Распространение и температурный режим многолетнемерзлых пород

На распространение и среднегодовые температуры талых и многолетнемерзлых пород существенное влияние ока­зывают такие региональные факторы, как состав отложений, залегающих с поверхности и входящих в слои сезонного про­мерзания и оттаивания, и рельеф местности.

Влияние состава отложений в наибольшей степени сказы­вается на южной окраине области распространения ММП в пределах равнин, плоскогорий, горных районов Прибайкалья и Забайкалья, а также в том высотном поясе гор Центрально-Азиатского региона, где распространены спорадические, ост­ровные и прерывистые мерзлые толщи. Влияние состава от­ложений на их состояние и t_cv проявляется через их свойства (теплоемкость, теплопроводность в талом и мерзлом состоя­ниях, проницаемость и др.) в совокупности с условиями зале­гания, мезо- и микрорельефом поверхности, ландшафтными и климатическими особенностями. На равнинах севера европей­ской части России и Западной Сибири острова «мерзлоты» на южном пределе распространения приурочены к массивам торфяников и некоторым ландшафтам, литогенная основа ко­торых представлена пылеватыми суглинками и супесями. Для этих регионов характерны зимой сильные ветры, перераспре­деляющие снег (см. П.1), который сносится с повышенных участков, в том числе и с массивов торфяников. Остающийся снег небольшой мощности (0,1—0,3 м) сильно уплотнен и ока­зывает слабое отепляющее воздействие. Торф обладает высо­кой влажностью и существенно различной теплопроводностью в талом и мерзлом состояниях. В условиях значительных ам­плитуд колебаний среднемесячных температур поверхности температурная сдвижка (А4) в сезонноталом слое достигает 2 и даже 3°С. За счет этого формируются «острова» мерзлых пород в пылеватых суглинистых отложениях, слагающих эле­менты мезорельефа, с которых сдувается снег. К ним относят­ся наветренные склоны, особенно их бровки, гряды и холмы различного происхождения, даже плоские междуречья, заня­тые «медальонными тундрами». Невысокая проницаемость иногда в сочетании с высокой обводненностью этих отложе­ний в СТС препятствует проявлению отепляющего воздейст­вия летних атмосферных осадков.

59

Обратим внимание на одну важную особенность приуро­ченности «островов мерзлоты» к торфяникам и суглинкам. Торфяники Восточной Европы и Западной Сибири накапли­вались преимущественно в климатический оптимум голоцена в заболоченных понижениях в талом состоянии. В начале позднего голоцена в результате похолодания климата они про­мерзли, образовав миграционные бугры и «ллощади» пучения (см. 1.3). С этих приподнятых форм криогенного рельефа сду­вался снег, способствуя их дополнительному охлаждению. По­следующее потепление привело к деградации мерзлых пород на ландшафтах, где скапливался снег: однако в мерзлом со­стоянии сохранялись торфяные бугры и массивы. Они образо­вали подзону мерзлых торфяников в «центральной геокриоло­гической зоне» Западной Сибири (Баулин и др., 1967). Север­нее, в подзоне прерывистого и зоне сплошного распростране­ния мерзлоты, различия в составе отложений и морфологии по­верхности проявляются преимущественно в разнообразии от­рицательных /_Ср. Таким образом, особенности распростране­ния мерзлых торфяников и их температурный режим, форми­рующиеся под влиянием современных условий теплообмена, обусловлены эволюцией геокриологических условий в прош­лом, что отличает их от «островов» многолетнемерзлых су­глинков.

