При исследовании вечной мерзлоты, площадь которой в Советском Союзе составляет около 48% территории, большого внимания заслуживает изучение термокарста, встречающегося в районах распространения многолетнемерзлых пород. Вытаивание льда из мерзлых пород приводит к образованию на земной поверхности просадочных форм рельефа. В работах рассматривается главным образом проявление термокарста на суше, где исследователь может наблюдать и изучать его непосредственно, а также с помощью крупномасштабных аэрофотоснимков. В условиях морского дна возможности таких исследований несравненно более ограничены. Здесь основным источником изучения термокарста могут служить профили дна, получающиеся на ленте самописца эхолота.

Такого рода профили были получены в результате гидрографических исследований моря Лаптевых (рис. 1), где хорошо выражены термокарстовые формы рельефа дна.

В литературе нет прямых указаний, можно ли отнести грунты арктических морей к многолетнемерзлым породам. О районе моря Лаптевых известно, что обширная территория, омываемая его водами, относится к области многолетнемерзлых пород значительной мощности (400-500 м и более). По-видимому, вечная мерзлота встречается не только по береговой линии, но и на морском дне, притом на значительных расстояниях. Интересно, что в августе 1963 г. во время отлива и при сильном сгонном ветре на осушке в мористой части дельты р. Лены (в районе о. Дунай) мерзлый слой в иловатых песках был обнаружен на глубине 0,5-0,6 м, а ближе к берегу - на глубине 0,3-0,4 м. Аналогичные наблюдения были выполнены в 1960 г. в бухте Мира (о. Новая Сибирь). Во время сгона здесь ширина осушки достигает нескольких километров. По измерениям в шурфе мощность протаивающего слоя составляет 0,6-0,8 м. Под ним залегает мерзлый илистый песок и серые линзы льда. В прибрежной зоне под действием прогретых поверхностных вод глубина оттаивания больше. В работах П.К. Хмызникова [1934] и Н.Ф. Григорьева [1952] имеются указания на существование мерзлых грунтов дна на баре. Н.Ф. Григорьевым в протоке Правой р. Яны (глубина дна 2 м) были пробурены две скважины. В одной из них вечная мерзлота прослеживалась на горизонтах от 0,60 до 1,85 м, в другой - до 3,75 м. При дальнейшем углублении в скважины прорвалась вода, поэтому дальше бурить было бесполезно. Минимальная температура на горизонте 1,5 м составляла -2°.

При гидрографических исследованиях в проливе Дмитрия Лаптева (1958-1959 гг.) и к северо-востоку от дельты Лены (1963 г.) в пробах (до 50 см), взятых с помощью геологических трубок, неоднократно встречались вкрапления льда и мерзлого грунта. Такие вкрапления льда попадались в виде почти правильных призм длиной в несколько миллиметров. Мерзлый грунт обнаружен большей частью в илах и песчанистых илах зеленовато-серого цвета.

О мерзлых грунтах под небольшим слоем осадков на дне восточных районов моря Лаптевых свидетельствует и то, что во время сильных ветров суда дрейфуют здесь даже при двух отданных якорях, которые скользят по твердому грунту. Когда якорь отдается на небольших глубинах, то слышен даже удар при падении его на такой грунт. Вероятность выхода скальных пород на дне рассматриваемых районов моря исключена.

При изучении профилей дна по батиграммам выявились различные формы проявления термокарста. Для систематизации имеющихся данных по типам просадочных форм рельефа морского дна целесообразно классифицировать их, руководствуясь внешним видом профилей, которые должны соответствовать типам мерзлых грунтов различного происхождения. (Употребляемые здесь применительно к морскому дну термины «просадочные» или «провальные» формы рельефа нельзя считать удачными, поскольку о карстовых образованиях на морском дне можно говорить только условно, так как это, по сути, некарстовые, а мерзлотные образования. Прим. ред.). Согласно классификации подземных льдов П.А. Шумского [1955], которую можно распространить и на подводные мерзлотные образования, на дне моря Лаптевых чаще всего встречаются:

1. Повторно-жильные льды, наиболее мощные и залегающие близко к поверхности дна.

