В настоящее время проведены фундаментальные исследования в областях современного оледенения Земли, и в первую очередь в Антарктиде. Данные о строении, толщине, возрасте Антарктического и Гренландского ледниковых щитов послужили основой для сопоставления с древними ледниковыми покровами и их реконструкций.
Начали создаваться модели древних ледников, учитывающие не только их параметры, но и тепловые и климатические режимы. Согласно реконструкциям, ледники, возникающие во время днепровского и валдайского оледенений, представляли собой ледниковые щиты, имеющие огромные мощности и гигантские размеры. Так, по данным П. С. Воронова, высота Днепровского ледникового щита могла составлять 3800 м, а максимальная высота превышала 4000 м.
Read the rest of это entry »
Естественное первоначальное строение толщи мерзлоты, прячущейся под слоем тундровых мхов или под лесами Сибири, в большинстве случаев невосстановимо. След гусеничного трактора, проложенный по поверхности тундры весной или летом, во многих случаях превращается в ложбину, заполненную водой. Начавшиеся термокарстовые процессы могут разрушить тысячи квадратных метров поверхности.
Строителям показался «лишним» бугор, расположенный на склоне в зоне строительства, и его убрали. Через некоторое время на этом месте образовалась гигантская наледь, «убрать» которую было уже невозможно.
Несомненно, что полноценное, грамотное суждение о проблемах, связанных с Севером, невозможно без исторического и палеогеографического, ретроспективного взгляда на основные природные факторы и процессы. Только при таком подходе может быть реально выполнено требование современности, выраженное в высказывании специалиста по изучению полярных стран Г. Аграната: «Когда имеешь дело с Севером, нужно обладать обостренным чувством будущего».
Такая постановка проблемы приближает к практике сегодняшнего дня сведения о древних ледниках и мерзлоте.
Именно от геологической истории протянуты связи в действительность, – связи, определяющие современные ландшафты и природно-климатические условия.
Современное человечество располагает опытом, углубленным всеми достижениями науки и практики. Но и вторжения в естественную природную среду стали настолько значительными, что не все могут определить расчеты. Поэтому настало то время, которое очень хорошо охарактеризовано словами В. М. Котлякова: «…нужно помнить, что природу может сохранить не столько наука, сколько любовь человека. И такую любовь нужно постоянно воспитывать в людях».
Однако не только озера, но и современные болота обязаны своим происхождением древним ледникам. Считается, что значительная часть озер (около половины) со временем превратилась в болота, образовавшие на севере своеобразные болотные равнины.
Изучая строение речных долин, многие исследователи указывают, что после деградации ледника еще многие тысячелетия земная поверхность перестраивалась, а первоначальные ледниковые ландшафты изменялись. Реки прорезали русла и спускали приледниковые озера, осушая большие территории. Даже современные реки еще блуждают по древним долинам стока.
Молодой ледниковый ландшафт
Итак, ледниковые покровы надвигались на территорию европейской части СССР неоднократно. Следы деятельности максимального днепровского оледенения прослеживаются на огромных пространствах равнин вплоть до Днепропетровска, Харькова и т. д. В южной части Русской равнины многие формы рельефа, созданные когда-то деятельностью древних ледниковых покровов, такие, как приледниковые озера, древние русла стока, конечно-моренные формы и другие, очень сильно изменены, сглажены или почти полностью похоронены под толщей более молодых осадков. В этих районах поверхности сильно выровнены, и на многие десятки и сотни километров тянутся однообразные ландшафты. Только геологические материалы убеждают нас в том, что это однообразие кажущееся.
Районы, лежащие севернее Гомеля, Серпухова, Владимира, покрывались льдами (более молодого) московского оледенения. Его возраст примерно составляет 220-120 тыс. лет, а следы его деятельности видны на современной поверхности значительно отчетливее.
