Кандидат географических наук Г. М. КОРНИЛОВ, Р. К. БАЛАНДИН, геолог

Более половины территории России находится в зоне вечной мерзлоты. Здесь распространены своеобразные физико-географические явления, в частности, подземные льды. Их познание в наше время приобретает особое значение в связи с необходимостью осваивать данные регионы, а также из-за существенного воздействия на мерзлые грунты глобального потепления.

ПИСЬМЕНА РАСШИФРОВАНЫ?

Пролетая над низменной тундрой на небольшой высоте, испытываешь изумление: повсюду озера, ручьи, речки, болота. Нередко водная гладь преобладает, а суша остается в виде островков и гряд. Особенно странно выглядят участки, раскинувшиеся порой на сотни квадратных километров, где преобладают причудливые упорядоченные узоры, имеющие более или менее строгую форму многоугольников. Словно великан гигантским плугом прошелся по равнине в разных направлениях, оставляя глубокие борозды с сухими валиками по обе стороны. Площадки полигонов между ними разные, чаще примерно с волейбольную, заболоченные. Поэтому такой микрорельеф специалисты называют полигонально-валиковым.

Эти формы можно сравнить с загадочными письменами. Что они означают? Как их расшифровать? Их происхождение явно связано с последней ледниковой эпохой, продолжающейся 1 - 2 млн. лет. Огромные пространства в заполярных и приполярных областях оказались во власти холода. В Антарктиде и Грен-

Статьи данной рубрики отражают мнения авторов (прим. ред.)

стр. 61

ландии до сих пор существуют громадные ледяные шапки - покровные ледники*. Однако не менее значительны и территории вечной мерзлоты. Здесь на небольшой глубине находятся грунты, не оттаивающие круглый год: температура их постоянно ниже нуля.

Если непосредственно познакомиться с полигональной тундрой, становится очевидным: она создана подземными льдами. В береговых обрывах, под бороздами и валиками обнажаются уходящие вниз, нередко вертикально-слоистые ледяные жилы или клинья высотой в десятки метров, подобные колоннам, приподнимающим вышележащие слои. В плане они образуют решетку, пересекаясь между собой и протягиваясь на многие километры.

Такова удивительная ледяная клинопись, которую люди открыли менее двух столетий назад. С той поры ее изучали многие специалисты. Но после того, как сам встретишься с подземными льдами и попытаешься осмыслить их рождение и рост, а потом просмотришь массу посвященных им статей и книг, начинаешь сомневаться в ранее опубликованных материалах - их хочется уточнить и дополнить.

ТРИУМФ ДАВНЕЙ ГИПОТЕЗЫ

В "Сибирском вестнике" были помещены "Замечания медико-хирурга А. Е. Фигурина о разных предметах естественной истории и физики, учиненные в Усть-Янске и окрестностях оного в 1822 году". Примерно тогда же вышла книга участника кругосветных российских экспедиций О. Е. Коцебу "Путешествие в Юж-

* См.: В. М. Котляков. Прошлое и будущее окружающей среды: свидетельствует гляциология. - Наука в России, 2001, N 1 (прим. ред.).

стр. 62

Полигональная тундра и разрез жильных льдов.

ный океан и Берингов пролив для отыскания Северо-восточного морского прохода". Первый описал в общем виде ледяные клинья и высказал мысль об их происхождении в результате морозного растрескивания почв. Второй упомянул, в частности, о загадочных массивах погребенного льда вблизи мыса Элефант на Аляске.

Как показали отечественные исследователи середины XX в. с помощью геофизических приборов и бурения, в том и другом случае чаще всего речь шла о ледяных жилах. Просто они обнажаются в обрывах по-разному: либо вдоль простирания, и тогда выглядят как сплошная ледяная стена, либо вкрест его, когда со всей очевидностью выявляется их форма. Но в любом варианте было убедительно доказано существование полигональных сетей вертикальных жил.

