Подземные льды – это прожилки и целые пласты, или, как их часто называют, линзы льда внутри земной коры. Они сформировались в периоды Великих оледенений и существуют уже многие десятки и сотни тысяч лет.
Понятно, что внутри твердой скалы льду места не находится, поэтому в Антарктиде подземные льды – явление не характерное (хотя и скальные породы, конечно, промерзают). А вот там, где горные породы рыхлые, льда в них иногда оказывается больше, чем самой породы. Подземные льды часто называют вечной (или правильнее – многолетней) мерзлотой.
Ледяные линзы
Вечная мерзлота представляет собой смесь частиц горных пород со льдом. Над ней залегает тонкий слой, ежегодно оттаивающий летом и снова замерзающий зимой. Его называют деятельным слоем.
Сейчас, спустя 20 тысяч лет после того, как растаял последний из крупных ледяных покровов, мерзлота продолжает занимать около четверти суши Земли. А в России – больше половины территории. Вся зона тундры занята сплошной мерзлотой (до глубины 300 и даже более метров). Температура в ней не поднимается выше двух градусов мороза.
Только кое–где, обычно в речных долинах и озерных котловинах, сплошная мерзлота оказывается нарушена таликами – островками талого грунта. Образование их связано с теплом, которое приносит речная вода или накапливает вода озер. Талики бывают сквозными, то есть настолько глубокими, что соединяются с непромерзшими горными породами, залегающими ниже вечной мерзлоты, но могут и не достигать их.
Чем дальше от полюса, тем тоньше слой мерзлоты. Он уменьшается до нескольких десятков метров, в нем появляется все больше таликов (причем они уже не обязательно связаны с водой). Затем мерзлота распадается на отдельные островки среди непромерзающего грунта и вскоре исчезает совсем. А деятельный слой превращается в некотором смысле в свою противоположность: на мерзлоте он ежегодно прогревался солнцем до оттаивания и был зоной жизни. А здесь, вдали от полюса (например, на широте Москвы) говорят о слое промерзания. И учитывают его толщину (которая, конечно, уменьшается с продвижением от полюса к экватору), при строительстве разных сооружений.
Зачем их учитывать? Дело в том, что мерзлые грунты имеют несколько важных особенностей.
«Все болота, болота, болота...»
Промерзшая земля превращается в водоупорный слой: новые порции воды просочиться сквозь нее уже не могут. Когда оттаивает деятельный слои, вода остается на. поверхности. Появляется болото, и не маленькое. Если взглянуть на физическую карту России, можно обнаружить, что болотами занята, например, изрядная часть Западно–Сибирской низменности.
А если речь идет не о равнине, а о склонах, даже довольно пологих, возникают оползни и оплывины. Возникают и рушатся мосты и здания, расползаются железнодорожные насыпи.
Если насыщенный водой грунт медленно сползает по склону, образуются огромные «лестницы».
При понижении температуры объем горных пород уменьшается и в них появляются трещины. Их называют морозобокными трещинами. Они образуют на поверхности земли характерные многоугольники. Эти многоугольники (полигоны) – явный признак наличия мерзлых грунтов.
Замерзающая и оттаивающая вода становится причиной морозного выветривания. Выветривание – это название для множества разнообразных процессов разрушения горных пород. Морозное связано с тем, что вода, попадающая в микротрещинки породы при положительно?! температуре, позже замерзает в них. При этом она расширяется и, расширяясь, разрушает весь камень. Этот же процесс идет и в более крупном масштабе: талая вода при замерзании образует ледяные клинья, которые расширяют морозобойные трещины.
При оттаивании мерзлый грунт довольно часто уплотняется, заполняя собой те промежутки и поры, которые были заняты льдом. Тогда на поверхности возникают просадки – углубления (аласы). К такому же эффекту приводит таяние подземных льдов. Этот процесс называют термокарстом (о нем подробнее – в другом разделе).