Особенно значительны масштабы таких работ в нашей стране. К категории «Север» относятся территории, занимающие половину площади Советского Союза, и именно на них расположены многочисленные месторождения нефти, газа, цветных металлов, знаменитые алмазные трубки. На Севере и Северо-Востоке идет строительство городов, поселков, дорог, крупных заводов и электростанций, закладываются новые шахты и буровые скважины. И большая часть из них-в области многолетней мерзлоты, которая занимает 80% территории. Освоение земных недр и новое строительство продолжают серьезно зависеть от специфических условий многолетнемерзлых пород и соответствующих температурных режимов.
Даже на территории европейской части СССР, где мерзлота сохранилась узкой каймой по побережью Северного Ледовитого океана, необходимо учитывать существование ее в прошлом. Остаточные формы – реликты мерзлоты оказываются очень чувствительными к искусственному изменению природной среды. В области современного распространения вечная мерзлота при всех своих огромных площадях, мощности в сотни и более метров чрезвычайно быстро и «болезненно» реагирует на неправильное, грубое вторжение в ее пределы.
Многочисленны печальные примеры, когда в результате неправильных методов строительства на отдельных участках происходило нерушение слоя мерзлоты, резко возрастали скорости ее деградации. В результате полотно дороги превращалось в широкую заболоченную полосу, дома и сооружения разрушались в течение первых же лет, а остановить эти процессы люди еще не умели.
При движении, наступании ледник изменял поверхность, по которой двигался. Дело в том, что помимо большого собственного веса ледник был «вооружен» каменным материалом, который захватывал по пути. Наличие твердого материала в сочетании с огромным давлением приводило к перепахиванию рыхлых осадков, истиранию и шлифовке коренных пород. Наибольшее разрушение производилось массами льда в понижениях подледной поверхности, или ложа ледника, особенно сильно в тех случаях, когда ориентировка ложбин совпадала с направлением его растекания. На таких участках возрастали и мощность льда, и скорость движения, в результате чего ледник увеличивал контрастность между возвышенными и пониженными частями земной поверхности. В отдельных районах поверхность коренных пород была настолько сильно моделирована ледниковой эрозией, что превратилась в чередование вытянутых котловин и разделяющих их гряд.
Шрамы и полировка – следы ледниковой экзарации сохранились на поверхности прочных коренных пород во многих районах Земли. Такие ландшафты часто встречаются на севере Европы: в Карелии, на Кольском полуострове. Выходы коренных пород, отшлифованные и покрытые бороздами, отмечались в Альпах еще в прошлом веке, позднее они были обнаружены на равнинах Англии, Северной Америки, Южной Америки, в Антарктиде. Ледник мог отделить и перенести в мерзлом состоянии крупные глыбы пород – ледниковые отторженцы, которые часто встречаются в различных областях древнего оледенения.
Ледниковые отложения не только заполняли древние ложбины, но и образовывали покров, который хорошо сохранился в пределах древних ледниковых областей. В отдельных районах ледниковые отложения достигают огромной мощности.
Восточноантарктический ледниковый щит – еще более мощное ледяное сооружение и, по оценке специалистов, обладает еще большей термической инерцией. Потепление не вызовет существенного усиления таяния. Западная часть Антарктического щита имеет площадь 2,3 млн. кв. км и объем, равный 3,3 млн. куб. км. По тем же оценкам, «его разрушение может произойти после таяния ледников-шельфов и тогда приобретет характер быстрого распада (серджа), т. е. материковый лед окажется в океане, перейдет в плавучее состояние и тогда начнет разрушаться».
Скорость повышения уровня Мирового океана составляет в настоящее время около 1,5 мм в год, а в 20-х годах XXI в. может превысить 5 мм в год.
Конечно, приведенные цифры показывают, что изменения не будут катастрофически быстрыми, но они все-таки заставляют глубоко задуматься.
