Вечная мерзлота

Очень привычные слова - «вечная мерзлота». Простые и звучные. Однако многим мерзлотоведам - специалистам по мерзлоте - эти слова определенно не нравятся.

Во-первых, никакая она не «вечная». За миллионы лет она передвигается по Земле и временами пропадает совсем.

Во-вторых, она и не «мерзлота». Что понимать под этим словом? Сама по себе мерзлота - штука неопределенная, подобно теплоте, сырости, светлоте. Ученому такие слова бесполезны. Они не раскрывают облик природных сил, веществ или тел.

Но, конечно, суть не в названиях. Можно придумать любые красивые слова (чем плохо «вечная мерзлота»?)

и договориться между собой, что под этим подразумевается. Тем более, другие названия, при всей своей точности, могут оказаться слишком длинными и замысловатыми (скажем, не вечная мерзлота, а многолетнемерзлые горные породы).

Спор об этих названиях длится полвека! Коснулся я его только затем, чтобы показать, с чего начинаются споры мерзлотоведов. А споры начинаются с самого начала науки.

Неспециалистов это часто раздражает. Напридумали, мол, сотни наук, а в них сотни названий, и сами не могут разобраться. Однако виноваты тут не ученые, а наша родная Земля, которая почему-то устроена чрезвычайно сложно.

Взять, к примеру, холод и тепло. Есть много различных температурных шкал. В нашей стране принято пользоваться шкалой Цельсия, хотя ученые почти всех специальностей предпочитают так называемую шкалу абсолютных температур, которую обосновал Кельвин.

Измеряя температуру вещества, мы определяем, по сути дела, активность его атомов. Чем активнее атомы, тем сильнее они нагревают термометр (или любое тело). При абсолютном нуле температур атомы, просто говоря, замирают (на самом деле это не совсем так). Они словно впадают в зимнюю спячку.

Цельсий принял за нуль температуру замерзания воды. С таким же успехом можно принять температуру кипения воды, замерзания ртути, или спирта, или кварца - не все ли равно? Все вещества равноправны.

Теоретически это верно. Если не учитывать жизнь Земли. Но геолога интересует именно жизнь Земли - не просто свойства разных соединений. А вода на Земле - одна из четырех великих сил, которые перерабатывают космическую энергию (в основном солнечные лучи) на «нужды планеты».

Четыре великие силы: воздух - вода - живое вещество - техника.

И, между прочим, все они связаны между собой, в особенности первые три.

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, - которое бы ее не заключало. Все земное вещество - под влиянием... ее вездесущности в верхней части планеты - «ею проникнуто и охвачено».

Так писал Владимир Иванович Вернадский - один из величайших ученых. Он посвятил специальную книгу геологическому описанию воды (самого распространенного и, пожалуй, самого загадочного минерала Земли). И привел в этой книге отрывки из стихотворения П. Драверта:

В пространстве мировом среди метеоритов... 
Извечно носятся, блуждая, глыбы льда... 
Порой один из них, в бессменности движенья, 
Скрестит свои пути с орбитою земной... 
И примем мы потом в плодах земли родной 
Частицы влажные исчезнувших миров.

В начале нашего века, когда писалось это стихотворение, в Германии существовало что-то вроде секты «льдопоклонников». Люди верили в необычайное космическое значение льда, считали, что и Луна - изо льда, и падающие звезды тоже…

Среди ученых до сих пор немало «льдопоклонников». Они не имеют ничего общего с германской сектой. Они даже не стараются преувеличивать значение льда в природе. Его значение и без того очень велико.

Четвертая часть поверхности планеты - во власти «вечной мерзлоты». А в нашей стране доля эта достигает 48 процентов. Почти полстраны!

Переход воды в лед мы, жители средних широт, наблюдаем ежегодно зимой. Мы настолько к этому привыкли, что почти не обращаем внимания на множество «зимних» изменений природы. А ведь зимняя страна, по сути дела, очень мало напоминает летнюю. Морозная погода. Холодное солнце. Замершие голые деревья. Исчезнувшие ручьи и трава. Застывшие реки и озера. Изменившийся рельеф: кочки, овраги, холмы...

Но это - волшебство всего лишь небольшого Морозика. Он недолго гостит в наших краях и пропадает почти бесследно.

А есть могучие Морозы, которые властвуют на огромных просторах полярных стран. Они сковывают холодом горные породы на большие глубины и превращают здесь воду на многие века в лед. Это - хозяева «вечной мерзлоты». Лишь летом они идут на уступки и отдают во власть воды и солнца верхний тонкий слой Земли.

