Многолетняя мерзлота — условия образования, распространение и влияние на жизнь человека

Особенности мерзлых почв

Низкие температуры в условиях мерзлоты, носящей длительный сезонный или постоянный характер, естественно накладывают свой отпечаток на состояние местной почвы. В ней протекают своеобразные химико-биологические процессы. Один из примеров изображен на фото слева.

Над мёрзлым водоупорным слоем в процессе коагуляции (сгущения) органических веществ накапливается гумус. Причем его над-мерзлотная регенерация или так называемое над-мерзлотное оглеение сильно не зависят от милостей природы. Чтобы процесс пошел, достаточно небольшого количества годовых осадков.

Образуемые в земле шлиры (ледяные слои), разрывая водоносные капилляры,   перекрывают доступ влаги из верхних над-мерзлотных горизонтов к нижней корнеобитаемой среде. Все явления, происходящие в почве в условиях вечной мерзлоты, особенно характерны для тундровой зоны. В результате происходящих из-за наличия мерзлого слоя механических изменений в почве тундра приобрела свой особенный вид. Криогенные деформации в виде криотурбации (перемешивания под влиянием разницы температур почвенной массы) и солифлюкации (сползание почвенной массы, насыщенной водой, со склонов по мёрзлому слою) придали рельефу тундры волнообразные очертания, когда вспученные бугры чередуются с провалами термокарстовых западин. По той же причине образовались пятнистые тундры.

Минусовые температуры влияют и на  оструктурирование почвы, вызывая ее криогенный характер. Они заставляют продукты почвообразования переходить в более конденсированные состояния, при этом резко замедляя их подвижность. В результате мерзлотной коагуляции коллоидов происходит ожелезнение почв. По мнению некоторых исследователей криогенные явления также обогащают кремнекислотой среднюю часть профиля подзолистых почв. Эти ученые считают белесую присыпку результатом мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Хозяйственная деятельность на многолетней мерзлоте

К основным видам хозяйственной деятельности в условиях многолетней мерзлоты можно считать оленеводство, пушной промысел, рыболовство, чуть менее распространено коневодство. Равнинная и горная тундра – это отличные пастбища для оленей, а для крупного рогатого скота подходят луга в долинах рек. Это отличная кормовая база.

С точки зрения добычи природных ископаемых, это своеобразная кладовая природы. Здесь присутствуют  уголь, алмазы, газ, никель, золото, медь, олово. К тому же добыча упрощается тем, что мерзлота является прекрасным крепежным материалом при организации шахт.

Вечная мерзлота используется людьми как природный холодильник. В ней сохраняются  ягоды, рыба, мясо, фрукты.

Земледелие на вечномерзлом грунте затруднительно, но возможно, оно несет с собой массу трудностей.  Распаханная земля более темная, она притягивает тепло, грунт оттаивает, местность покрывается болотами, которые приходится осушать. Но люди постепенно осваивают земли Восточной Сибири,  хотя грунт никогда не прогревается, корневая система растений слабая, но при этом людям удается выращивать некоторые овощи и даже овес. С точки зрения плодородия тоже не все гладко. Из-за низких температур почвенный покров образуется очень медленно, гумус практически отсутствует.

Как проявляется вечная мерзлота?

В северных районах, где грунт скован вечной мерзлотой, даже летом оттаивает только тонкий слой, не более 5-10 сантиметров. Вода, которая образуется после таяния зимних снегов, не может полностью впитаться в почву, поэтому верхний слой летом представляет собой полужидкую грязь.
Если оттаявшая почва расположена на склоне, то грязевой «язык» под действием силы тяжести нередко сползает по нему в низину. Рельеф тундры во многих местах изобилует такими следами грязевых оползней.

С окончанием лета ландшафт может измениться до неузнаваемости. Талая вода, заполнявшая трещины в скальных породах, замерзает (при этом ее объем увеличивается примерно на 10%) и разрывает породу. Это вызывает либо вспучивание, либо сдвиг грунта. Внешне такое место выглядит как холм в форме купола высотой около 30-50 метров, вершина которого расколота на несколько частей либо раскрошена.

Местные жители называют эти холмы словом «пинго». Их можно встретить не только в Сибири, но и в Канаде и Гренландии. На вершинах пинго нередко образуются небольшие кратеры, которые летом превращаются в неглубокие озерца.

Где можно встретить многолетнюю мерзлоту?