2. Льды сегрегационные и лед-цемент.

О существовании подводных мерзлотных образований других типов по имеющимся материалам пока судить трудно.

По-видимому, реликтовые наземные мерзлые грунты приведенных двух типов, оказавшиеся залитыми холодными морскими водами, в дальнейшем при изменении условий теплообмена или в результате механического воздействия вод обусловливают подводные термокарстовые явления.

«Провальные» образования на дне моря Лаптевых обнаружены в его восточной части. Обычно промерные галсы в гидрографических исследованиях осуществляются перпендикулярно общему направлению изобат, поэтому последние при морском промере пересекаются судном приблизительно под прямым углом.

«Просадка» подводного мерзлого грунта особенно заметна там, где лед залегал под тонким слоем осадков. На рис. 1 показан снимок с батиграммы, на которой эхолот НЭЛ-5 зафиксировал участок морского дна со многими следами проявления подводного термокарста. На ленте изображен участок дна длиной 700 м, где отчетливо видны четыре «провальных» образования. При скорости судна 10 узлов вертикальными линиями на указанном профиле отмечены 2-минутные интервалы; по вертикали 4 мм соответствуют 1 м глубины. Максимальная ширина «просадки» А составляет около 290 м, углубление - 4 м, ширина «просадки» Б - 110 м, углубление - 4 м. По бортам всех депрессий наверху отчетливо видны валики высотой от десятков сантиметров до 1 м.

При промере плоских и пониженных участков моря Лаптевых лучше всего выявились «просадочные» формы рельефа. В таких местах, по-видимому, наиболее распространены повторно-жильные льды. Особенно характерно протаивание донных льдов в виде типичного клина. В этих случаях размеры просевших участков, очевидно, эквивалентны количеству вытаявшего льда. Такого рода мезо-формы рельефа на дне моря образуются, вероятно, по аналогичной схеме, предложенной С.П. Качуриным [1961] для провальных форм в условиях суши. В первой стадии лед только начинает таять и слой сезонного протаивания достигнет лишь поверхности ископаемого льда. Во второй стадии, когда таяние распространилось на ледяной клин, началась просадка. В последней стадии вытаивает весь ледяной клин.

Аналогичным образом происходит «просадка» на дне моря. Правда, на батиграммах нельзя проследить первую стадию, но вторая стадия выражена отчетливо. Различные особенности «просадки» на дне моря видны на рис. 1 и еще более отчетливо на рис. 2. На рис. 2 хорошо виден полигональный профиль с вытаивающим клином ископаемого льда. Ширина клина в верхней части равна 135 м, глубина - 10 м, высота бортиков - 2 м. Судя по резко очерченным формам можно предполагать, что вытаивание его еще не закончилось (вторая стадия). Правее видны еще два термокарстовых клина с расстояниями между ними 300-400 м.

На рис. 3, А изображен профиль с уже вытаявшим ледяным клином, склоны оставшейся от него депрессии стали более пологими, бортовые валики почти размыты. Дальнейшую стадию выравнивания такого рода образований иллюстрирует рис. 3, Б. На основании этих примеров заиление дна в море Лаптевых летом идет интенсивно и потому микрорельеф здесь подвержен быстрому выравниванию.

Внешний вид рассмотренных депрессий в виде клиньев с валиками у бортов позволяет отнести термокарстовые проявления такого рода к полигональным образованиям, возникшим в результате протаивания повторно-жильных льдов. Судя по многочисленным записям на батиграммах, морфологические элементы образований этого типа представляются в виде западин и полос депрессий, находящихся в различных стадиях вытаивания. В большинстве случаев «провалы» разделены валиками, их полосы образуют квадраты или расположены в шахматном порядке.