А еще бывает великий Морозище. Он приходит на Землю изредка. Зато на многие тысячелетия. И тогда полярные и горные льды начинают пухнуть, как подымающееся тесто, и расползаться на огромных территориях...

Бывали геологические эпохи, когда на Земле, да и то лишь у полюсов, встречались только Морозики. А вот в наше время, за последний миллион лет, наступила пора Морозища. Он за этот срок не раз приходил и уходил (такое случалось и в некоторые былые эпохи).

Если судить по шкале абсолютных температур - экая беда! Была где-то в один год средняя температура +278 градусов, в другой +273 градуса, а в третий +268 градусов. Ну и что особенного?

А особенного так много, что пришлось обособить специальную науку - мерзлотоведение, которую называют еще «геокриологией» («криос» - «лед»). Ее-то и интересует, что же происходит, когда вода на земле или под землей на долгое или короткое время обращается в лед, а горные породы охлаждаются ниже нуля.

Наука эта занимается не только полярными странами. Многие горы в тропиках круглый год не снимают своих снеговых шапок. А еще выше снег витает в воздухе- здесь тоже продолжается область «вечной мерзлоты». Получается нечто вроде особой геосферы. Ее обычно так и называют - криосфера.

Морозный панцирь Земли - криосфера

Нижняя граница криосферы в районе полюсов спускается на несколько сот метров ниже поверхности Земли. К югу она поднимается ближе к поверхности, и где-то возле шестидесятых широт она вовсе пропадает.

Южнее, почти до самых тропиков, почва промерзает только в холодное время года. А в тропической зоне криосфера касается Земли лишь на высоких горах.

О происхождении криосферы, причинах ее устойчивости и значении в жизни Земли почти ничего не известно.

Это может показаться странным. Неужели нам плохо известен лед? Или недавно узнали ученые о вечной мерзлоте? Или так уж недоступна эта криосфера?

Ни то, ни другое, ни третье. Лед более или менее изучен. О мерзлоте известно два с половиной века. Криосфера значительно более доступна, чем стратосфера или мантия Земли.

Трудно изучать криосферу по другой причине. Мерзлые горные породы - только часть ее. В нее входит частично и гидросфера, и часть атмосферы, и земной коры. Криосфера разнородна и пронизывает другие сферы. О существовании ее - особой оболочки планеты - ученые узнали только лишь полвека назад. К тому же она пульсирует из года в год, из века в век, от эпохи к эпохе. Исследователям она бережет множество сюрпризов.

Трудно сказать, что особенного происходит в воздушной части криосферы. А уж на Земле определенно происходит множество любопытнейших явлений.

Все они так или иначе связаны с водой, превращенной в лед. Такое превращение напоминает застывание жидкой вулканической лавы.

В криосфере лед - один из главных кристаллических минералов. Он входит в состав многих, почти всех горных пород. Во всяком случае, проникает по трещинам сквозь всю криосферу. Возле земной поверхности он расплавляется солнцем в недолгое северное лето.

Вода, подобно магме, вторгается в пласты горных пород, насыщает их и, застывая, образует льдистые слои разной толщины и протяженности.

Лед заполняет трещины, как любой жильный минерал.

Временами вода по трещинам поднимается к самой поверхности Земли и застывает здесь, расширяясь при охлаждении. В таких местах постепенно образуются крупные бугры - лакколиты. Они почти точно копируют каменные лакколиты, возникающие при застывании линз магмы на небольшой глубине.

Там, где по трещинам-жерлам вода изливается на поверхность и замерзает наледью, возникает некоторое подобие вулкана. И даже взрываются иногда наледи, подобно некоторым вулканам.

Снег падает на землю так же, как в воде оседают частички песка, пыли, остатков жизни. Кое-где он наслаивается, из года в год (в Антарктиде, Гренландии, на горных ледниках). И тогда образуются толщи этой горной породы мощностью до нескольких километров!

Чем выше слой снега, тем сильнее он сдавливает нижние снежные пласты. Происходит процесс метаморфизма снега. Превращается снег в зернистый плотный фирн. Ниже он еще больше уплотняется, становясь фирновым льдом и, наконец, кристаллическим льдом.

Метаморфозы снега, как и метаморфозы других горных пород, происходят при обязательном участии подземных вод и водяных паров. И, как у всяких метаморфических пород, с глубиной возрастают размер и плотность кристаллов льда.

На километровой глубине лед под огромным давлением уже не может оставаться крепким. Он начинает течь, как вязкая смола. Поэтому ледниковый покров не может быть слишком высоким. Чем больше льда, тем сильнее он давит на нижние слои, тем пластичнее они становятся и быстрее растекаются. Чем больше снега падает на ледник, тем быстрее ледник движется.