В Средней и Восточной Сибири преобладает зимой анти-циклональный характер погоды и отсутствует ветровое пере­распределение снега. Здесь на южной окраине мерзлой зоны острова мерзлоты приурочены к суглинкам, слагающим забо­лоченные и замшелые поверхности речных террас глубоко врезанных долин рек, в которых проявляется температурная инверсия, а также нижние части склонов северной экспозиции и затененные днища логов, заросших густыми ельниками, на кронах которых зимой удерживается значительная часть сне­га. Таким образом, прослеживается следующая закономер­ность: во внутренних регионах Евразии с континентальным типом высотной геокриологической поясности в пределах ниж­него пояса (умеренный вариант) в мерзлом состоянии нахо­дятся пылеватые и оторфованные сильно увлажненные су­глинки. Чем южнее широтное положение границы мерзлой зо­ны, тем ярче проявляется приуроченность мерзлых «островов» и «массивов» к обращенным на север склонам и затененным и заболоченным днищам долин.

В горных регионах и плоскогорьях, на склонах, сложенных крупноглыбовыми образованиями обвалов, курумов, каменных глетчеров, вблизи нижней высотной (или южной) границы «мерзлоты» мерзлое состояние породы приобретают в резуль­тате охлаждающего влияния зимней конвекции воздуха и голь­цового льдообразования. Благоприятными условиями для это­го являются малый снег зимой и затененность летом. Темпе­ратуры крупноглыбовых, лишенных заполнителя пород с вы-

60

сокой открытой пустотностью бывают обычно на 2—3°С ниже, чем /_Ср тонкодисперсных отложений на смежных участках. На Памире и Тянь-Шане острова многолетнемерзлых крупноглы­бовых образований на склонах северной экспозиции встречают­ся на 300—500 м ниже, чем в других отложениях, иногда да­же при положительных среднегодовых температурах воздуха.

В зонах прерывистого, а иногда сплошного распространения ММП в талом состоянии сохраняются песчаные отложения и трещиноватые скальные породы, перекрытые маломощным щебнисто-дресвяным чехлом элювия. Существенное значение в формировании положительных t_cv играет отепляющее воздей­ствие летних атмосферных осадков и конденсации влаги в CMC. Способствуют этому и ландшафтные условия (слабая заболоченность, разреженный растительный покров), обуслов­ливающие низкие затраты тепла на испарение влаги и сильный прогрев поверхности летом. Талые массивы указанного состава больше распространены на юге Средней и Восточной Сибири (см. II.2), для которых характерно жаркое лето со значитель­ным количеством теплых ливневых дождей.

Общей закономерностью является снижение влияния соста­ва отложений на дифференциацию /_Ср и глубин сезонного от­таивания по мере увеличения суровости геокриологических ус­ловий (II.6). Различия в составе (и свойствах) отложений раз­ного генезиса, входящих в СТС, нивелируются их высокой пы~ леватостью. При низких ^_Ср (от —7...—8 до —15°С) во всех ли-тологических разновидностях мощность СТС невелика и не превы­шает 0,5—0,8 м, слой сильно обводнен и существует не более трех месяцев. В таких условиях не проявляется отепляющее влияние инфильтрации летних осадков и конденсации, невели­ко и однообразно влияние температурной сдвижки. В высоких широтах преобладают тундровые ландшафты, слабо проявляет­ся влияние экспозиции склонов на перераспределение прямой радиации за счет низкого стояния Солнца в летние месяцы и его круглосуточного сияния.

Влияние рельефа местности на распространение и темпера­турный режим ММП многообразно, разномасштабно и меняет­ся в широтном и меридиональном направлениях. Эти влияния носят как опосредованный (через изменения климата), так и прямой характер.

Мегавлияние рельефа проявляется в следующем: низмен­ный равнинный рельеф способствует проявлению геокриологи­ческой зональности; горный рельеф обусловливает проявление геокриологической высотной поясности, а при значительной вы-тянутости горных сооружений по меридиану — сочетание зо­нальности и поясности; рельеф плоскогорий и плато создает сочетание геокриологической зональности, наиболее заметное на уровне выровненных поверхностей, а также элементов вы­сотной поясности. Последняя проявляется как во врезанных долинах, так и в горах, осложняющих рельеф плоскогорий или