На дне моря Лаптевых термокарстовые формы рельефа распространены на значительных площадях. Здесь удалось выявить два района, в которых такие образования наиболее развиты. Подземные льды распространены повсеместно на Новосибирских островах. На островах, расположенных в дельте Лены, известны бесчисленные озера, которые можно отнести к термокарстовым образованиям. Распространение их можно проследить и в прилегающих районах морского дна.

Все рассмотренные формы термокарстового рельефа удалось выявить в восточных районах моря Лаптевых. Характерно, что такие формы рельефа лучше всего выражены на глубинах моря более 10-15 м. Это можно объяснить тем, что в прибрежной полосе моря Лаптевых в пределах изобат 10-15 м отлагаются осадки крупных фракций, образующие слой более значительной толщины. На больших глубинах вытаивание мерзлых грунтов, прикрытых менее толстым слоем осадков мелких фракций, идет значительно интенсивнее, в чем легко убедиться при анализе термокарстовых форм рельефа в дельте Лены и к западу от Новосибирских островов. В первом случае они более сглажены, выровнены и мельче, чем во втором.

Теперь следует поставить вопрос, относятся ли такие формы термокарста к современным образованиям или их следует считать древними, т.е. относящимися ко времени, когда современное дно моря Лаптевых было сушей? Отнести эти формы микрорельефа к современным образованиям позволяет то, что гидрографическими исследованиями достаточно четко выявилось затопленное русло одной из проток Лены, которое почти полностью заполнено прибрежно-морскими отложениями. На батиграмме наглядно вырисовывается левый пологий и правый, еще не совсем снивелированный обрывистый берег этой протоки; максимальная глубина погруженного русла у правого берега составляет 12 м, ширина русла - 4,5 км.

Хотя простирание термокарстовых образований в условиях морского дна по эхолотной съемке с недостаточно частыми галсами промера определить очень трудно, все же на соседних галсах по очень схожим профилям можно попытаться сделать это в первом приближении. Расстояние между галсами в данных случаях выдерживалось с интервалами в 0,5-1 км. По многочисленным данным удалось подметить несколько особенностей, характеризующих расположение и простирание отдельных образований. В районе дельты Лены они в большинстве случаев простираются параллельно общему направлению изобат. Внешнее сходство профилей, как правило, прослеживается на трех-четырех соседних галсах. Таким образом, длина депрессий получается равной 3-4 км. Далее они или исчезают или принимают другую форму. В первом случае это можно объяснить изменением простирания, а во втором случае происходит некоторая перестройка естественной формы профиля.

В этом районе на морском дне удалось проследить несколько термокарстовых депрессий. Одна из них наиболее хорошо выраженная, длиной 7 км показана на рис. 4. На каждом из семи галсов, по которым судно под разными углами пересекало термокарстовую депрессию, довольно наглядно видны ее «клинья» со средней шириной 135 м и углублением до 4-6 м. Некоторые из этих профилей несколько отличаются друг от друга только потому, что они получены посредством эхолотов разных марок и при пересечении профилей под разными углами.

Более сложную картину рисуют записи на эхограммах термокарстовых образований в районе Новосибирских островов. Их расположение в плане и виды профилей дают основание отнести их к тетрагональным и полигонально-валиковым формам термокарста. Поражают огромные размеры квадратов, которые получаются в плане, если проэкстраполировать полученные направления. В этом районе при определении направлений, в которых простираются термокарстовые образования, за эталон принималась ширина клиньев 80-150 м и углубление 2-4 м. Они в основном находятся на глубинах 35-40 м.

