Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

породы, мощность которых в настоящее время определяется в значительной степени климатом прошлой холодной эпохи, дол­ жны нести некоторую количественную информацию об этой эпо­ хе. При тщательном анализе такую информацию можно извлечь.

В пределах Вилюйской синеклизы мощность нестационарных мерзлых пород составляет 400—600 м, это на 200—400 м больше, чем при стационарном тепловом режиме, соответствующем сов­ ременной средней годовой температуре мерзлых пород (минус 2,5—5°). Мерзлая зона такой мощности могла образоваться, если температура пород была ниже минус 8—12°, а температура воз­ духа — ниже минус 15—18°. Но нужно учесть, что эти (нестаци­ онарные) мерзлые породы уже длительное время оттаивают снизу. Последнее значительное похолодание в Сибири (Сартанское оле­ денение) произошло 15—20 тыс. лет назад. Учитывая, что ско­ рости нротаивания не могла быть меньше, чем сейчас (1—2 см/год), можно принять максимальное промерзание горных пород, соот­ ветствующее оптимуму похолодания, равным 800—1000 м. Тогда их средняя годовая температура должна была быть минус 15— 17°, ей соответствуй г температура воздуха минус 20—25°. В эпоху последнего оледенения Сибири в районе Лено Вилюйского между­ речья температура воздуха достигала 12—14°, следовательно, разрыв между этой температурой и современной был довольно велик.

Значительные колебания климата в четвертичное время, несомненно, сопровождались изменениями температуры и мощ­ ности мерзлых горных пород а в отдельные теплые периоды в южных и западных районах области их развития — полным оттаиванием. Эти наиболее длиннопериодпые колебания климата с наибольшей амплитущой изменяли температурное поле горных пород до глубины 4—8 км. Колебания не были строго периоди­ ческими, на них накладывались другие колебания климата с мень­ шими периодами и амплитудами, что, в свою очередь, также влия­ ло на температуру и мощность мерзлой зоны.

Если рассматривать современный климат по данным факти­ ческих наблюдений менее чем за 100 лет, то и в этот короткий период можно видеть всю сложность и разнохарактерность клима­ тических изменений [11]. На рис. 33 представлены графики изме­ нения температуры воздуха за 70 лет в некоторых высокоширотных пунктах северного полушария. Видно, что в Гренландии до се­ редины 30-х годов средняя годовая температура воздуха повы­ силась почти на 4°. Здесь расположен центр потепления, распрост­ ранившийся преимущественно на восток и вызвавший известное «потепление Арктики». С некоторым запозданием это потепление

лось заметное похолодание климата в высокоширотных обла­ стях.

124

Годы

Рис. 33. Современное изменение температуры

воздуха (скользящие 10-летние средние темпе­ ратуры).

1 — Доусон (Аляска); 2 — Салехард; 3 — Упернавик (Гренландия); 4 — Якутск.

Как видим, графики температуры воздуха представляют со­ бой продукт наложения периодических и непериодических коле­ баний с различными параметрами.

Не всякое изменение температуры мерзлых горных пород приводит к изменению мощности мерзлой зоны. Мощные толщи мерзлых пород вообще не реагируют на кратковременные коле­ бания температуры. Например, уже сформировавшаяся толща мерзлых горных пород сохраняет свою мощность неизменной при колебаниях температуры с амплитудой 5° С и периодом, меньшим 3000 лет, 3000-метровая — при колебаниях с периодом, меньшим 1000 лет, а 1000-метровая —• при колебаниях с перио­ дом, меньшим 100 лет. Таким образом, первыми на изменения климата и поверхностных условий реагируют маломощные толщи мерзлых пород, расположенные вблизи южной границы их рас­ пространения. Толщи пород значительной мощности изменяются только при колебаниях с большим периодом. Это не исключает того факта, что температура мерзлых пород при этом может ме­

няться значительно.