Оползни
Грунты никогда, не бывают совершенно однородными, и промерзание с оттаиванием всегда неравномерны. Кроме того, промерзание, начинаясь у поверхности, проникает вглубь и создает давление в грунтовых водах. А под давлением они могут прорваться на поверхность, раздвигая частицы грунта, и образовать наледи. Могут образовывать наледи и речные воды. '
Наледи – звучит заурядно и напоминает о замерзших лужах. Но они могут достигать многокилометровых размеров, иметь толщину в несколько метров. «...Верстах в двух выше ручья Энкеляха, на Селенде началась ледяная долина и простиралась больше двух географических миль [пятнадцать километров] вниз по реке. Ширина ледяного поля составляла едва ли больше 1/8 мили [940 метров], а по местам она еще суживалась шагов на двести. Хотя она была довольно ровна и горизонтальна, однако иногда выдавалась в стороны дальше низа долины, в иных местах заходила глубс ко в лес, и вид выходил совсем особенный, когда перед глазами являлись старые хвойные деревья среди ледяного поля, выходившие прямо из ледяного грунта», – так описывал наледь в бассейне Алдана А.Ф. Мидендорф в своем изданном в 1862 году «Путешествии на север и восток Сибири». А всего в России наледи содержат до трехсот кубических километров льда.
А еще подземные воды могут скопиться под землей и, замерзая, сформировать вздутия – 5угры пучения. Это тоже своего рода наледь, ко прикрытая сверху слоем почвы.
Бугор пучения
Бугры достигают иногда десятков метров в высоту и выглядят как обычные холмы. Просуществовав несколько лет (или десятков лет), они могут исчезнуть если растает их ледяное ядро. Этим они приводили в недоумение путешественников, еще не знавших об их « конструкции ».
При неравномерном промерзании и оттаивании горных пород крупные камни (а также столбы и фундаменты) выпучиваются из грунта, выжимаются льдом на поверхность. Немало северных построек было разрушено этим процессом. Бороться с ним нелегко, но можно: надо вкапывать сваи так глубоко, чтобы они ушли заметно ниже деятельного слоя. Нужно использовать именно сваи, потому что сплошной массивный фундамент прогревается и приводит к оттаиванию грунта вокруг себя.
Результат действия бугров пучения
Льды в океане
И в Северном Ледовитом, и в Южном океанах встречаются льды двух видов: морские льды и льды, сползшие с суши.
Наземные ледники, которых особенно много в Антарктиде и в Гренландии, довольно часто спускаются в море. Волны раскачивают и обламывают их языки. Особенно часто это происходит с шельфовыми ледниками, образующимися при выдвижении ледяных покровов на шельфы (подводные окраины материков). Они имеют вид плит, становящихся тоньше по мере удаления от берега, либо плавучих, либо частично опирающихся на дно. Крупные обломки ледников, уплывающие в океан, называют айсбергами (ледяными горами). Особенно много их в Антарктиде, но встречаются они и в Арктике.
А морские льды появляются, когда вода охлаждается до температуры замерзания. Для пресной воды – это 0°С. Для соленой – ниже, причем тем ниже, чем больше соли растворено в воде. Именно поэтому улицы городов зимой посыпают солью: даже при отрицательных температурах, при которых пресная вода уже образовала бы корку льда на мостовых, соленая вода остается жидкой и стекает в сточные канавы. Вначале на поверхности моря образуются пресные кристаллики, соль из которых вытесняется в процессе их роста. Затем они смерзаются между собой, но между отдельными кристаллами остаются пленки и капли рассола, пузырьки воздуха. Поэтому морские льды более пористы. Соответственно, плотность их ниже, чем пресноводных. Из–за этого льдины возвышаются над водой не на десятую, а на седьмую часть своей толщины. Кроме того, наличие рассола внутри льда приводит к тому, что тает он быстро, но при температуре не 0°С, а более низкой – около –2,2ºС.