Рассмотренные типы микрорельефа морского дна по своему генезису, по-видимому, аналогичны полигонально-тетрагональным формам рельефа суши. Обращает внимание значительная углубленность и протяженность таких форм рельефа морского дна. Впрочем, они свойственны подобным же образованиям и на суше. В этом можно убедиться при анализе поверхности полигональных тундр по материалам аэрофотосъемки масштабов 1:5 000, 1:10 000, 1:30 000 и 1:60 000. Почти во всех районах полигональной тундры можно проследить большие трещины шириной 10-15 м (вместе с бортовыми валиками), около которых формируются прямоугольники со сторонами от 25x25 м до 50х100 м. На крупномасштабных снимках подобные трещины отчетливо прослеживаются на расстоянии до 1,5 км, а в пойме р. Колымы генеральные провалы по мере развития перерастают даже в боковые протоки длиной 2-3 км.

На снимках в масштабах 1:30 000 и 1:60 000 прямоугольники дешифрируются труднее, но и там, где хорошо развиты полигональные образования, отчетливо изображаются просадочные озера длиной 2,5 км при ширине 120-130 м, т.е. соразмерные подобным формам термокарстовых образований на дне моря. Глубина таких озер в тундре, судя по плотности изображения на снимках, достигает нескольких метров.

Простирание «просадок» на дне моря не всюду параллельно или нормально изобатам или береговой линии. На основании данных аэрофотосъемки это не является обязательным условием и на суше [Гусев, 1938]. Полигоны образуют очень сложную систему трещин; они пересекаются под различными углами. Это мнение разделяет и Б.Н. Достовалов [1952].

При гидрографических исследованиях на батиграммах было зафиксировано также много «просадок» глубиной 0,5-2 м и расстояниями между ними от 25 до 150 м. Подобные профили морского дна вполне соответствуют разрезу, который мысленно можно провести по суше, испещренной полигональными трещинами. Термокарстовые образования на дне моря, подобные озерным просадочным формам на суше, тоже неоднократно фиксировались на эхограммах, но их значительно труднее отличить от других понижений рельефа, поэтому в данной работе они не рассмотрены.

В течение большей части года в море Лаптевых температура морской воды на всех горизонтах отрицательная. Однако летом, особенно в годы с малой ледовитостью, положительные температуры отмечаются также на всех горизонтах. Система преобладающих течений создает благоприятный температурный режим в восточной части моря Лаптевых, куда поступают огромные массы теплых речных вод. Хорошо прогретые воды, образуя наиболее мощную ветвь теплого течения, направляются в сторону Новосибирских островов [Чаплыгин, 1963]. Перемешиванию теплых поверхностных и холодных донных вод способствуют штормы, вследствие чего термическое равновесие между грунтами и водами нарушается. Этим и обусловливается проявление термокарста в грунтах восточной части моря Лаптевых.

ЛИТЕРАТУРА 

1. Григорьев Н.Ф. Мерзлотно-геологические особенности северной части дельты реки Яны в районе устья протоки Правой. В сб.: «Исследования вечной мерзлоты в Якутской республике», вып. 3. М., Изд-во АН СССР, 1952.

2. Гусев А.И. Тетрагональные грунты в арктической тундре // Известия географического о-ва,. 1938, т. 70, вып. 3.

3. Достовалов Б.Н. О физических условиях образования морозобойных трещин и развития трещинных льдов рыхлых пород. В сб. «Исследования вечной мерзлоты в Якутской республике», вып. 3. М., Изд-so АН СССР, 1952.

4. Качурин П.А. Термокарст на территории СССР. М., Изд-во АН СССР, 1961.

5. Некрасов И.А. Геокриология - наука о мерзлых толщах земли // Природа, 1962, № 2.

6. Xмызников П.К. Гидрология бассейна реки Яны. Л., Изд-во АН СССР и Главсевморпути, 1934.

7. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М., Изд-во АН СССР, 1955.

8. Чаплыгин Е.И. О тепловом стоке течений моря Лаптевых // Труды ААНИИ. 1963. Т. 248. Л., изд-во «Морской транспорт».

Ссылка на статью:

Клюев Е.В. Проявление термокарста на дне моря Лаптевых // Проблемы Арктики и Антарктики. 1966. Вып. 23. С. 26-32.