61

обрамляющих горные плато. Наиболее типичными являются геокриологические условия Среднесибирского плоскогорья. Высоты его поверхности меняются в пределах 600—800 м. На плоских междуречьях проявляется геокриологическая зональ­ность, осложненная увеличением континентальности климата и понижением t_cv в восточном направлении. Глубина вреза до­лин, имеющих ящикообразный профиль, достигает 300—500 м. Относительная высота отдельных гор 200—300 м, а горных массивов (Путорана и др.) — 1500—2000 м. Во врезах долин формируется инверсионный характер геокриологической пояс­ности континентального типа, проявляющийся в более низких /_Ср пород днищ долин и экспонированных на север склонов. В горных группах особенности поясности определяются их вы­сотами и географическим положением. Например, для гор Пу­торана характерна нормальная геокриологическая поясность океанического типа. Отдельные горы в центральной части Средней Сибири часто не выходят за пределы нижнего гео­криологического пояса при континентальном типе поясности.

Горные сооружения обусловливают макро- и мезовлияние на геокриологические условия. Как указывалось выше (П.1), они являются орографическими барьерами для влагонесущих воздушных масс. Это определяет различие в климате, в том числе в количестве жидких осадков и снега, увеличивает обвод­ненность горных массивов и создает более мягкие геокриологи­ческие условия на наветренных склонах по сравнению с под­ветренными склонами горных сооружений. Такая картина на­блюдается, например, на Урале, западный склон которого по­лучает больше осадков, чем восточный; нижняя граница рас­пространения ММП на 100—200 м выше, чем на восточном; а также больше таликов.

Сходная ситуация на Северо-Байкальском хребте, где на склонах, обращенных на северо-запад, мерзлые породы имеют островное распространение, а обращенных на юго-восток — прерывистое. Эффект орографических барьеров, проявляющий­ся в различии климата и геокриологических условий склонов хребтов с разной экспозицией, обычно ослабевает по мере уда­ления от периферийной к центральной части горной области. Примером могут служить особенности изменений геокриологи­ческих условий Байкальской области, где в направлении с за­пада на восток различия этих условий постепенно нивелиру­ются.

Экспозиция склонов горных сооружений по отношению к сторонам света обусловливает различия в поступающей на них прямой солнечной радиации, в тепловом балансе поверх­ности и температурах пород. Наибольшее количество радиа­ции получают склоны южной экспозиции, наименьшее — север­ной. Соответственно геокриологические условия первых обыч­но более мягкие, чем последних. Эта особенность имеет весьма общий характер и прослеживается в макро-, мезо- и микромас-

штабах: для склонов горных сооружений; отдельных гор и хребтов и небольших склонов долин рек, оврагов и холмов.

Перераспределение солнечной радиации и вызванная этим асимметрия геокриологических условий на склонах разной экс­позиции больше в условиях континентальных климатов с не­высокой облачностью и большой прозрачностью атмосферы по сравнению с условиями морского климата, где возрастает доля рассеянной радиации. Кроме того, эта особенность слабо про­является в высоких широтах, но увеличивается к югу. На се­вере это связано с длительным периодом полярной ночи и боль­шой продолжительностью существования снежного покрова, имеющего высокое альбедо, а также низкими углами стояния Солнца и наличием полярного дня. Ландшафты склонов север­ной и южной экспозиций сходны. В результате это приводит к небольшим различиям в их геокриологических условиях. В южных районах криолитозоны (в умеренных широтах и суб­тропиках) различия в прямой инсоляции склонов южных и се­верных экспозиций очень велики. Это сказывается на сроках схода снега, прогреве /поверхности и ее увлажненности. На юж­ных склонах весной снег сходит существенно раньше, они бо­лее сухие, сильно прогреваемые в весенне-летний период года. Напротив, склоны, экспонированные на север, затенены, более влажные, слабо прогреваемые. Снег на них может долго со­храняться весной, оказывая на почву охлаждающее воздейст­вие, понижая ^_Ср и увеличивая сплошность распространения мерзлых толщ.

