На обширных аллювиальных равнинах севера Азии и Америки встречаются мощные ледяные накопления, прикрытые сверху лишь тонким слоем землистого грунта. Это так называемый ископаемый лед.

Интересно, что в иловатом грунте, заключенном во льду, нередко находят остатки мамонта с сохранившимися мягкими тканями. Вопрос о происхождении ископаемого льда и сопутствующих ему отложений, а также о связи с ними остатков мамонта долго не находил удовлетворительного решения.

Русские исследователи А.Е. Фигурин, И.А. Лопатин и А.А. Бунге в разное время пришли к выводу, что ископаемый лед образуется при замерзании воды в морозобойных трещинах. Вода затекает в них с поверхности, образуя ледяные клинья или жилы. Напротив, Э.В. Толль считал, что большая мощность льда противоречит этому взгляду. По мнению этого исследователя, ископаемый лед представляет собой остатки глетчеров - наследие ледникового периода. Наконец, А.А. Григорьев считал, что ископаемый лед на равнинах Сибири образовался вследствие накопления снега в ледниковую эпоху. Эта гипотеза до последнего времени являлась господствующей.

Личные наблюдения и литературные данные заставляют нас отказаться от фирновой гипотезы. Мы убедились, что основные массы ископаемого льда на Новосибирских островах, Приморской низменности и в Центральной Якутии приурочены к аллювиальным равнинам и характеризуются сочетанием льда с речными и озерными осадками, а также вертикально-полосчатым строением. Такие же особенности присущи заведомо трещинному или клиновидному льду, широко развитому на современных поймах. Жилы трещинного льда обычно сопрягаются друг с другом под прямым углом и образуют в плане полигональную решетку, которая охватывает громадные площади террас в речных долинах.

По мнению А.А. Бунге, зимой мерзлая полигональная сеть растрескивается, а весной трещины заполняются водой, которая там замерзает. Трещины каждый год проходят по одним и тем же местам, рассекая лед, отчего наблюдается вертикальная полосчатость. Так происходит расширение ледяных жил. Но это рассуждение не объясняет многих особенностей ископаемого льда и требует дальнейшего развития.

Как объяснить, например, большую мощность масс ископаемого льда в Сибири? По Бунге, трещины образуются в ранее сформировавшихся отложениях, причем жилы льда постепенно проникают сверху вниз, рассекая все более глубокие слои мерзлого грунта. Толль считал, что таким образом в толщу мерзлого грунта не может проникнуть значительное количество льда. Отложения, которые Бунге называет «земляными», образуют изолированные друг от друга вертикальные столбы, расположенные во льду в шахматном порядке, вследствие его полигонального строения. Такие «земляные» столбы, по мнению Толля, - результат заполнения минеральным материалом трещин, рассекающих сплошной глетчерный массив. Теперь известно, что это - изолированные друг от друга блоки, разделенные льдом, и значит, пластовое залегание последнего исключается.

Поэтому нельзя считать лед первичным образованием, а грунт в нем - вторичным, как думал Толль, но нельзя согласиться и с Бунге, что грунт - первичное образование, а лед - вторичное. Это правильно для маломощного трещинного льда и не годится для такого же мощного льда.

Связь льда с торфяно-иловатыми отложениями объясняется тем, что в них легче всего образуются морозобойные трещины. Именно в заболоченных блюдцеобразных или озеровидных впадинах, заключенных внутри валиковых полигонов на пойменных террасах, отлагались суглинки и наносный торф, иногда с костями мамонта, порой с сохранившимися мышечными тканями, кожей и волосами.

Мы установили, что формирование трещинного льда происходит в период, когда терраса переживает пойменную стадию: она периодически, в половодье, заливается водой, которая и отлагает осадки. С прекращением пойменного режима и накопления осадков останавливается и рост льда. Чем же подтверждается одновременность накопления пойменных осадков и роста трещинного льда? Весьма показателен изгиб слоев осадков близ контакта со льдом. Если бы жилы льда росли в уже отложенной толще осадков, проникая все глубже и сверху все более расширяясь, наибольший изгиб слоев наблюдался бы в верхних горизонтах толщи, так как здесь отжатие их должно быть наибольшим. С глубиной степень изгиба слоев должна бы постепенно уменьшаться (рис. 1,а). В действительности наблюдается иное: с глубиной изменяется изгиб слоев у контакта со льдом, что удается проследить на несколько десятков метров по вертикали. Обычно сверху вниз видно то постепенное, то более резкое изменение от сильно изогнутых слоев до почти горизонтальных, еще ниже - снова наблюдаются сильно изогнутые слои, а далее опять слабо изогнутые, почти перпендикулярные к плоскости, образуемой льдом (рис. 1,б) Это указывает на то, что каждый слой откладывался уже при наличии льда рядом и лишь затем в разной степени деформировался. Значит, взаимоотношение между льдом и грунтом менялось по мере наслаивания осадков, а это могло происходить лишь в том случае, если одновременно нарастал и лед.

