Глазами геолога

Вечная мерзлота

Очень привычные слова — «вечная мерзлота». Простые и звучные. Однако многим мерзлотоведам — специалистам по мерзлоте — эти слова определенно не нравятся.

Во-первых, никакая она не «вечная». За миллионы лет она передвигается по Земле и временами пропадает совсем.

Во-вторых, она и не «мерзлота». Что понимать под этим словом? Сама по себе мерзлота — штука неопределенная, подобно теплоте, сырости, светлоте. Ученому такие слова бесполезны. Они не раскрывают облик природных сил, веществ или тел.

Но, конечно, суть не в названиях. Можно придумать любые красивые слова (чем плохо «вечная мерзлота»?) и договориться между собой, что под этим подразумевается. Тем более, другие названия, при всей своей точности, могут оказаться слишком длинными и замысловатыми (скажем, не вечная мерзлота, а многолетнемерзлые горные породы).

Спор об этих названиях длится полвека! Коснулся я его только затем, чтобы показать, с чего начинаются споры мерзлотоведов. А споры начинаются с самого начала науки.

Неспециалистов это часто раздражает. Напридумали, мол, сотни наук, а в них сотни названий, и сами не могут разобраться. Однако виноваты тут не ученые, а наша родная Земля, которая почему-то устроена чрезвычайно сложно.

Взять, к примеру, холод и тепло. Есть много различных температурных шкал. В нашей стране принято пользоваться шкалой Цельсия, хотя ученые почти всех специальностей предпочитают так называемую шкалу абсолютных температур, которую обосновал Кельвин.

Измеряя температуру вещества, мы определяем, по сути дела, активность его атомов. Чем активнее атомы, тем сильнее они нагревают термометр (или любое тело). При абсолютном нуле температур атомы, просто говоря, замирают (на самом деле это не совсем так). Они словно впадают в зимнюю спячку.

Цельсий принял за нуль температуру замерзания воды. С таким же успехом можно принять температуру кипения воды, замерзания ртути, или спирта, или кварца — не все ли равно? Все вещества равноправны.

Теоретически это верно. Если не учитывать жизнь Земли. Но геолога интересует именно жизнь Земли — не просто свойства разных соединений. А вода на Земле — одна из четырех великих сил, которые перерабатывают космическую энергию (в основном солнечные лучи) на «нужды планеты».

Четыре великие силы: воздух — вода — живое вещество — техника.

И между прочим, все они связаны между собой, в особенности первые три.

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов, Нет земного вещества — минерала, горной породы, живого тела, — которое бы ее не заключало. Все земное вещество — под влиянием… ее вездесущности в верхней части планеты — ею проникнуто и охвачено».

Так писал Владимир Иванович Вернадский — один из величайших ученых. Он посвятил специальную книгу геологическому описанию воды (самого распространенного и, пожалуй, самого загадочного минерала Земли). И привел в этой книге отрывки из стихотворения П. Драверта:

В пространстве мировом среди метеоритов…
Извечно носятся, блуждая, глыбы льда…
Порой один из них, в бессменности движенья,
Скрестит свои пути с орбитою земной…
И примем мы потом в плодах земли родной
Частицы влажные исчезнувших миров.

В начале нашего века, когда писалось это стихотворение, в Германии существовало что-то вроде секты «льдопоклонников». Люди верили в необычайное космическое значение льда, считали, что и Луна — изо льда, и падающие звезды тоже…

Среди ученых до сих пор немало «льдопоклонников». Они не имеют ничего общего с германской сектой. Они даже не стараются преувеличивать значение льда в природе. Его значение и без того очень велико.

Четвертая часть поверхности планеты — во власти «вечной мерзлоты». А в нашей стране доля эта достигает 48 процентов. Почти полстраны!

Переход воды в лед мы, жители средних широт, наблюдаем ежегодно зимой. Мы настолько к этому привыкли, что почти не обращаем внимания на множество «зимних» изменений природы. А ведь зимняя страна, по сути дела, очень мало напоминает летнюю. Морозная погода. Холодное солнце. Замершие голые деревья. Исчезнувшие ручьи и трава. Застывшие реки и озера. Изменившийся рельеф: кочки, овраги, холмы…

Но это — волшебство всего лишь небольшого Морозика. Он недолго гостит в наших краях и пропадает почти бесследно.

А есть могучие Морозы, которые властвуют на огромных просторах полярных стран. Они сковывают холодом горные породы на большие глубины и превращают здесь воду на многие века в лед. Это — хозяева «вечной мерзлоты». Лишь летом они идут на уступки и отдают во власть воды и солнца верхний тонкий слой Земли.

А еще бывает великий Морозище. Он приходит на Землю изредка. Зато на многие тысячелетия. И тогда полярные и горные льды начинают пухнуть, как подымающееся тесто, и расползаться на огромных территориях…

Бывали геологические эпохи, когда на Земле, да и то лишь у полюсов, встречались только Морозики. А вот в наше время, за последний миллион лет, наступила пора Морозища. Он за этот срок не раз приходил и уходил (такое случалось и в некоторые былые эпохи).

Если судить по шкале абсолютных температур — экая беда! Была где-то в один год средняя температура +278 градусов, в другой +273 градуса, а в третий +268 градусов. Ну и что особенного?

А особенного так много, что пришлось обособить специальную науку — мерзлотоведение, которую называют еще «геокриологией» («криос» — «лед»). Ее-то и интересует, что же происходит, когда вода на земле или под землей на долгое или короткое время обращается в лед, а горные породы охлаждаются ниже нуля.