Результатом различия природной обстановки на склонах разной экспозиции являются неодинаковые геокриологические условия. Для склонов южной экспозиции типичны более высо­кие /_Ср (на южной окраине криолитозоны — положительные), большие амплитуды среднегодовых колебаний температур на поверхности (А₀)_у невысокая влажность пород в СТС или CMC, большие £_т ^и ?м. Напротив, на склонах, экспонированных на север, t_Cp низкие, влажность отложений СТС (CMC) значи­тельная, невысокие Л_о, небольшие £_т и |_м. Существуют разли­чия в криогенных процессах и явлениях: для северных склонов характерны солифлюкция и делювиальный смыв, для южных — активное криогенное выветривание. Описанные различия ха­рактерны, например, для гор Прибайкалья и Забайкалья.

Сложная геокриологическая обстановка возникает в гор­ных районах юга Сибири и Средней Азии, на северных (севе­ро-западных) склонах которых накапливается снег повышен­ной мощности, а южные обогреваются сильнее за счет повышен­ной инсоляции. Распространение ММП, высотное положение границ геокриологических поясов, /_Ср могут быть сходными. Основные различия заключаются в типах и глубинах сезон­ного промерзания и оттаивания пород, типах таликов, крио­генных процессах и явлениях.

И.5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И СУЩЕСТВОВАНИЯ ТАЛИКОВ

Зональная и региональная приуроченность различ­ных по происхождению таликов впервые была рассмотрена

B. А. Кудрявцевым (1954). Он показал, что субаэральные (ра­
диационно-тепловые) ¹ несквозные и сквозные талики распро­
странены преимущественно в пределах мерзлотно-температур-
ных зон /_Ср: 0...—1, —1...—3 и —3...—5°С. Они существу­
ют в результате благоприятного сочетания отепляющих при­
родных факторов (снега значительной мощности, повышенной
инсоляции или низкой отражательной способности поверхности
и др.)- Гидрогенные талики под водоемами и водотоками име­
ют в криолитозоне повсеместное распространение. Они являют­
ся единственным типом таликов в пределах мерзлотно-темпе-
ратурных зон /_Ср в субаэральных условиях —5...—10°С и ни­
же. Глубина озер, под которыми возникают талики, возрастает
к северу. При этом сквозной или несквозной характер подозер-
ных таликов зависит от соотношения мощности ММП и разме­
ров озера, а также от времени появления последнего. Для
озер, существующих длительное время, под которыми талики
имеют стационарные очертания, их сквозной характер возмо­
жен, если диаметр озера примерно вдвое превышает мощность
ММП. Последующие исследования таликов С. М. Фотиевым,
Н. Н. Романовским и другими развили представления В. А. Куд­
рявцева. В настоящее время можно сформулировать следую­
щие основные закономерности в распространении и существо­
вании таликов.

Радиационно-тепловые субаэральные талики приурочены преимущественно к южной геокриологической зоне (по

C. М. Фотиеву, 1978) с островным и прерывистым распростра­
нением мерзлых толщ. Именно этот тип таликов определяет
характер распространения ММП с поверхности. Талики гид­
рогенного типа обычно занимают менее 5% площади как в юж­
ной, так и в северной геокриологической зоне сплошного рас­
пространения мерзлых толщ. В отдельных районах широкого
развития озерного термокарста, занимающих часть примор­
ских низменностей Западной Сибири, Северо-Востока России,
Аляски и Канады, площади подозерных таликов достигают
40—50%.

Радиационно-тепловые талики формируются и существуют под воздействием комплекса факторов и условий: сильного отеп­ляющего влияния снежного покрова, повышенного прогрева по­верхности летом под влиянием солнечной инсоляции, инфильт­рации теплых атмосферных осадков в хорошо фильтрующие отложения. Вместе с тем для разных зональных, секториаль-ных и региональных условий могут быть с некоторой долей ус-

¹ В работе используется классификация таликов, разработанная Н. Н. Романовским (Общее мерзлотоведение, 1978).