Гипотеза Фигурина об их происхождении заманчиво проста и правдоподобна: во время зимних морозов в рыхлых породах образуются трещины (факт, не вызывающий сомнений). Весной в них скапливается вода, осенью превращаясь в лед. На следующий год первичный клинышек растрескивается вновь. Попадающая в полость новая порция влаги, замерзая, раздвигает материнские породы. Так постепенно растут ледяные жилы.

За последние десятилетия данная точка зрения стала общепринятой. Создалось впечатление, будто проблема выяснена и остается продумать не очень существенные детали. Тем более, что разрабатывали и обосновывали гипотезу, создавая соответствующую теорию, крупные отечественные географы-мерзлотоведы А. И. Попов, Б. И. Достовалов, В. А. Кудрявцев, Б. И. Втюрин, Н. Н. Романовский и др. Правда, были и отдельные попытки ее модернизировать. Например, полагали, что жилы растут с боков при замерзании влаги, поступающей из грунтов. Но доказать такую версию не удалось.

Однако со временем накапливались факты, не укладывающиеся в рамки указанной теории роста ледяных жил только сверху, с поверхнос-

стр. 63

Ледяная жила толщиной около 1 м. Она не могла возникнуть при расклинивании грунтов сверху - не заканчивается клиновидно.

ти. На это указывал один из авторов статьи Г. М. Корнилов еще в 1972 г. (в журнале "Известия АН СССР, серия географическая"), а Р. К. Баландин - в ряде научно-популярных книг и очерков, начиная с 1976 г. Мы полагаем, что процесс формирования ледяных жил сложнее, чем думали ранее, и связан в значительной степени с динамикой подземных вод.

БЕСПОКОЙНЫЕ ОЗЕРА

Глядя на береговые обрывы террас Колымской низменности (Восточная Якутия), часто бывает трудно определить, чего тут больше - льда или мерзлого фунта. А на Новосибирских островах при высоте жил до 50 и ширине до 10 м подземный лед порой преобладает, грунт же в ядрах полигонов остается в виде своеобразных земляных столбов, блоков.

Казалось бы, под могучим давлением растущих вширь ледяных стен слои горных пород должны быть перемяты, раздроблены, сжаты, структурно сильно изменены. Однако, как ни странно, ничего подобного здесь да и во многих других районах не наблюдается: многие земляные блоки сохраняют горизонтальную слоистость.

На контактах с ледяными жилами пласты обычно изогнуты вверх, словно выдавлены снизу, приподняты, иногда даже перекрывают ледяной клин. Ну а если бы лед в процессе роста сильно давил на фунт в горизонтальном направлении, то слои должны были бы сминаться в сложные складки, что не раз подтверждали лабораторные опыты, или дробиться на отдельные части.

Кроме того, обычно в ледяных жилах отсутствуют органические остатки. Почему они не попадают в морозобойные трещины, хотя в поверхностных водах и почвах органики немало? Нет там и почвенных растворов. Наконец, во льдах много газов биохимического происхождения. Откуда они появились? Словом, явление природы, вроде бы, давно объясненное и понятное, на самом деле предстает как необыкновенное, удивительное.

По нашему мнению, происхождение подземных жильных льдов следует рассматривать в контексте истории тундровых равнин. И наоборот: история районов вечной мерзлоты записана на "языке" ледяной клинописи, разгадывать которую мы начнем с тундровых озер. Они подвижны, напоминая амёб: за сотни лет "переползают" с места на место, меняют форму, перетекают на более низкие уровни и вытягивают свои "отростки", как бы проникая в берега.

Секрет необычайной активности этих водоемов прост. В верхнем слое фунта нередко более половины объема составляет лед. От воды и солнца он вытаивает, поверхность земли опускается, ее затапливает вода. Чаще всего озера кочуют в направлении преобладающих ветров.