Это же подтверждается и изменением фаций в горизонтальном направлении: от середины «земляных» столбов в сторону ледяных жил постепенно выклиниваются торфянистые линзы (рис. 2), представляющие собой отложения заболоченных внутриполигональных впадин. Близ самих ледяных жил они часто переходят в тонкие слои без растительных остатков. Торфянистые линзы в «земляных» столбах располагаются в несколько ярусов одна над другой и закономерно чередуются с минеральными слоями. Каждая торфяная линза отмечает положение некогда расположенного на поверхности пойменной террасы внутриполигонального болотца, перекрытого затем осадками. Такая многоярусность, а также изменение характера осадков обусловлены тем, что лед и осадки нарастали одновременно. Если бы трещины, заполнявшиеся льдом, рассекали все более глубокие, ранее отложенные слои, столь закономерного изменения фаций внутриполигональных болот в направлении ледяных жил не было бы. Как же протекало одновременно осадконакопление и льдообразование?

Этот процесс шел при мерзлотном режиме, причем, по мере накопления осадков и последовательного повышения поверхности поймы, постепенно поднималась и верхняя поверхность мерзлоты, как бы нарастая вместе с осадками. Это обусловливалось глубоким зимним промерзанием и неизменной глубиной летнего оттаивания.

Механизм параллельного накопления аллювия и трещинного льда в общих чертах нам представляется так. При образовании трещин в силу определенных физических причин верхний иловатый слой внутри каждого полигона плавно изгибается. Этот изгиб увеличивается от центра к периферии полигона, отчего его края загнуты в виде валиков. При этом между поверхностью ледяных жил и перекрывающим грунтом возникает пустое пространство, которое и заполняется льдом. В результате верхняя часть жилы представляет собой выпуклую линзу чистого льда. Впоследствии эта часть наросшей жилы пронизывается вертикальными трещинами и ледяными жилками, которые рассекают ранее чистый лед. Масса ледяной жилы увеличивается, а слои грунта отжимаются, что еще больше углубляет впадину полигона. Следовательно, ледяные жилы нарастают вверх всей своей верхней поверхностью, так как сверху постоянно приращивается новая ледяная линза.

Так происходит в течение ряда лет, до тех пор, пока не будет достигнут предел изгиба слоев грунта в полигонах, т.е. предел искривления их внешних краев: дальше между льдом и грунтом уже не будет образовываться пустое пространство, которое могло бы заполняться льдом, и поверхность жилы останется на одном уровне.

Полигональные впадины заболачиваются, заполняются торфом и илом, на валиках же прироста осадков почти нет. Поэтому происходит выравнивание поверхности террасы. Если дальше осадконакопления не происходит, то всякий рост ледяных жил останавливается. Если же выровненная поверхность полигонов и валиков вновь перекрывается новым слоем ила, и в нем вновь образуются трещины, весь цикл описанных явлений повторяется, и ледяная жила продолжает нарастать вверх.

Так, накопление осадков создает субстрат для возникновения трещин и предопределяет возможность роста ледяных жил. Впоследствии, нарастая, жилы сами лишают себя возможности дальнейшего роста, так как «вылезают» из осадков. Заторфованность полигонов - следствие развития морозобойных трещин и накопления жильного льда, которое, в свою очередь, есть косвенное следствие накопления осадков внутри полигонов. Вот почему линзы торфа и минерального грунта последовательно и закономерно чередуются в разрезах между жилами мощного трещинного льда, который может развиваться только в условиях пойм с интенсивным накоплением осадков.

Теперь нам понятно образование «земляных» столбов в мощном ископаемом льде. Они представляют собой осадки пойменных полигональных впадин, отлагавшиеся рядом с растущими ледяными жилами.

Находки мамонта в Сибири встречаются именно в «земляных» слоях, заключенных во льду. Зная условия обитания мамонтов, теперь можно подойти к разрешению вопроса о причинах, обусловивших длительное сохранение в мерзлоте остатков этого четвертичного слона. Гипотезы, рассматривающие консервацию мамонтов вследствие катастрофических и случайных явлений (К.А. Воллосович и др.), не были в состоянии объяснить их приуроченность к ископаемому льду и соответствующим отложениям. Между тем, находки мамонта в пойменных отложениях речных долин естественны и закономерны.

Известно, что мамонты обитали как в лесной, так и в тундровой зоне. Эти травоядные животные предпочитали пойму, с ее сравнительно обильным травостоем. Полигональная поверхность пойм в тундре представляла наиболее благоприятные условия летнего местопребывания мамонтов: травяная растительность на валиках, питательная, слаборазложившаяся торфяноиловатая масса в западинах полигонов, присутствие пойменных водоемов - озер и болот (рис. 3). Нередко мамонт погибал именно здесь. Однако мерзлое состояние туш мамонта большую часть года, низкая температура воды в полигональных болотах и озерах летом, а также анаэробная среда обусловливали весьма медленное разложение, которое полностью приостанавливалось по мере накопления осадков и мерзлоты, охватывавшей остатки животного. Исследование скорости накопления осадков на современной полигональной пойме вполне допускает медленный занос осадками и консервацию мерзлотой мамонтов на многие тысячелетия.

Теперь понятно, почему часто находят в мерзлоте остатки мамонта и носорога с мягкими тканями, но очень редко находят в подобном состоянии их современников - бизонов, мускусных быков, лошадей, северных оленей и других животных, связанных с иными условиями местообитания.

Ссылка на статью:

Попов А.И. Происхождение ископаемого льда // Природа, 1956, № 1, с. 95-97.