ловности указаны ведущие .причины, приводящие к формиро­ванию положительных /_Ср. Это позволяет выделить характер­ные подтипы таликов, свойственные различным регионам (теп­ловые, радиационные, дождевально-радиационные). Заметим, что гидрогеологические особенности таких таликов оказывают второстепенное влияние на региональные закономерности их распространения преимущественно из-за локального характера воздействия подземных вод. Исключение составляют дожде­вально-радиационные инфильтрационные талики, приурочен­ные к массивам песков, галечников, трещиноватых скальных пород, занимающих обычно повышенные участки.

Для южной подзоны Восточно-Европейского и Западно-Си­бирского секторов (см. П.2) преимущественное распростране­ние имеют тепловые талики, образующиеся в результате силь­ного отепляющего влияния снежного покрова повышенной мощности. Они являются доминирующими в условиях прерыви­стого распространения ММП, где другие категории отсутству­ют или имеют локальное развитие. Причиной преобладания тепловых таликов являются ветровое перераспределение снега и его концентрация в депрессиях рельефа, на участках, по­крытых кустарником или лесом. Высокое широтное положение южной геокриологической зоны в этих регионах, умеренно-кон­тинентальный климат с холодным летом, значительной облач­ностью, моросящими холодными дождями, широкое распро­странение пылеватых супесей и суглинков, равнинный характер рельефа, затрудняющий сток и способствующий заболачива­нию,— все это не благоприятствует формированию радиацион­ных и дождевально-радиационных таликов. В особой мере это относится к Восточно-Европейскому сектору. В Западной Си­бири с более континентальным климатом и достаточно широ­ким распространением песчаных массивов указанные подтипы таликов имеют большее распространение.

В Средне- и Восточно-Сибирском секторах и особенно в горах Средней Азии широко представлены радиационные сквоз­ные талики, приуроченные к склонам южной, юго-восточной, юго-западной и западной экспозиций. Их существованию спо­собствуют южное положение широтной и высотной границ рас­пространения ММП, высокая суммарная радиация, в которой преобладает прямая, континентальный климат со слабой облач­ностью и большим числом солнечных дней.

К выположенным повышенным участкам, сложенным хо­рошо фильтрующими породами, в этих регионах приурочены дождевально-радиационные сквозные талики. Их существова­нию способствуют значительный прогрев поверхности земли ле­том и ливневые дожди, обычно с высокой температурой и произ­водящие теплосъем с прогретой поверхности почвы. Их инфиль­трация обеспечивает высокий привнос тепла в верхние слои по­род и их положительные t_cv. Благоприятными для формирова­ния дождевально-радиационных таликов являются районы

3 И. Н. Романовский 65

проникновения летних муссонов со стороны Тихого океана (низменности юга Дальнего Востока, Забайкалья, Прибайкалья и даже Южная Якутия, низкогорье Алданского щита и-впади­ны, имеющие платообразный рельеф).

Дождевально-радиационные несквозные талики развиты и в южной части северной геокриологической зоны со сплошным распространением ММП. Здесь их существование связано не только с благоприятной современной природной обстановкой, но и с палеогеографическими условиями. Эти талики приуроче­ны к массивам пород (карбонатных, трещиноватых терриген-ных и изверженных, к пескам), которые протаивали с поверх­ности в климатический оптимум голоцена. При наступлении позднеголоценового похолодания эти массивы частично про­мерзли, а частично остались в талом состоянии. Талыми со­хранились участки с благоприятными условиями инфильтра­ции и стока атмосферных осадков. В Центральной Якутии к их числу относятся массивы развеваемых песков — тукуланы^ поверхности высоких песчаных террас рек Лены, Алдана и дру­гих, в Средней Сибири — поверхности плато, сложенного карбо­натными закарстованными породами, песками и галечниками.