Вот что писал доктор геофафических наук С. В. Тормирдиаро: "Вечная мерзлота арктических равнин - это далеко не та застывшая в вечном покое смесь мерзлой земли и льда, как ее обычно представляют себе по курсу школьной географии. Нет, это активная, исключительно подвижная система. Она дышит, живет по только еще разгадываемым нами законам. Поверхность земли здесь то вспучивается растущими подземными льдами, то проваливается под натиском озер...". Например, однажды летом на севере Колымской низменности в долине реки Коньковой было спущено мелководное озеро. Вскрылись жильные льды с характерными признаками роста. Следовательно, они формировались под водой. В таком случае особое значение приобретают характер и свойства молодых озерных илов - суспензий, содержащих химически активные элементы (хлор, натрий, водород, железо) и насыщенных органикой. Они чутко реагируют на изменение окружающей среды.

Рисунок полигональной сети зависит от конфигурации водоема, а также от особенностей донных осадков. Небольшие круглые котловины рассекают радиальные трещины, пе-

стр. 64

ресеченные поперечными. На речных террасах преобладают прямоугольные формы, а на обширных понижениях с неясными границами - гексагональные.

Как только верхняя часть осадков промерзает, внутренняя жизнь озерной впадины резко меняется. Среди мерзлых пород в замкнутом талике* процветают только анаэробные микроорганизмы - бактерии, живущие без атмосферного кислорода. Его они извлекают в основном из органических остатков, а быстро размножаясь и отмирая, пополняют среду жирами и белками.

При анаэробном разложении (гниении) наблюдается минерализация органических остатков, образуются бескислородные соединения:

водород, метан, аммиак и молекулярный азот. Одновременно углерод окисляется до углекислоты, азот - до азотной кислоты. Происходят также брожение, гидролиз, нитрификация. Азотная кислота, например, нейтрализуется основаниями (гидроокислами металлов) до солей азотной кислоты (нитратов). Под действием бактерий - амонификаторов - они восстанавливаются до аммиака. Жильные льды содержат много газов (около 5% от своего объема) в виде сферических, овальных, грушевидных, цилиндрических пузырьков 1 - 3 мм в поперечнике. Во время таяния эта смесь издает тяжелый запах с оттенком сероводорода. Разложение органических остатков вне атмосферы - процесс экзотермический, с выделением тепловой энергии. Часть ее микроорганизмы используют для своей жизнедеятельности, остальное идет на "отопление" талика. Постепенно меняется биохимия среды. Микроорганизмы отравляют ее продуктами распада, и жизнь тут замирает.

Под давлением утолщающегося верхнего слоя мерзлоты насыщенная газами подземная вода талика приобретает напор и внедряется в зоны, ослабленные морозобойными трещинами. Следовательно, растрескивание грунтов - второстепенный фактор образования жильных льдов. Они не "вбиваются" сверху, а вторгаются снизу. И сходство их с клиньями только внешнее, да и то не полное. Ведь данные формы нередко имеют утолщения внизу - своеобразные очаги, где и зарождаются ледяные жилы.

Ежегодно в период роста последних в них снизу вклиниваются тонкие линзовидные пластинки льда, сходные с годовыми кольцами деревьев. Число таких полосок для средних по мощности жил приблизительно 300 - 500 (у крупных - до десятков

* Талик - оттаивающий или незамерзающий участок горных пород в зоне многолетней мерзлоты; значительную часть года здесь сохраняются положительные температуры (прим. ред.).

стр. 65

тысяч). Таков примерно и их возраст. Это своеобразные письмена, оставленные ледниковой эпохой.

Формирование льдов заканчивается, как правило, при достижении ими подошвы озерных отложений. Иногда под "клиньями" остаются наполненные газами полости, чье появление совершенно необъяснимо с позиции упомянутой выше господствующей гипотезы, предусматривающей образование жильных льдов при замерзании поверхностной воды.

ЛЕДЯНЫЕ ДОМКРАТЫ

После ухода озера и осушения территории подозерный талик начинает постепенно промерзать. Однако подчас в его наиболее глубоких местах остаются активные очаги. Здесь под давлением воды и газов приподнимается прочная застывшая кровля. Так возникает бугор пучения - гидролакколит. Он напоминает миниатюрную вулканическую сопку. Мощные периодические внедрения воды, газов и жидкого фунта деформируют мерзлый верхний слой.

