А теперь мы снова обратимся к описанным нами причинам непромерзания водоёмов и заметим, что почвогрунты, связанные скелетом из льда, не могут осуществлять массообмен, свойственный плавучему льду при его таянии, а именно: всплывать вверх, освобождая объём для талой воды конвективно вносящей теплоту плавления. В результате этого теплообмен вечно мерзлых грунтов с атмосферой туда и обратно осуществляется только кондуктивной теплопроводностью. А далее уже из основ термодинамики следует, что здесь имеет место обратимый равновесный теплообмен, когда переход термодинамической системы из одного состояния в другое возвращает ее в первоначальное состояние через ту же последовательность промежуточных состояний, проистекающих в обратном порядке. Иными словами, существование вечной мерзлоты в зоне господства отрицательной средней годовой температуры воздуха с точки зрения физики оказалось явлением вполне «законным» и лишенным, загадочности в то время как существование здесь же непромерзающих водоёмов таило загадку. И если бы наука, не доверившись ходячему мнению о «ледяной шубе», своевременно разобралась в особенностях теплообмена через ледяной покров водоёмов, то не возникло бы и загадки «ледяного сфинкса». Можно было не создавать Институт мерзлотоведения, и как увидим далее, было бы куда больше известно о механизмах, управляющих климатом.
Рис. 4. Среднее за многолетие тепловое состояние озера на вечной мерзлоте
В результате обратимости теплообмена криолитозоны с внешней средой в ее глубине постоянно сохраняется отрицательная температура, в верхних слоях приближающаяся к средней годовой температуре воздуха, и лишь ниже, на глубине (1500 м в Якутии) она постепенно повышалась, становясь положительной под воздействием встречного потока внутриземного тепла. Этот факт свидетельствует о том, что в отличие от мерзлоты замерзающий водоём аккумулирует теплоту внешней среды, а это непосредственно подтверждается тем, что под ледяным покровом, толщиной около 1 метра, средняя годовая температура воды в том же якутском озере составляет плюс 5…7 °C, что на 18…20 °C выше среднегодовой температуры воздуха и многолетней мерзлоты на глубине 10…15 м от поверхности. Еще больше оказывается разность энтальпий, поскольку в нее включается удельная теплота фазового превращения: в озере она примерно на 400 Дж/г выше, чем в мерзлоте.
Таким образом, оказывается, что якутское озеро существует не промерзая, в полном окружении сред с постоянной снизу и сверху средней годовой отрицательной температурой. При этом оно не только не промерзает, но и запасает тепло, достаточное для постепенного оттаивания многолетней мерзлоты под своим ложем (рис. 4).
За длительный период такое оттаивание может пронизать весь слой вечной мерзлоты, а само озеро вследствие этого может исчезнуть, спустив воду путем фильтрации через оттаявшее дно в глубокие подмерзлотные горизонты.
4.2. Сверяясь с законом сохранения и превращения энергии
В науке опасно торопиться с выводами, нельзя спешить объявлять проблему решенной, если в её истолковании остаются какие-нибудь неясности. А они еще есть в объяснении описанного явления, хотя уже очевидно, что обнаруженная неравновесность теплообмена замерзающих водоемов с окружающей средой существует и четко доказывается фактами. Этим я временно успокоил себя и надо думать, убедил уже большинство читателей в доказанности изложенного, но вряд ли удовлетворил физиков, сверяющих всякое новое тепловое явление с фундаментальными положениями термодинамики. Мерилами физической правомерности данного факта являются закон сохранения и превращения энергии и постулат Клаузиуса, гласящий, что «теплота не может самопроизвольно перейти от системы с меньшей температурой к системе с большей температурой».