Время реакции изменения мощности зоны мерзлых пород на из­ менения климата и их среднегодовой температуры различно и за=

125

висит от влагосодержания. Плотные слаботрещиноватые породы быстро меняют свою температуру, протаивают и промерзают. При медленных изменениях климата их тепловое состояние за ко­ роткое время приходит в равновесие с новыми условиями. Они фактически всегда находятся в состоянии стационарного равно» весия с климатом и меняющимися поверхностными условиями. Иначе ведут себя слабо сцементированные сильно увлажненные породы. Они очень медленно промерзают и протаивают. Поэтому их тепловое состояние стабилизируется только за длительный период. Несмотря на медленные изменения климата, подобные породы не успевают приводить свой тепловой режим в соответ­ ствие с меняющимися условиями. Так образуется зона мерзлых пород с нестационарным тепловым режимом, температура и мощ­ ность которой не соответствуют современному климату и условиям теплообмена на поверхности.

Исследованиями последних лет установлено, что мерзлые породы с нестационарным тепловым режимом имеют широкое распространение. Они обнаружены в Западной Сибири, на лево­ бережье Енисея, в Центральной Якутии и приурочены к обла­ стям развития мощных толщ меловых, палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений. Все эти территории характеризуются аномально большой мощностью мерзлой зоны, не соответствующей современной температуре мерзлых горных пород. Тепловой поток в мерзлой зоне в 2—3 раза больше, чем в талой, что со всей оче­ видностью свидетельствует о современном оттаивании мерзлых пород снизу. Например, в Якутии скорость оттаивания мерзлых пород достигает 1—2 см/год.

Существование нестационарного теплового режима мерзлых пород указывает на значительно более суровый климат в неда­ леком прошлом. По-видимому, породы промерзли в период пос­ леднего, Сартанского, похолодания. Оттаивание идет уже около 15—20 тыс. лет и при сохранении существующих условий прод­ лится еще примерно столько же. Все это дает основание говорить о деградации мерзлой зоны в этих районах.

Теория деградации впервые предложена М. И. Сумгиным около 40 лет назад. Анализируя современное потепление климата и учитывая его суровость в последнюю ледниковую эпоху, он считал, что на западе и юге мерзлой зоны повсеместно идет про­ цесс ее деградации. Под деградацией мерзлых пород М. И. Сумгин понимал увеличение запасов тепла в мерзлой зоне не только за счет повышения температуры, но и за счет скрытой теплоты плавления льда. Однако это очень цельное и правильное представ­ ление не было развито ни самим М. И. Сумгиным из-за недостатка сведений в то время, ни последующими исследователями, кото­ рые такими данными располагали.

В качестве основных признаков деградации мерзлых пород приводились следующие:

1) специфичность кривых распределения температуры мерз-

126

2)разобщенность слоя сезонного промерзания и верхней поверхности мерзлой зоны слоем талых пород;

3)широкое развитие процессов термокарста в районах распростра­ нения подземных льдов;

4)потепление климата по срав­ нению с прошлой эпохой.

Современные представления о раз­ витии мерзлой зоны сложились без учета части этих признаков как по­ казателей ее деградации. В частности, это относится к первому признаку.

М. И. Сумгин в качестве одного из основных доказательств деграда­ ции мерзлых пород использовал рас­ пределение температур по глубине в

районе Сковородина (рис. 34). На Рис• 34. Температура горных

распространяющееся в глубину и повышающее температуру мерз­ лых горных пород. Но, во-первых, этот вывод справедлив только для одномерного температурного поля. В неодномерном темпе­ ратурном поле минимум температуры не обязательно связан с поверхностью, он может располагаться на разных глубинах. Распределение температуры, представленное на рис. 34, может быть стационарным, например, если небольшой участок, на кото­ ром получена такая температурная кривая, имеет температуру поверхности более высокую, чем окружающие его участки. Под влиянием бокового охлаждения со стороны этих участков минимум температуры должен сместиться на глубину вне зависимости от каких-либо изменений температуры мерзлых пород во времени.

действительно связано с повышением температуры поверхности, то этого еще недостаточно, чтобы говорить о деградации мерзлых пород. Правильнее говорить о повышении температуры мерзлых пород. Но не все изменения температуры мерзлых пород обя­

127