Наука эта занимается не только полярными странами. Многие горы в тропиках круглый год не снимают своих снеговых шапок. А еще выше снег витает в воздухе — здесь тоже продолжается область «вечной мерзлоты». Получается нечто вроде особой геосферы. Ее обычно так и называют — криосфера.

Нижняя граница криосферы в районе полюсов спускается на несколько сот метров ниже поверхности Земли. К югу она поднимается ближе к поверхности, и где-то возле шестидесятых широт она вовсе пропадает.

Южнее, почти до самых тропиков, почва промерзает только в холодное время года. А в тропической зоне криосфера касается Земли лишь на высоких горах.

О происхождении криосферы, причинах ее устойчивости и значении в жизни Земли почти ничего не известно.

Это может показаться странным. Неужели нам плохо известен лед? Или недавно узнали ученые о вечной мерзлоте? Или так уж недоступна эта криосфера?

Ни то, ни другое, ни третье. Лед более или менее изучен. О мерзлоте известно два с половиной века. Криосфера значительно более доступна, чем стратосфера или мантия Земли.

Морозный панцирь Земли — криосфера.

Трудно изучать криосферу по другой причине. Мерзлые горные породы — только часть ее. В нее входит частично и гидросфера, и часть атмосферы, и земной коры. Криосфера разнородна и пронизывает другие сферы. О существовании ее — особой оболочки планеты — ученые узнали только лишь полвека назад. К тому же она пульсирует из года в год, из века в век, от эпохи к эпохе. Исследователям она бережет множество сюрпризов.

Трудно сказать, что особенного происходит в воздушной части криосферы. А уж на Земле определенно происходит множество любопытнейших явлений.

Все они так или иначе связаны с водой, превращенной в лед. Такое превращение напоминает застывание жидкой вулканической лавы.

В криосфере лед — один из главных кристаллических минералов. Он входит в состав многих, почти всех горных пород. Во всяком случае, проникает по трещинам сквозь всю криосферу. Возле земной поверхности он расплавляется солнцем в недолгое северное лето.

Вода, подобно магме, вторгается в пласты горных пород, насыщает их и, застывая, образует льдистые слои разной толщины и протяженности.

Лед заполняет трещины, как любой жильный минерал.

Временами вода по трещинам поднимается к самой поверхности Земли и застывает здесь, расширяясь при охлаждении. В таких местах постепенно образуются крупные бугры — лакколиты. Они почти точно копируют каменные лакколиты, возникающие при застывании линз магмы на небольшой глубине.

Там, где по трещинам-жерлам вода изливается на поверхность и замерзает наледью, возникает некоторое подобие вулкана. И даже взрываются иногда наледи, подобно некоторым вулканам.

Снег падает на землю так же, как в воде оседают частички песка, пыли, остатков жизни. Кое-где он наслаивается, из года в год (в Антарктиде, Гренландии, на горных ледниках). И тогда образуются толщи этой горной породы мощностью до нескольких километров!

Чем выше слой снега, тем сильнее он сдавливает нижние снежные пласты. Происходит процесс метаморфизма снега. Превращается снег в зернистый плотный фирн. Ниже он еще больше уплотняется, становясь фирновым льдом и, наконец, кристаллическим льдом.

Метаморфозы снега, как и метаморфозы других горных пород, происходят при обязательном участии подземных вод и водяных паров. И, как у всяких метаморфических пород, с глубиной возрастают размер и плотность кристаллов льда.

На километровой глубине лед под огромным давлением уже не может оставаться крепким. Он начинает течь, как вязкая смола. Поэтому ледниковый покров не может быть слишком высоким. Чем больше льда, тем сильнее он давит на нижние слои, тем пластичнее они становятся и быстрее растекаются. Чем больше снега падает на ледник, тем быстрее ледник движется.

Криосфера охватывает всю Землю своими ледяными объятиями. Она непрестанно пульсирует, словно живая оболочка. Даже в настоящее мгновение она в одних местах отступает, сужается, а в других охватывает новые территории.

Она подчиняется прежде всего Солнцу. Там, где наше светило «косо взглянет» на Землю; там, где лучи его отражают облака или снег; там, куда не доходят испарения океанов, несущие солнечное тепло, в то время, когда Земля отдаляется от Солнца или сама звезда начинает чуть-чуть «мигать», ослабляя силу своих лучей, криосфера начинает раздуваться. А под жарким солнечным оком она робко съеживается, отступает.

Следы былых наступлений криосферы встречаются почти повсюду в средних широтах, а то и в тропиках. Здесь верхние слои горных пород испытали на себе власть мороза, а часть их образовалась под непосредственным действием ледников и талых ледниковых вод.

Последний ледниковый период — четвертичный — продолжается миллион лет. Мы живем в этом периоде, в эпоху потепления, сужения криосферы. И — по странному совпадению! — именно в четвертичном периоде наши обезьяньи предки с удивительной быстротой (что такое миллион лет в геологической истории?!) превратились в нас, в людей разумных и созидающих (Homo sapiens faber).

Можно сказать, криосфера вынянчила людей и воспитала их. И пусть она казалась людям порой злой мачехой, однако мы, возможно, ей многим обязаны.

Ледниковую эпоху изучает очень интересная наука — четвертичная геология. И мерзлотоведение связано с ней.