Вечная мерзлота – явление, характерное для полярных и приполярных районов, которое наблюдается на территории, прилегающей к обоим полюсам – и Северному, и Южному. Помимо того, мерзлота встречается и в других регионах планеты, в том числе в экваториальных, но только в высокогорных районах, на вершинах, увенчанных снеговыми шапками.

Единственным материком, где вечной мерзлоты нет, является Австралия, которая достаточно удалена от Южного полюса и не обладает высокими горными массивами. Сплошные массивы вечной мерзлоты располагаются в северной части Евразийского континента, на территории севера Канады, Аляски, не менее чем на половине площади Гренландии, а также на всей территории Антарктиды.
Толщина промерзшего слоя колеблется от 30 сантиметров до более чем километра. Наибольшая зафиксированная глубина многолетней мерзлоты обнаружена в верховьях сибирской реки Вилюй, протекающей на территории Якутии, и составляет 1370 метров. В России вечная мерзлота занимает почти две трети общей территории (65%), или 11 миллионов квадратных километров.

Многие территории заняты сплошной мерзлотой, которая носит многолетний характер – это северо-восток Сибири, острова Арктики, Новая Земля и т.д. Территории, расположенные немного южнее, характеризуются так называемой островной мерзлотой, где промерзший слой невелик и может залегать не сплошным слоем, а отдельными пятнами, а температура толщи грунта колеблется от –6 градусов до нуля.

Ледники России

Процесс образования ледников:

Ледники образуются в местах, где процессы накапливания снега превышают его таяние. Новый снег выпадает на многолетний. Во время таяния появляются кристаллы льда. Они постепенно скапливаются в большие массы льда, которые со временем могут прийти в движение.

География распространения ледников

Северно — Ледовитый океан

Самые крупные ледники в России находятся на островах Северного Ледовитого океана. Здесь располагаются покровные ледники. Их размеры уменьшаются к востоку из-за сокращения количества осадков.

Ледниковый покров Новой Земли – один из наиболее крупных в Арктике. Его площадь составляет более 23 тыс. кв. км. Он занимает большую часть Северного острова. Свободными ото льда остаются лишь узкие прибрежные полосы. Языки ледников, достигая моря, образуют айсберги.

Кавказ

Среди российских горных систем для формирования ледников наиболее благоприятны климат и рельеф Кавказа.

Горные склоны сильно расчленены, и здесь встречаются как долинные, так и склоновые (висячие) ледники. Общее количество ледников – более 2000

Алтай

Алтай по количеству ледников уступает Кавказу. Это обусловлено меньшим количеством осадков

Наибольшее число ледников расположены на западных склонах горной системы (она больше увлажнена)

Урал

На Полярном Урале все ледники расположены на западном склоне, где выпадает большее количество осадков. Здесь одно из наиболее низких среди горных систем России положение снеговой линии – менее 1000 метров. Это объясняется положением территории в высоких широтах.

Полуостров Камчатка

Особенности камчатского оледенения связаны с активным влиянием вулканизма и с тем, что оно может развиваться не на очень больших высотах. Некоторые из них образуются в кальдерах действующих вулканов и существуют до очередного извержения.

Стихийные бедствия, связанные с ледниками

1. Движение горных ледников может вызвать сели (грязекаменные потоки в горах)

2. От полярных ледников могут откалываться айсберги, опасные для мореплавания

Исследование природных льдов необходимо для решения проблем, связанных с изменением климата и стока рек, с гидроэнергетикой, изучением колебаний уровня Мирового океана, орошением засушливых земель, борьбой со стихийными бедствиями в горах.

Оттаивание многолетней мерзлоты в России

Чем опасно оттаивание мерзлого грунта? Во-первых, это грозит образованием гигантских провалов, таких как Батагайский кратер в Якутии. Размеры его пугают не только обывателей, но даже ученые относятся к этому явлению настороженно. Такой провал в результате оттаивания вечной мерзлоты может случиться в любом месте и в любое время.

Во-вторых, в результате провалов, в атмосферу выходит природный газ метан, один из парниковых газов. Дело в том, что накопленные тысячелетиями органические вещества, законсервированные в природном холодильнике, начинают постепенно оттаивать под влиянием глобального потепления. Отсюда и природный газ. Чем больше выброс метана, тем выше средние показатели температуры на планете. Получается замкнутый круг.

Ухудшения состояние мерзлого грунта вредит не только природе, но и отражается на человеке. Например, в течение последних десяти лет в Норильске подверглись разрушению более 250 многоэтажных домов. Получается, что с одной стороны человечеством был сделан огромный шаг в сторону освоения многолетней мерзлоты. Люди стали жить, работать, учиться в таких условиях, в которых, казалось бы, жить невозможно. А с другой стороны, вмешательство в природу привело к деградации мерзлого грунта, что пошатнуло природный баланс. Спустя десятилетия человечество вынуждено наблюдать, что научные достижения рушатся как карточный домик.

Мерзлота и человеческая деятельность

Для успешного освоения северных районов очень важно владеть полной информацией о многолетней мерзлоте. Подобные знания необходимы для выполнения следующих задач:

• строительство зданий и различных сооружений;
• проведение геологоразведки;
• добыча полезных ископаемых.

Бесконтрольное таяние мерзлоты может стать причиной появления многих проблем, связанных с особенностью деятельности человека в северных районах. При проведении работ на севере это нужно избегать всеми способами.

Глубоко промерзший грунт, лишенный малейшей подвижности своих пластов, очень удобен при разработке месторождений полезных ископаемых карьерным открытым способом. Поскольку стенки карьера, скованные мерзлотой, не осыпаются, они позволяют более эффективно проводить работу.

В последние годы площадь, которую занимает многолетняя мерзлота, начала сокращаться. Области промерзшего грунта стали медленно отступать к северу. Это напрямую связано с глобальным потеплением на планете и неизменным ростом температуры. Если ситуация не изменится, то уже через несколько десятилетий районы, которые были освобождены от мерзлоты, станут пригодными для сельскохозяйственных работ.

Что мы узнали?

При изучении темы «Многолетняя мерзлота» мы рассмотрели кратко о причинах образования многолетней мерзлоты. Мы выяснили, какие факторы сопутствуют ее формированию, в каких районах Земли она находится и как влияет на деятельность человека.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Сохранение организмов в вечной мерзлоте

Микробы

Ученые прогнозируют, что до 10 21 микробов, включая грибы и бактерии помимо вирусов, будут выделяться из тающего льда в год. Часто эти микробы выбрасываются прямо в океан. Из-за мигрирующего характера многих видов рыб и птиц, возможно, эти микробы имеют высокую скорость передачи.

Вечная мерзлота в восточной Швейцарии была проанализирована исследователями в 2016 году на высокогорном участке вечной мерзлоты под названием «Муот-да-Барба-Пейдер». На этом участке обитало разнообразное микробное сообщество с различными бактериями и группами эукариот. Видные группы бактерий включали филюм Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria и Verrucomicrobia . Известные эукариотические грибы включали Ascomycota , Basidiomycota и Zygomycota . У нынешнего вида ученые наблюдали множество приспособлений к отрицательным температурам, включая сниженные и анаэробные метаболические процессы.

Предполагается, что вспышка сибирской язвы на полуострове Ямал в 2016 году связана с таянием вечной мерзлоты. В вечной мерзлоте Сибири также присутствуют два вида вируса: Pithovirus sibericum и Mollivirus sibericum. Обоим из них приблизительно 30 000 лет, и они считаются гигантскими вирусами из-за того, что они больше по размеру, чем большинство бактерий, и имеют больший геном, чем другие вирусы. Оба вируса по-прежнему заразны, о чем свидетельствует их способность инфицировать Acanthamoeba , род амеб.

Было показано, что замораживание при низких температурах сохраняет инфекционность вирусов. Калицивирусы, грипп A и энтеровирусы (например, полиовирусы, эховирусы, вирусы Коксаки) сохраняются во льду и / или вечной мерзлоте. Ученые определили три характеристики, необходимые для успешного сохранения вируса во льду: высокая численность, способность переноситься во льду и способность возобновлять циклы болезней после выхода изо льда. Прямого заражения людей от вечной мерзлоты или льда не было; такие вирусы обычно распространяются через другие организмы или абиотические механизмы.

Изучение образцов сибирской вечной мерзлоты позднего плейстоцена из Колымской низменности (восточно-сибирской низменности) использовало изоляцию ДНК и клонирование генов (в частности, гены 16S рРНК), чтобы определить, к какому типу принадлежат эти микроорганизмы. Этот метод позволил сравнить известные микроорганизмы с их недавно обнаруженными образцами и выявил восемь филотипов, которые принадлежали типам Actinobacteria и Proteobacteria .

Растения

В 2012 году российские исследователи доказали, что вечная мерзлота может служить естественным хранилищем древних форм жизни, возродив Silene stenophylla из 30 000-летней ткани, найденной в норе белки ледникового периода в сибирской вечной мерзлоте. Это самая старая из когда-либо возрожденных растительных тканей. Растение было плодовитым, давало белые цветы и всходящие семена. Исследование показало, что ткани могут выдерживать ледяную консервацию в течение десятков тысяч лет.

Научное определение

Под вечной мерзлотой принято считать криолитозону с температурным режимом от 0°C  и ниже и соответственно наличием в ней подземных льдов. По Сумгину это почвенная мерзлота с возрастом от 2 лет и выше, максимальные величины накопления измеряются тысячелетиями.

Какое-то время существовала определенная сумятица в терминологии. Значение слова «мерзлота» не имело четкого определения, что приводило к разночтениям. Такое положение подвергалось справедливой критике и поэтому предлагались другие названия. Были попытки широко распространить наименования «многолетнемёрзлые горные породы», «многолетняя криолитозона». Но в результате прижился термин Сумгина.

Срок, в течение которого образовывается мерзлое состояние пород, подразделяет их на три вида:

• Кратковременно-мёрзлые породы (за часы и сутки),
• Сезонно-мёрзлые породы (за месяцы),
• Многолетние мёрзлые породы (за годы)

К отдельной категории относятся промежуточные или переходящие формы мерзлых пород. Их называют перелетками. Примером может послужить случай, когда сезонно-мерзлая порода не успевает протаять за летний период и сохраняется в течение нескольких лет.

Большая доля современной вечной мерзлоты возникла в результате воздействий последнего ледникового периода. Объемы льда в промерзлых породах могут составлять до 90 процентов. В наши дни наблюдается процесс их медленного таяния.

Расположение на земном шаре

География криолитозоны очень обширная. Она присутствует в высоких широтах (полярная и субполярная вечная мерзлота), но также бывает и на больших высотах (субвертикальные стены до 3500 метров над уровнем моря). Как видно по геологическим картам, она покрывает одну пятую поверхности Земли.

Распространённость в северных широтах:

• 90% Гренландия.
• 80% Аляска.
• 50% Канада и Россия.

Обычно криолитозона постоянная за пределами 60 градусов широты и более спорадична для альпийской местности. Регионы многолетней мерзлоты низменности традиционно делятся на несколько зон на основе оценки географической непрерывности ландшафта. Наука признаёт следующие виды многолетней мерзлоты:

• непрерывная мерзлота (лежащая в основе 90−100% ландшафта);
• прерывистая (50−90%);
• спорадическая (0−50%).

В северном полушарии районы, мерзлота, занимает приблизительно 25% (23 млн км ²) площади суши. В прерывистых и спорадических зонах распространение является сложным и неоднородным. Её толщина варьируется от менее одного до более 1500 метров. В горах средней и низкой широты её распределение тесно связано с характеристиками поверхности суши:

• особенности рельефа;
• растительность;
• снежный покров.

Подводная криолитозона встречается при температуре около 0 °C на больших площадях арктического континентального шельфа. Континентальный шельф — это расширенный периметр каждого континента и соответствующей прибрежной равнины, который был частью континента во время ледниковых периодов, но находится под водой в межледниковые периоды, такие как текущая эпоха.

Термически она состоит из трёх слоёв:

1. активный, оттаивает летом и может достигать трёх метров;
2. подверженный сезонным колебаниям, но постоянно ниже точки замерзания, составляет часть вечной мерзлоты и простирается на глубину от 10 до 15 метров;
3. может достигать нескольких сотен метров или превышать 1 тыс. метров (в Якутии), не испытывает сезонных колебаний температуры и постоянно находится в замёрзшем состоянии.

Температура повышается под воздействием геотермальных потоков и достигает 0 °C в нижней границе вечной мерзлоты. Здесь лёд может забивать поры почвы или образовывать ледяные тела разных генезисов. Кроме того, субарктические районы обусловлены непроницаемостью льда в бескислородных болотных и заболоченных местах, где развивались метаногенные микроорганизмы. Метан также встречается в термокарстовых озёрах.

Постоянная криолитозона может иметь разные характеристики и формы, быть богатой органическими почвами или песчаными и каменистыми, содержать замороженную воду или быть относительно сухой. Она считается как частью криосферы, так и частью геосферы, так как содержит камни и почвы. Её верхняя поверхность, называемая активным слоем, обычно оттаивает и замерзает в зависимости от времени года.