Как будет выглядеть земная поверхность, когда многие площади области вечной мерзлоты протаят и превратятся в болота и озера? Что произойдет с городами, поселками, дорогами и мостами, стоящими на вечной мерзлоте, как изменятся ландшафты этих территорий? А полярные области – страны вечных льдов и снегов, где обитают белые медведи, пингвины, тюлени и моржи, гнездятся миллионы птиц-неповторимые просторы Севера, обладающие уникальной красотой и историей, неужели они исчезнут с лица Земли?
Трудно представить превращение огромных территорий Земли в однообразные поверхности…
Естественно, возникает вопрос о том, что же можно сделать, чтобы не происходили не только глобальные, общеземные изменения климата и ландшафтов Земли, но и сохранялись естественные природные условия даже небольших территорий. Во всех частях света в настоящее время хозяйственная деятельность людей расширяется и охватывает все новые районы, в том числе районы, занятые вечной мерзлотой и ледниками.
В Австрийских Альпах в 1965 г. Наступало 30% ледников, а в 1975 г. число наступающих ледников возросло до 58% (в 1952 г. почти 100% ледников отступало).
Но на ход естественных колебаний климата накладываются факторы, возникающие в результате хозяйственной деятельности людей, и в частности потребления минерального сырья. При этом, как отмечают М. Г. Гросвальд и В. М. Котляков, «от 80-х годов текущего века до конца первой четверти будущего, когда современный полуцикл естественного похолодания сменится очередной фазой потепления, а парниковый эффект СО2 еще более усилится, средние глобальные температуры возрастут приблизительно на 2° и поднимутся до уровня, который ни разу не достигался за последнее тысячелетие». Какие же изменения будут происходить в основных районах полярных льдов, ледников и вечной мерзлоты?
М. Г. Гросвальд и М. В. Котляков считают, что в Арктике при условии потепления климата Земли современные ледниковые покровы арктических островов исчезнут за несколько десятилетий, т. е. на глазах одного поколения!
В Гренландии общее повышение температур скажется не так сильно, потому что ледниковый щит со средней мощностью 2300 м (а наибольшей – 3400 м) и площадью 1 726 тыс. кв. км совсем не так просто растопить или значительно сократить в размерах. Громадная масса льда как бы защищает сама себя в силу охлаждающего эффекта ледникового покрова, который сейчас понижает средние температуры летом на 5° и зимой на 15° по сравнению с окружающими районами на тех же широтах. В толще ледникового щита до самого ложа сохраняется температура ниже минус 10°. Предполагается, что при росте температур баланс массы Гренландского ледникового щита через 50 лет станет отрицательным и скорость снижения поверхности щита составит 0,5-0,7 м в год.
Термические зоны, характеризуемые условиями вегетационного сезона, сдвинутся к северу в 1990 г. на 1-3°, в 2025 г. – на 10-15° по сравнению с современными условиями. Помимо этих изменений предполагается даже, что в 20-х годах XXI в. могут исчезнуть полярные льды. В полярных районах увеличится количество осадков, произойдет частичное таяние мерзлоты, тепловое расширение вод океана, а также таяние и распад части Антарктического ледникового щита.
Современные ледники покрывают площадь свыше 15,5 млн. кв. км, а общий объем льда и снега во всех ледниках оценивается цифрой около 30 млн. куб. км. Подсчитано, что полное таяние этих ледников и снегов могло бы поднять уровень Мирового океана более чем на 65 м.
На долю подземных льдов приходится менее 2% общего объема льдов литокриосферы (около 0,5 млн. куб. м – по П. А. Шумскому и 0,3 млн. куб. м – по С. В. Калеснику). Оценивая запасы влаги, заключенной в подземных льдах, Б. И. Втюрин произвел расчеты, согласно которым при одновременном быстром протаивании всех многолетнемерзлых пород на Земле уровень Мирового океана повысился бы всего на 12-13 см. Но с другой стороны, отмечает Б. И. Втюрин, в пределах СССР запасы пресной воды, сосредоточенные в виде эви-дентных подземных льдов, все же превосходят запасы воды, сосредоточенные в ледниках. Они примерно в 4 раза превышают полный речной сток на территории СССР за год (4 220 куб. км).
Потепления и похолодания в течение последнего столетия сменялись неоднократно в ходе естественных процессов. Многочисленные исследования метеорологов показали, что конец XIX в. был относительно холодным, а в начале текущего столетия, наоборот, отмечалось потепление с максимумом в 1930-1940 гг.
Десять – пятнадцать лет назад мысль о том, что можно охладить или подогреть целую планету, вызвала бы в лучшем случае усмешку и мнение, что автор слишком ударился в фантазию.
Но оказывается, что в результате хозяйственной деятельности человека повышение среднегодовых температур Земли возможно. Сейчас это предмет серьезного обсуждения ученых, статьи на эти темы регулярно появляются в газетах и журналах. Только за последние 5 лет эта проблема неоднократно обсуждалась на международных научных конференциях.
Такое изменение общественных взглядов и резкое повышение интереса к проблемам климатологии имело существенные основания. Экономические и теплобалансовые подсчеты показывают, что если в будущем сохранятся темпы роста современной энергетики, основанной на сжигании ископаемого топлива, то климат Земли изменится. Попробуем немного разобраться, что же может произойти в действительности.
Известный советский климатолог М. И. Будыко, анализируя многочисленные материалы, пишет о том, что основой прогноза о значительном повышении температур являются представления о нарастающей концентрации углекислого газа (СО2) в атмосфере и о чувствительности глобального термического режима к таким изменениям.
М. И. Будыко приводит данные о росте количества углекислого газа в атмосфере за период, охватывающий конец прошлого века и настоящее время, в результате чего повышение средней годовой температуры воздуха составило 0,5°С, а в близком будущем это повышение может достигнуть и нескольких градусов.
Развивая представления о возможном повышении температур Земли, М. И. Будыко приходит к заключению о том, что через 50 лет северо-запад европейской территории СССР будет иметь климатические условия, сходные с климатом Центральной Франции! Север Западной Сибири в таком случае сопоставляется с южными частями Польши, а условия центральных районов Западной Сибири будут сравнимы с территориями Средне-Дунайской низменности.
Известно, что в прибрежных мелководных зонах морей буровые вышки устанавливаются на искусственно созданных островах, возвышающихся над волнами. В северных условиях, возможно, будет рентабельным на глубинах до 20 м сооружение островков путем намораживания грунта на предварительно охлажденное дно. По расчетам американских инженеров, стоимость таких намороженных островков для разведочного бурения нефти составит от 5 млн. до 17 млн. долл.
Люди давно научились получать низкие отрицательные температуры, направленные потоки холода. Например, искусственно намораживают ледяной покров, увеличивая толщину льда на реках и озерах, чтобы создать крепкую, надежную дорогу. Но самое серьезное применение искусственный холод имеет, конечно, при строительстве. Оказалось, что мерзлота может быть незаменимой помощницей при прокладке линий метро, стволов шахт, рытье котлованов для фундаментов зданий и во многих других случаях.
Успешным оказался опыт по сооружению подземных хранилищ газа в толщах мерзлых пород с помощью дополнительного охлаждения. Охлаждение больших участков грунтов проектируется применить при строительстве объектов Вилюйской электростанции и на других стройках.
Одно из самых серьезных препятствий при подземных горных работах – встреча с сильно увлажненными песками – плывунами. Мощные холодильные агрегаты превращают текучую массу в твердый монолит, из него создаются оградительные перемычки, или стенки, которые поддерживают до тех пор, пока не будет пройден участок плывунов.
Локальные участки временной мерзлоты теперь регулярно возникают на строительных площадках и в шахтах Москвы и Подмосковья, Курской магнитной аномалии, Ленинграда и других городов.
Будем взаимно вежливы