Вечная мерзлота — это грунт, который не оттаивает тысячелетиями даже в самый теплый сезон. Под верхним слоем почвы скрывается промерзшая толща глубиной до полутора километров. Она покрывает почти четверть суши Северного полушария и больше половины территории России. Глобальное потепление меняет эту картину: мерзлые грунты постепенно оттаивают и проседают. Рассказываем, что такое вечная мерзлота, где она находится и чем потенциально опасно ее таяние.
Мерзлота занимает 22-24% суши Северного полушария. В России она распространяется на 60-65% территории — от Кольского полуострова до Забайкалья.
Типы мерзлоты различаются по покрытию: сплошная (90-100%), прерывистая (50-90%), спорадическая (10-50%).
Также выделяют высокогорную (Тибет, Гималаи, Альпы) и подводную (дно Северного Ледовитого океана) мерзлоту.
Из-за глобального потепления вечная мерзлота постепенно нагревается. Таяние разрушает инфраструктуру: большинство зданий на мерзлоте построено на сваях, но при оттаивании грунт теряет прочность. К 2050 году под угрозой могут оказаться 42% поселений на вечной мерзлоте.
Что такое вечная мерзлота
Вечная мерзлота — это верхняя часть земной коры, температура которой не поднимается выше 0 °C в течение двух и более лет, а часто — тысячелетий. Глубина промерзания может достигать 500 метров, а в отдельных горных районах увеличиваться до 1500 метров.
Образование вечной мерзлоты началось около 1-2 млн лет назад, в эпоху, когда климат был сухим и морозным, а ледниковый покров — тонким. Большая часть современной вечной мерзлоты сформировалась во время или после последнего ледникового периода, то есть 100—10 тысяч лет назад. Самые древние из известных приповерхностных многолетнемерзлых пород находятся в канадском Юконе. Их возраст оценивается в 700 тысяч лет.
Верхний слой почвы, который оттаивает летом и снова замерзает зимой, называется активным. Его толщина обычно не превышает двух метров. Ниже начинается постоянно замороженный слой, где температура может опускаться до −15 °C и ниже.
Сама вечная мерзлота неоднородна по составу. В ней встречаются различные виды льда: поровый (заполняющий пустоты между частицами грунта), сегрегированный (линзы и прослойки), жильный (ледяные клинья, проникающие на глубину 20-50 метров), а также погребенный лед — остатки древних ледников, озер или рек.
Зоны распространения многолетней мерзлоты в мире и в России
Вечная мерзлота занимает примерно 22—24% площади суши Северного полушария — около 21-23 млн км². Встречается она не только за Полярным кругом, но и в высокогорных районах, включая Тибетское плато, Гималаи, Альпы и даже Африку. Единственный континент, где вечной мерзлоты нет, — Австралия.
В зависимости от степени покрытия выделяют несколько типов. Сплошная вечная мерзлота занимает 90-100% территории в самых холодных регионах — на севере Сибири, Аляски и Канадского Арктического архипелага. Прерывистая (от 50 до 90%) и спорадическая (от 10 до 50%) встречаются южнее. В горах распространена высокогорная вечная мерзлота, а под дном Северного Ледовитого океана — подводная.
В России вечная мерзлота занимает 60-65% территории. Ее южная граница проходит от Кольского полуострова к устью реки Мезени, затем почти по Северному полярному кругу до Урала. В Западной Сибири она опускается до 60-й параллели, а в Восточной Сибири достигает Забайкалья. Вечная мерзлота отсутствует только на юге Камчатки, Сахалине, в Приморье и некоторых других районах.
Самый мощный слой вечной мерзлоты на планете находится в Сибири — его глубина превышает 1500 метров. На Аляске и в западной Арктической Канаде толщина мерзлоты достигает 700 метров.
Влияние деятельности человека и изменения климата на вечную мерзлоту
Глобальное потепление — главная угроза для вечной мерзлоты. Основная причина — антропогенные выбросы парниковых газов. Арктика нагревается значительно быстрее, чем остальной мир. С начала XXI века фиксируется устойчивое повышение температуры вечной мерзлоты в большинстве регионов.
С 2007 по 2017 год специалисты из 26 стран измеряли температуру мерзлоты на глубине более 10 метров в 123 скважинах по всему миру. Результаты оказались тревожными: потепление зафиксировано в 71 скважине, а в пяти температура превысила 0 °C, то есть мерзлота начала таять. Только в 40 точках температура осталась неизменной, а в 12 — понизилась. В российском Заполярье температура мерзлоты выросла на 0,4 °C, в Сибири — почти на 1 °C.
На Аляске за последние 30 лет вечная мерзлота стала теплее на 2-3 градуса. На Тибетском плато, где темпы потепления существенно выше среднемировых, южная граница мерзлоты сместилась вверх примерно на 25 метров за 27 лет, а площадь некоторых участков сократилась на 36%.
Но не только климат влияет на состояние мерзлоты. Деятельность человека тоже играет роль. В Норильске, например, по данным «Арктик-фонда», грунты ухудшаются из-за промышленных отходов, которые повышают теплопроводность пород и позволяют летнему теплу проникать глубже. Вырубка лесов также усугубляет ситуацию: деревья защищают почву от нагрева, а их уничтожение приводит к оттаиванию. Но компании борются с негативным влиянием на экологию.
Последствия оттаивания многолетней мерзлоты
Разрушение инфраструктуры. Большинство зданий и сооружений в зоне вечной мерзлоты построено с расчетом на сохранение мерзлого состояния грунтов. При оттаивании земля теряет прочность, фундаменты оседают, стены трескаются.
Выбросы парниковых газов. Вечная мерзлота хранит огромное количество органического углерода — примерно 1400-1700 млрд тонн. Это вдвое больше, чем углерода в атмосфере Земли. При оттаивании замерзшая органика начинает разлагаться, выделяя углекислый газ и метан.
Даже если удастся удержать глобальное потепление в пределах 1,5-2 °C, вечная мерзлота продолжит таять и выделять парниковые газы столетиями. Если потепление достигнет 4—5 °C, почвы вечной мерзлоты могут исчезнуть почти полностью.
Распространение инфекций. В вечной мерзлоте сохраняются жизнеспособные микроорганизмы и вирусы тысячелетиями. В 2014 году ученые обнаружили в сибирской мерзлоте вирус Pithovirus sibericum, который оставался активным после 30 тысяч лет заморозки. Он заражал только амеб, но находка доказала, что древние вирусы могут выживать.
В 2016 году на Ямале зафиксировали вспышку сибирской язвы. Ученые связали это с тем, что из-за аномальной жары подтаял скотомогильник, и зараза выбралась наружу.
Токсичные вещества. Вечная мерзлота содержит огромные запасы ртути. Исследование Геологической службы США показало, что в мерзлых почвах Аляски ее существенно больше, чем во всех остальных почвах, океане и атмосфере вместе взятых. При оттаивании ртуть может попадать в водоемы и пищевые цепочки.
Изменение ландшафта. Таяние подземных льдов вызывает просадки грунта и образование термокарстовых озер. На острове Банкс в Канадской Арктике частота оползней с 1984 по 2013 год выросла в 60 раз. На Аляске из-за таяния мерзлоты деревья теряют устойчивость и падают, образуя «пьяные леса». Таяние также увеличивает сток рек в Северный Ледовитый океан, что влияет на уровень моря и соленость воды.
Вопросы и ответы
В разделе ответили на вопросы о вечной мерзлоте.
Какие города построены прямо на вечной мерзлоте?
В России на сплошной вечной мерзлоте стоят два крупных города — Норильск и Якутск. Также в зоне вечной мерзлоты расположены Воркута, Салехард, Игарка, Магадан и многие другие населенные пункты.
Почему дома в зоне вечной мерзлоты строят на сваях?
Чтобы дом не нагревал грунт, его поднимают на железобетонные сваи, оставляя между землей и зданием вентилируемое пространство. Это позволяет сохранять грунт замерзшим и предотвращает оседание фундамента.
Кто первым изучил вечную мерзлоту?
В 1828 году якутский купец Федор Шергин начал копать колодец во дворе своего дома. Он достиг глубины 116,4 метра, но воды так и не нашел. Зато ученые получили уникальную возможность измерять температуру грунта на разной глубине. Шахта Шергина стала первой в мире лабораторией по изучению вечной мерзлоты.