Криосфера охватывает всю Землю своими ледяными объятиями. Она непрестанно пульсирует, словно живая оболочка. Даже в настоящее мгновение она в одних местах отступает, сужается, а в других охватывает новые территории.

Она подчиняется прежде всего Солнцу. Там, где наше светило «косо взглянет» на Землю; там, где лучи его отражают облака или снег; там, куда не доходят испарения океанов, несущие солнечное тепло, в то время, когда Земля отдаляется от Солнца или сама звезда начинает чуть-чуть «мигать», ослабляя силу своих лучей, криосфера начинает раздуваться. А под жарким солнечным оком она робко съеживается, отступает.

Следы былых наступлений криосферы встречаются почти повсюду в средних широтах, а то и в тропиках. Здесь верхние слои горных пород испытали на себе власть мороза, а часть их образовалась под непосредственным действием ледников и талых ледниковых вод.

Последний ледниковый период - четвертичный - продолжается миллион лет. Мы живем в этом периоде, в эпоху потепления, сужения криосферы. И - по странному совпадению! - именно в четвертичном периоде наши обезьяньи предки с удивительной быстротой (что такое миллион лет в геологической истории?!) превратились в нас, в людей разумных и созидающих (Homo sapiens faber).

Можно сказать, криосфера вынянчила людей и воспитала их. И пусть она казалась людям порой злой мачехой, однако мы, возможно, ей многим обязаны.

Ледниковую эпоху изучает очень интересная наука - четвертичная геология. И мерзлотоведение связано с ней.

Современная криосфера сохраняет кое-какие черты, унаследованные от прошлого. И, конечно, очень интересно обнаруживать в ней следы давно прошедших похолоданий и потеплений, которые сплетаются с нынешними климатами и строением земной поверхности...

Насколько сложна криосфера, можно судить уже по тому, что главная ее частичка - льдинка, имеющая очень простой химический состав (№0), сама по себе очень непроста.

Лед может быть непрочным, как мел. Но при восьмидесяти градусах по Цельсию он может даже царапать металл. Он может быть и пресным, и соленым. И вообще встречается несколько видов льда. Между прочим, и наша привычная вода тоже бывает очень разной.

Сложностей полно. Вот, скажем, взаимоотношение снега и залегающими под ним горными породами. Когда снега мало, он отражает солнечные лучи - земля под ним охлаждается. Чуть побольше снега, и он - хороший изолятор - как одеяло укутывает землю от холодов. С увеличением мощности снега он все лучше отепляет землю. Но, перейдя определенный предел толщины, снег снова начинает охлаждать подстилающий слой. Однако при дальнейшем возрастании мощности земля под снегом опять начинает отогреваться.

О таких запутанных процессах вряд ли можно догадаться, не проведя предварительно множество наблюдений.

Вечная мерзлота живет по своим законам. Она переиначивает на свой лад и речные долины, и озерные впадины, и склоны гор, и равнины.

Особенно настойчиво вмешивается она в жизнь поверхности земли и небольшого слоя, который протаивает каждое лето (его называют деятельным слоем).

Глубина протаивания очень изменчива, в зависимости от состава горных пород, содержания воды. На болотах под торфяным матрацем протаивание мелкое, как и в глинах. В песках - глубже. А если в песках движется подземная вода, то протаивание может охватить большие глубины или даже просквозить всю мерзлую толщу, образовав талик.

Ниже деятельного слоя по трещинам в породы вклиниваются подземные льды; распирает слои вода, замерзающая в них; вздуваются гидролакколиты.

С глубиной постепенно замирает активность вечной мерзлоты. Ниже одного-двух десятков метров залегают, стылые горные породы, сцементированные льдом. Здесь замедленны все химические процессы. Породы как бы замерли в зимней спячке. Только эта зима длится «вечно» (не в смысле «бесконечно долго», а долгие века).

А не самое ли лучшее - оставить вечную мерзлоту в покое? Использовать ее трудно, избавится от нее опасно. Для чего она нам? Конечно, изучать наледи, гидролакколиты, полигональные тундры, подземные льды, торфяные бугры, пятна-медальоны, солифлюкцию и другие мерзлотные явления - занятие увлекатетельное. Споры о них могут продолжаться если не вечность, то долгие годы. Но только стоит ли ради одного любопытства связываться с мерзлотой?

Строители, работающие в полярных районах, ответят: «Надо изучать. Не из любопытства. Для дела. Это - наши враги».