Возьмем для примера такое "сооружение" в долине реки Коньковой. В центре котловины диаметром 1,5 км возвышается бугор высотой 30 м, а поперечником до 300 м. Радиальные и концентрические трещины рассекают его на четырехугольные полигоны. Вершина прорезана двумя взаимопересекающимися канавами глубиной и шириной до 4 м. В их бортах обнажаются приподнятые озерные осадки. На дне канав под почвой вертикально стоят слоистые льды. Гидролакколит окружен кольцевым озером. Далее расстилается полигональная тундра, сохраняющая тот же, что и на бурге, узор ледяной клинописи.

Принято считать: подобные формы образуются в результате гидростатических давлений, возникающих в замкнутом промерзающем талике, а жильные льды - вторичны. Однако более вероятен, пожалуй, другой вариант: и те, и другие появляются из-за промерзания таликов. Ведь рост ледяных жил тоже сопровождает поднятие (над ними) и опускание (на полигонах) осадков.

стр. 66

Подобная форма ледяной жилы могла возникнуть, по-видимому, при замерзании подземных вод. Видно, как приподнят ожелезненный слой (внизу, темная полоска). В разрезе снизу - речной песок, выше песок гумусированный, с растительными остатками, еще выше - торф.

Только амплитуда этих движений невелика, ибо вызывающие их усилия распределены более или менее равномерно на значительных территориях. А гидролакколиты - следствие локализации тех же сил, но на небольших участках.

Обычно утверждают: растущие ледяные клинья сжимают вмещающие породы, вызывая горизонтально направленное давление (как и всякий клин, внедряющийся в плотное тело). Причем ссылаются на аналогичные следы слоев, складок, приуроченных к контактам пород с упомянутыми клиньями. Действительно, подобные нарушения существуют. Однако, напомним, у них края слоев, разорванных жилами, всегда направлены вверх, как будто лед вторгался в породу снизу! А некоторые пласты остаются почти ненарушенными. И это тоже странно, если учесть, что объем льда порой более чем вдвое превышает объем вмещающих пород.

О ПРАКТИЧНОСТИ ТЕОРИЙ

При разработке золотоносных россыпей в предгорьях Кулара (Верхоянский хребет, Якутия) выявилась интересная закономерность. Содержание Аи тут зависит от количества и расположения полигонально-жильных льдов. И в других местах Севера в них обнаружены такие же тонкопленочные драгоценные сетки.

Предполагают два пути образования дисперсного растворенного золота. Оно могло быть выщелочено из рудной залежи или россыпи минерализованными растворами. Но этот случай для нас не подходит: состав талой воды жильных льдов пресный и ультрапресный. Остается второй вариант. Экспериментально установлено, что широко распространенные в грунтовых водах микроорганизмы способны растворять золото*. Количество его в растворе при бактериальном выщелачивании достигает 10 мг/л.

Вырисовывается следующая схема миграции драгоценного металла. С водоразделов он вместе с обломками пород переносится в долины. Блуждающие там русла рек оставляют множество озер-стариц. Здесь образуются полигонально-жильные льды. При росте они достигают россыпи, содержащей Аи. Выщелоченное с помощью бактерий, золото вместе с водой и газами "подтягивается" к жилам и с очередными инъекциями попадает в лед.

Так из кварцевых жил на водоразделах золото, проделав неблизкий и непростой путь, попадает в ледяные жилы долин и озер, скажем, в упомянутом Куларском районе Якутии, где россыпи драгоценного металла наиболее богаты у контактов с ледяными жилами и бедны - в центральных частях полигонов.

Выходит, жильные льды - неплохие геологические индикаторы. С их помощью можно находить месторождения полезных ископаемых и выявлять условия залегания рудоносных тел. Но только прежде надо расшифровать во всех деталях загадочную ледяную клинопись.

* См.: Ю. Г. Сафонов. Золото России: перспективы на будущее. - Наука в России, 2000, N 1 (прим. ред.).

Постоянный адрес данной публикации: