Вечная мерзлота
Второй день нашего совместного пребывания в Якутске начался с посещения Института мерзлотоведения Сибирского отделения Академии наук, работники которого изучают мерзлые толщи земной коры, свойства мерзлых грунтов и другие вопросы, связанные с мерзлотой. В кабинете директора института Павла Ивановича Мельникова висит большая карта. Около половины территории Советского Союза на ней покрыто штриховкой — это зоны распространения мерзлоты, они занимают более 10 миллионов квадратных километров.
Павел Иванович рассказал последние новости мерзлотоведения. Еще недавно считалось, что самая большая мощность многолетнемерзлой толщи — около 700 метров — на севере Якутии и на Таймырском полуострове. В последнее же время обнаружены места с еще большей мощностью в северной части Читинской области. В районе хребта Удокан мерзлая толща достигает 900 метров. Получены уникальные данные о глубоком охлаждении земной коры в верховье реки Мархи, южнее Полярного круга. Там горные породы имеют отрицательную температуру до глубины 1500 метров! Предполагается, что такое небывало глубокое охлаждение связано с циркуляцией сильно минерализованных охлажденных подземных вод.
Увеличивается или уменьшается мощность мерзлоты? Точных данных еще нет. Доказано, что в некоторых местах образуются новые толщи мерзлых пород, а в других мерзлые грунты оттаивают. Все зависит от условий теплообмена. Так, например, если на значительном участке заболоченной территории произвести осушительные работы и удалить растительный покров, то условия для прогрева грунтов летом значительно улучшатся и мощность мерзлой толщи постепенно уменьшится. Если осушить глубокое озеро, под дном которого находится талик, то талые грунты начнут интенсивно промерзать. Якутские морозы способны проморозить за зиму слой талых грунтов мощностью до 8 метров, летом же протаивает только верхний двухметровый слой, поэтому в последующие зимы мощность мерзлого слоя увеличивается.
Условия теплообмена на поверхности земли не остаются неизменными. Меняется климат, перемещаются берега рек, растут новые овраги, происходят лесные пожары. Большие изменения в условия теплообмена вносит хозяйственная деятельность человека. Все это меняет температурный режим и мощность многолетнемерзлой толщи.
Летом в институте тихо и пусто. Большинство сотрудников добывает первичные сведения о мерзлоте в труднодоступных таежных дебрях и тундре. Исследования ведутся также на шахтах и стройках. В институте остались лишь те, кому нельзя прерывать экспериментальные работы или надо продолжать теоретические исследования.
Вблизи здания института разместилась подземная лаборатория механики мерзлых грунтов. Вошли в небольшой домик, надели телогрейки и, открыв еще одну дверь, спустились по лестнице. Два поворота — и по бокам увидали белые шапки инея. Еще несколько маршей вниз — и мы попали в длинный коридор, вдоль стен которого стояли полки с глыбами льда и кусками мерзлых грунтов. По бокам коридора небольшие комнатки с приборами. На улице жара, а здесь мороз 3°. Такую температуру имеют окружающие мерзлые грунты, поэтому и в лаборатории она поддерживается без холодильных машин. Температура в подземной лаборатории в течение года почти не меняется, так как сезонные колебания температуры грунтов на глубине 10–15 метров, где размещена лаборатория, практически затухают.
В лаборатории изучается прочность льда и мерзлых грунтов, испытываются модели фундаментов. Вот лежит балка, вырезанная изо льда. Осторожно встаешь на эту балку посередине, она не ломается и не прогибается. Рядом такая же балка, на которой лежат две небольшие гири, сильно изогнулась. Гири, оказывается, находятся на балке уже полгода. За это время лед деформировался. Так же постепенно изгибаются и балки из мерзлого песка и глины. Цилиндрические образцы под действием прессов сплющиваются, превращаясь в своеобразные бочонки и даже лепешки. Лед и мерзлые грунты выдерживают очень большие кратковременные нагрузки, и в то же время они могут медленно «течь» при значительно меньших длительных нагрузках. Этим и объясняется то, что фундаменты на мерзлых грунтах или на льду медленно погружаются.
Нижнее отделение лаборатории — это огромный зал со сверкающими кристалликами льда на стенках и потолке, который не имеет креплений. Кругом натуральная мерзлота, ее можно не только рассматривать, но и трогать руками. Подземный зал площадью более 300 квадратных метров сооружен в мерзлых песках бывшего дна реки. Здесь когда-то протекала Лена и намыла песчаные острова, которые затем промерзли. На стенах видны полоски слоев намыва, вмерзшие кусочки древесной коры и веток.