В разгар лета во многих районах Сибири, Аляски , Северной Канады землекопов ждет неприятный сюрприз: немного углубившись в грунт, лопата натыкается на промерзший слой почвы .
Да-да, в каком-то метре или двух под землей царит постоянный мороз - несмотря на то, что на поверхности может стоять тридцатиградусная жара! Такое явление называется вечной, или многолетней, мерзлотой.
И его трудно считать какой-то экзотикой, ведь вечная мерзлота занимает не менее четверти суши земного шара, а в нашей стране многолетнемерзлыми породами и вовсе покрыто более 60% территории. Отчего же возникает вечная мерзлота, какие ■ явления с ней связаны и как она влияет на жизнь людей? Давай разбираться!
КОГДА ЛЕТА НЕ ХВАТАЕТ
Всем известно, что зимой холодным становится не только воздух - промерзает и земля. Однако мы привыкли, что весной она оттаивает. А если за длинную и холодную зиму земля промерзает настолько, что за короткое лето не успевает полностью оттаять? В этом случае под землей образуется постоянно мерзлый слой.
Толщина его может составлять всего несколько метров, но может превышать и километр: в верховьях реки Вилюй в Якутии зафиксирована вечная мерзлота глубиной 1370 м В районах с вечной мерзлотой возникает много своеобразных природных явлений.
Одно из них носит название солифлюкция*.
Скольжение верхнего слоя грунта при этом явлении обычно происходит не очень быстро - от нескольких сантиметров до метра в год, однако этого достаточно, чтобы деформировать полотно автомобильной или железной дороги или погнуть основание мачты линии электропередач.
БЕСПОКОЙНАЯ земля
Вроде бы вечный холод должен надежно сковывать промерзшую землю. Но, как ни странно, постоянное перемешивание грунта-характерное явление, наблюдаемое в районах многолетней мерзлоты.
Как известно, при замерзании воды ее объем увеличивается, и если это происходит под землей, лед начинает толкать частицы грунта в разные стороны. В результате в породах образуются разнообразные завихрения, загибы, кольца, клинья. Часть грунта может выдавить на поверхность - тогда там появляются глинистые пятна, многоугольники из заполненных глиной и камнями трещин, кочки и даже бугры пучения высотой до 80 м. И если в районах с вечной мерзлотой электрические провода и водопроводные трубы прокладывать под землей, как это обычно делается там, где климат более мягкий, их может разорвать в первую же осень. Поэтому все коммуникации в таких местах стараются не закапывать, а выносить на поверхность земли.
ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
Вообще же вечная мерзлота вносит свою специфику в хозяйственную деятельность человека.
Например нельзя просто выкопать котлован, залить в него бетон и на этом фундаменте построить дом - тепло от дома через фундамент будет передаваться грунту, мерзлота начнет таять, и дом станет проседать (причем, скорее всего, неравномерно). Поэтому в районах с многолетней мерзлотой дома строят на столбах или сваях, вбитых
Обрушение участка суши, богатой льдом многолетней мерзлоты.
Потепление климата приводит к тому, что подобные берега могут разрушаться, отступая от воды на 20 м в год.
в эту мерзлоту, приподнимая дом на высоту около метра над землей - при таком способе строительства всё тепло, исходящее от дома вниз, выдувается ветром. Однако люди научились извлекать пользу из наличия вечной мерзлоты.
Например в рыбацком селе Новый Порт на Ямале в мерзлоте выкопали хранилище, вмещающее 1750 тонн свежемороженой рыбы. А благодаря тому, что мерзлые породы обладают высокой прочностью, карьеры на алмазных месторождениях в Якутии получилось сделать почти отвесными, что значительно уменьшило объем выемки грунта.
Так что к вечной мерзлоте вполне можно приспособиться и даже использовать ее наличие себе во благо. Но для этого нужно, чтобы она оставалась стабильной. К сожалению, на это надеяться не приходится. Ведь идущее сейчас полным ходом глобальное потепление затрагивает не только атмосферу и океаны, но и ГРУНТЫ так что вечная мерзлота интенсивно тает. Конечно, полностью многометровый слой промерзшего грунта быстро не оттает. Но для возникновения проблем достаточно и того, чтобы верхняя граница этого слоя опустилась немного пониже. В результате может, например получиться так, что сваи, на которых стоит дом, уже не будут доставать до мерзлоты - и дом окажется стоящим не на твердом основании, а на непрочном, часто переувлажненном, грунте. Тут и до беды недалеко!
Что определяет глубину промерзания?
Глубина промерзания зависит от того, как долго отрицательная среднегодовая температура воздуха замораживает грунт. Если такая заморозка длится год, почва промерзнет на глубину 4,4 м, 350 лет - 79,9 м, 100 тысяч лет - 567,8 м, 775 тысяч лет заморозят пласт толщиной 687,7 м. Как видим, с течением времени скорость промерзания приостанавливается - этому способствует внутреннее тепло Земли, подогревающее горные породы снизу. Так, вдали от границ тектонических плит температура горных пород увеличивается на 25-30 °C с каждым километром глубины
ИСКУССТВЕННАЯ ЗАМОРОЗКА
Можно ли как-то с этим бороться? Один из самых простых, распространенных и, надо заметить, весьма остроумных способов - охлаждение грунта с помощью тепловых трубок. Замкнутые металлические трубки, заполненные аммиаком, закапывают вертикально в землю так, чтобы их верхний конец возвышался над поверхностью (и над снежным покровом зимой), а нижний находился в мерзлом слое.
Зимой, когда температура воздуха опускается ниже температуры конденсации аммиака (-33°С), аммиак, находящийся в верхней части трубки, превращается в жидкость и стекает вниз. Температура мерзлого слоя в это время значительно выше, чем воздуха, поэтому на дне трубки аммиак яется и поднимается обратно. То есть аммиак циркулирует внутри трубки. В результате холод зимнего воздуха передается вниз, в мерзлый слой, и еще больше охлаждает его, что позволяет мерзлому слою быть более устойчивым к таянию летом
ЗАГАДОЧНЫЙ кратер
Есть и еще одна проблема, пока не имеющая столь простого решения. Дело в том, что в районах распространения вечной мерзлоты под землей содержится большое количество метангидрата*.
Это соединение сохраняется только при низких температурах, а при повышении температуры выше 0°С, что как раз и происходит при таянии вечной мерзлоты, оно распадается на метан и воду. В результате под землей образуется образный метан, находящийся под большим давлением, который может прорваться на поверхность, вызвав там разрушения.
В 2014 году на Ямале (полуостров на севере Западной Сибири) ученые обнаружили странный кратер диаметром 20 м и глубиной 50 м. Проведя анализ аэрокосмических снимков, геологи выяснили, что еще совсем недавно на месте кратера был холм, который рос на протяжении 66 лет. Почему вдруг этот холм превратился в глубокую яму?
Выдвигались самые разные гипотезы - от попадания в холм метеорита до военных испытаний, но сейчас все ученые пришли к выводу, что виной тому - газообразный метан, скапливающийся под землей многие годы, а затем вырвавшийся наружу. Этот взрыв произошел либо в октябре 2013 года, либо в период с февраля по апрель 2014 года, и сегодня Ямальский кратер заполнен водой. Как видишь, даже в вечной мерзлоте есть что-то новенькое для ученых!
