведение. - Новосибирск: Наука, 1974. -С. 15-21.

3. Основы геокриологии (мерзлотоведения). - М.: Изд-во АН СССР, 1959. - Ч. I. - С. 20-44.

4. Каменский P.M. Шахта Шергина // Наука и образование,-2000. - №3. - С. 133-135.

5. Каменский P.M. Мерзлотные исследования Якутской экспедиции АН СССР // Материалы научной конференции, посвящённой 70-летию создания Якутской комплексной экспедиции Академии наук СССР. -Якутск, 1996. -С. 61-66.

НОВЫЕ КНИГИ

НОВЫЕ КНИГИ ИЗДАТЕЛЬСТВА ИНСТИТУТА МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ СО РАН

Бэр K.M. Материалы к познанию нетающего почвенного льда в Сибири. - Якутск: Издательство Института мерзлотоведения СО РАН (отв. ред. P.M. Каменский). -2000. - 160с.

Впервые вышла в свет уникальная научная работа выдающегося естествоиспытателя, академика Императорской Санкт-Петербургской Академии наук, первого ученого-мерзлотоведа Карла Бэра, которая была выполнена еще в 1842 г.

Это издание, касающееся в первую очередь области истории методологии и развития науки в целом, сохраняет и сегодня свое огромное непреходящее научное значение. Являясь первым научным обобщением, посвященным классификации подземных льдов, вопросам распространения, мощности и условий формирования температуры многолетней мерзлоты, труд К. Бэра содержит неизвестные науке факты и остается актуальным для сформировавшихся за прошедшее с его написания время отраслей знания, изучающих это геофизическое явление.

В монографии собраны, обобщены и проанализированы все основные данные о распространении вечной мерзлоты и льдов в Сибири по состоянию на 1842 год. Материалы предназначались для экспедиции акад. А.Ф. Миддендорфа в качестве программы исследований с подробной оценкой состояния вопроса. Подлинник рукописи на немецком языке хранится в архиве Российской академии наук.

Книга интересна и полезна геокриологам, геологам, географам и специалистам по истории и методологии науки.

Даниловцев П.А. Краха науки не будет. - Якутск: Издательство Института мерзлотоведения СО РАН, 2001. -186 с.

Автор книги «Краха науки не будет» к.э.н. П.А. Даниловцев хорошо знаком научным кругам и общественности Якутии. Он, постоянно занимаясь популяризаций науки на страницах своих книг и республиканских СМИ, четверть века проработал в Институте мерзлотоведения СО РАН. Книга предназначена для широкого круга читателей и посвящена одной из актуальных проблем нашего времени - роли науки в развитии производительных сил страны. Безусловный интерес могут вызвать разделы книги о существующих связях фундаментальной науки и промышленности, о наиболее значимых достижениях СО РАН в деле внедрения научных разработок в народное хозяйство и подготовке специалистов для науки и промышленности. На ее страницах представлено целое созвездие замечательных людей, посвятивших свою жизнь науке, образованию, культуре, искусству.