Бугры, вырастающие, как грибы, из года в год, коробят поверхность дорог, аэродромов.

Термокарст разъедает берега озер, продавливает землю. Образуются воронки, ложбины. Проседают, перекашиваются, а то и разрушаются постройки: под фундаментами домов протаивает вечная мерзлота, грунты, прежде спаянные льдом, начинают расползаться, и домам грозит разрушение. Из земли выдавливаются столбы, башни, колонны. Тракторы, прорезав неплотный покров почвы, «закапываются» в мягкие талые супеси, буксуют, вязнут.

Мы не можем оставить в покое вечную мерзлоту. Надо строить дома, заводы, рудники, дороги, аэродромы. Надо извлекать из морозных недр полезные ископаемые. Надо жить, работать в полярных странах.

К вечной мерзлоте необходим деликатный подход. Кое-где требуется сохранить ее, а в ином месте сократить. Надо использовать ее хорошие качества: прочность, холодность, стараться поменьше противодействовать ей.

Вот почему геологи исследуют вечную мерзлоту: ее свойства, повадки, возможную судьбу. Учатся находить в ней талики, из которых можно добывать чистую питьевую воду.

Чем больше знаешь, тем больше можешь использовать. А человек из века в век узнает все больше. Подступается к новым и новым кладовым Земли не как завоеватель и грабитель, а как сын к богатствам, накопленным предками. Старается не только брать, но и преумножать. Не противоборствовать Земле, а сотрудничать с ней.

В первую очередь человек стал эксплуатировать для своих нужд область жизни - биосферу: приручать животных, разводить домашний скот. Стал добывать полез­ные ископаемые из верхов земной коры, из тех подземных зон, которые когда-то были на поверхности земли, испытывая на себе влияние биосферы. (В. И. Вернадский считал, что вся земная кора - это область давних, былых биосфер.) Затем человек сумел парусами и крыльями мельниц перерабатывать с пользой для себя своенравную силу ветра. Научился использовать движение воды. И даже движения небесных светил, возмущающие гидросферу, приспособил к делу с помощью приливно-отливных гидроэлектростанций.

Область жизни - биосфера

Итак, биосфера, земная кора, низы атмосферы, гидросфера... Не пришел ли черед криосфере?

Мы научимся использовать и эту могучую оболочку планеты. Как? Трудно еще сказать.

Вспоминается утренняя осенняя тундра, тронутая первыми морозами, припудренная инеем. На одной плешинке, окруженной карликовыми березками, что-то искрится у самой земли.

Наклонился. Проник в крохотный ледяной сад. Вокруг тянутся из земли, пластично изгибаясь, блестящие на солнце, местами граненые прозрачные стволы. Издали они кажутся серебряными волосками, стеклянными травинками. Этот волшебный сад вырос за одну ночь. Вечером я проходил здесь - было голое место.

Поднялся. А ведь мало мне этой красоты! В голове шевелится вопрос: «Как это возникло?»

Как будто не все равно, будто восходящее солнце не сорвет теплыми своими пальцами прекрасные растения.

Иду по тундре, не глядя под ноги. Плотные подошвы моих сапог губят тысячи хрупких ледяных созданий.

Не такая ли судьба любых цветов? И сейчас, прощаясь с Чаунской равниной, не теряю ли я ее навсегда? И это оранжевое солнце, расцветающее над далекими горами ослепительным цветком, - не суждено ли ему вскоре склониться к закату, увянуть, потускнеть и исчезнуть?

А может быть, все это навсегда останется во мне. Все сразу - и ледяной сад, и эта равнина, и расцветающее солнце, и оно же - увядающее?..

Но почему же возник этот сад?!

Возможно, замерзающая земля сдавливает тоненькие трубочки - капилляры, пронизывающие всю почву. Вода из этих трубочек выдавливается вверх, как зубная паста из тюбика. И здесь застывает в морозном воздухе.

Возможно, так оно и есть. Догадался. Ну и что? Все та же припорошенная равнина, ледяные сады внизу и расцветающее над горами солнце...

С тех пор прошло много лет. Передо мной аэрофотоснимок. Черные и светлые пятна и прямоугольники озер, извивы реки и многочисленных стариц, темные термокарстовые впадины, тысячи черных крохотных полигончиков, округлые бородавки гидролакколитов...

Аэрофотоснимок красив почти как настоящая тундра. Он притягивает. И вот уж я иду по чавкающему, неверному слою почвы, обходя бугры и полигональные канавы, минуя озера...

Почему так: мало помнить, переживать и даже понимать? Хочется идти...