Вечная мерзлота и современный климат

Сущность понятие «вечная мерзлота». Исследования вечной мерзлоты

На территории России вечная мерзлота занимает почти 65% её площади. Встречается она не только в арктических и субарктических районах, но и в высоких горных районах с холодным климатом.

Рисунок 1. Вечная мерзлота. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Вечная мерзлота имеет свои параметры, к которым относятся: среднегодовая температура, вертикальная мощность мерзлоты, мощность сезонно-талого слоя.

С практической точки зрения интерес представляет льдистость мерзлых пород, потому что при оттаивании в наибольшей степени зависит величина их просадки, а это важно при строительстве сооружений.

Вечная мерзлота в центральных районах Сибири и Якутии достигает наибольшей вертикальной мощности и составляет 1500 м.

Первые упоминания о вечной мерзлоте встречаются в XVII веке как о природном феномене в отчетах губернатора Якутска. С этого времени начинается её исследование.

Более основательные и продолжительные исследования начинаются в 1837 г, когда в Шергинской скважине были проведены измерения температуры. Скважину готовили под колодец ещё во второй половине XVII века и вырыли до глубины 30,5 м, но до воды не дошли.

В 1837 г работы по углублению скважины были остановлены на отметке 116,4 м – грунт и на этой глубине оказался мерзлым.

В 1844 г внутри скважины были установлены термометры на разных её глубинах и от 2 до 5 раз в месяц снимались показания температуры – данная работа была проделана в результате экспедиции по Сибири А.Миддендорфом.

Измерения продолжались вплоть до XX века. На основании этих измерений в 1882 г Г. Вильд составил термическую модель, с помощью которой приблизительно определили южную границу криолитозоны России.

Следующий этап изучения был связан с созданием геокриологических стационаров в 1950 г в Якутском институте мерзлотоведения.

На данном этапе работ проводили детальные термические наблюдения, измеряли глубину сезонного таяния, изучали влияние ландшафтных факторов – состава почвы, растительности, снежного покрова, определяли теплофизические свойства грунтов на оттаивание или их промерзание.

В 90-е годы появилась международная сеть мониторинга глубины сезонного оттаивания вечной мерзлоты. Эта сеть включает 168 площадок в Северном полушарии, из них 20 площадок находятся на территории России.

Эта международная сеть мониторинга (CALM) является основным источником данных о вечной мерзлоте и её межгодовой изменчивости.

Получить полезную информацию можно на метеостанциях, которые анализируют происходящие измерения температуры почвы на глубине 3,2 м, но это точечные измерения и полного представления об изменчивости глубины сезонного таяния они не дают.

Изменения климата и вечной мерзлоты

Вечная мерзлота с потеплением климата начинает деградировать. Деградация вечной мерзлоты означает, что происходит увеличение температуры мерзлого грунта, сезонное протаивание становится более глубоким, сокращается площадь распространения приповерхностных многолетнемерзлых пород.

Здесь надо сказать, что криолитозона, ландшафты севера и растительность по отношению к воздействию внешних факторов и, в частности, климата, обладают определенной устойчивостью, правда, до некоторого порогового значения. Когда это значение достигается, система теряет устойчивость и переходит в новое состояние.

Средняя глобальная величина может превышать увеличение средней годовой температуры в арктических и субарктических регионах в 2-3 раза. Отмечающееся потепление, прежде всего, ведет к изменению природных ландшафтов и экосистем Крайнего Севера и, естественно, воздействует на вечную мерзлоту.

Зимой и летом более высокая температура будет способствовать увеличению температуры мерзлых грунтов и, как правило, глубокому сезонному протаиванию.

Протаивание на критической глубине на краевых участках может привести к отрыву мерзлых толщ от поверхности, и вечная мерзлота переходит в реликтовую форму.

Талый слой, который образуется над ней, увеличивается со временем в толщине и над ним возникает слой сезонного промерзания. Подобные процессы могут возникать даже в районах сплошного распространения многолетнемерзлых пород.

В общих чертах этот сценарий подтверждается тем, что на протяжении XX века имели место регрессии и трансгрессии вечной мерзлоты. Правда, следовали они с некоторым запозданием за периодом потепления 30-х годов и периодом похолодания 50-х годов.

Это совсем не значит, что картина должна быть именно такой, в реальности она может отличаться от этой схемы. Причиной может стать влияние снежного покрова, гидрологические и почвенные факторы, растительность.

Снег увеличивает температуру поверхности почвы, оказывая отепляющее воздействие, и сглаживает резкие температурные колебания.

Специалисты в будущем климате прогнозируют некоторое увеличение осадков, которые могут усилить первоначальный эффект потепления.

Более сложное влияние на вечную мерзлоту оказывают гидрологические факторы – вода лучше, чем сухая почва, проводит тепло, а увеличение влажности и льдистости почвы ведет к росту теплооборотов в холодное и теплое время года.

Мохово-лишайниковый слой, говорят ученые, в регуляции взаимодействия меняющегося климата и вечной мерзлоты, играет очень большую роль. Этот слой является мощным теплоизолятором, но его свойства в течение года меняются.

На начало XXI века климатологи прогнозировали для северных районов Евразии повышение температуры воздуха на 10-15 градусов. Данное резкое повышение температуры неизбежно бы вызвало подъем уровня Мирового океана, а обширные низменные участки оказались бы затоплены.

Таяние наземных и подземных льдов приводит к высвобождению метана, захороненного в вечной мерзлоте, что стало бы дополнительным источником его поступления в атмосферу.

Данные за 1991-2005 гг. показывают, что на севере Европейской части страны высота снежного покрова увеличилась на 20-40 мм, в Западной Сибири – до 60 мм, в Якутии и Восточной Сибири – до 20 мм.

Отепляющее воздействие снега привело к повсеместному увеличению среднегодовой температуры верхнего слоя вечной мерзлоты, начиная с 1970-х годов, и составило:

• 1,2-2,8 градуса на севере Русской равнины,
• 1 градус в Западной Сибири,
• 1,5 градуса в Центральной Якутии,
• 1,3 градуса в Восточной Сибири.

Такое масштабное потепление воздуха вызывает увеличение мощности сезонно-талого слоя вечной мерзлоты.

Вечная мерзлота к 2025 и 2050 году

При оправдании прогнозных оценок умеренного потепления климата в северных районах, облик вечной мерзлоты изменится значительным образом.

Для того, чтобы оценить возможные изменения вечной мерзлоты, кроме сугубо мерзлотных характеристик, надо учитывать состав и мощность горных пород, рельеф местности и весь комплекс ландшафтных условий.

Эта работа ведется учеными, а составленная ими карта криогенных геологических процессов, преобразована в прогнозную. На основании этой карты была построена картографическая схема изменений вечной мерзлоты.

На схеме были выделены четыре зоны:

• Первая зона образована территориями, которые не входят в состав современной области вечной мерзлоты, ежегодно почва в этой зоне промерзает на глубину 4-5 м;
• Вторую зону образуют территории, где вечная мерзлота к 2020 г будет повсеместно оттаивать, и сформируется только в пределах Западно-Сибирской низменности. Южная граница мерзлоты после оттаивания отступит к северу на 300 и более километров. Торфяники, вспученные льдом, будут проседать на поверхности, но в хозяйственную деятельность они не включаются, поэтому серьезных изменений в природе не вызовут;
• Третью зону образуют две подзоны – первая подзона с юга включает территории, где вечномерзлые породы будут таять только к 2050 г. Эта подзона самая широкая на юге Среднесибирского плоскогорья и достигает 600 км. Что касается горных районов, то оно будет минимальным и к 2050 г повсеместно охватят только Енисейский кряж, небольшую часть гор Южной Сибири и юго-восток Забайкалья. Во второй подзоне к 2050 г оттаивание будет происходить не везде;
• Четвертая подзона имеет стабильные вечномерзлые породы и включает в свой состав северную часть криолитозоны с самыми низкими температурами от -3 до -16 градусов. Мощность этой подзоны достигает сотни метров и при прогнозном масштабном потеплении климата глубокое протаивание здесь исключается.

Таким образом, к середине XXI века поверхностные грунты в пределах криолитозоны будут иметь температуру выше на 0,9-2,3 градуса, а глубина сезонного протаивания увеличится на 15-33%. В результате этого на равнинах и плоскогорьях южная граница мерзлоты отступит к северу на 50-600 км.