Многолетняя мерзлота - это явление промерзания земной коры на значительную глубину, при этом мерзлое состояние многолетнемерзлых горных пород длится годы, века и тысячелетия. Толщи промороженных пород, имеющие нулевую или более низкую температуру, образуют криолитозону.
У поверхности земли лежат сезоннопротаивающие (подстилаемые мерзлыми толщами) и сезоннопромерзающие (подстилаемые не мерзлыми породами) слои. При промерзании горных пород вода в них превращается в лед. При этом, и при последующем оттаивании рыхлые породы (глины, пески) резко меняют свои физико-механические свойства, а также развиваются разнообразные мерзлотные (криогенные) процессы и явления. Из последних практически наиболее значимы пучение грунтов и выжимание из земли мелких предметов, формирование бугров пучения и залежей подземного льда, морозное трещинообразование, развитие термокарста, провалы и просадки поверхности при оттаивании мерзлых толщ.
Многолетнемерзлые толщи, почти повсеместно сливающиеся с сезоннопротаивающим слоем, распространены на всей территории Якутской АССР. Характер распространения и другие особенности мерзлой толщи в общих чертах отражают широтную географическую зональность, в горных районах существенно осложненную высотной поясностью, и различны в разных геоструктурных регионах. Это обусловило резкие различия криолитозоны Западной - платформенной и Восточной - горно-складчатой частей Якутии.
Условия промерзания, мощность и температурный режим криолитозоны определяются в основном тремя группами факторов; 1) радиационно-тепловым балансом поверхности Земли и нижележащих слоев, условиями теплообмена их с атмосферой; 2) теплообменом мерзлых толщ с поверхностными и подземными водами; 3) тепловым потоком из недр Земли.
До глубин порядка 100 метров особенности развития и температура мерзлых толщ отражают современные физико-географические и климатические условия. Глубже большое значение приобретают воздействие подземных вод, региональные изменения теплового потока из недр Земли, геоструктурные факторы, а также результаты изменений палеогеографической обстановки. Периодические колебания климата влекут изменение состояния мерзлых толщ на глубину от 30-40 до 200-300 метров, в зависимости от продолжительности периода.
Возраст многолетней мерзлоты, длительность пребывания мерзлой толщи непрерывно в мерзлом состоянии в Якутии в основном оценивается цифрами от 300 тыс. до 1 млн. лет. Лишь в районах островной криолитозоны он снижается, вероятно, до 10 тыс. лет и менее. Наряду с этим есть участки, где мерзлые толщи промерзли 100-200 лет тому назад и образуются в наше время при промерзании таликов.
На большей части территории Республики Саха многолетнемерзлые толщи непрерывны по площади, сквозные талики встречаются обычно только под крупными озерами и реками или возникают вследствие воздействия подземных вод. На юго-западе республики имеет место прерывистая и островная криолитозона. Вероятно, здесь мерзлые толщи полностью оттаивали в эпоху климатического оптимума голоцена (начало 8-10 тыс. лет тому назад). Значительная прерывистость криолитозоны дает возможность маневра, позволяет размещать объекты хозяйственного освоения на участках без мерзлых толщ.
Степень прерывистости криолитозоны, которую определяют в основном условия развития таликов, их приуроченность к определенным формам и элементам рельефа или к типу горных пород и мощность мерзлых толщ относительно хорошо соотносятся между собой.
Для каждой зоны характерны свои пределы наибольшей мощности мерзлых толщ в типичных зональных условиях, которые (пределы) могут отмечаться в любом районе зоны. Фактическая мощность мерзлой толщи внутри каждой зоны значительно меняется даже на небольших расстояниях, уменьшаясь до нуля вблизи таликов.
Наиболее контрастны мерзлотные условия в поймах больших рек, где обнаруживаются как мерзлые толщи с температурой порядка -1С, мощностью в десятки метров, так и максимальная для района мощность криолитозоны с низкой температурой. В центральной части куполовидных тектонических поднятий в среднем течении р. Вилюй мощность криолитозоны 400-475 метров, а на их периферии, с удалением на 3-8 километров, возрастает до 670 метров.
В Восточной Якутии мощность криолитозоны в общем меньше, чем в Западной, в связи с увеличением теплового потока из недр Земли в горноскладчатой стране, а отчасти - в связи с особенностями климата. На арктических низменностях мощность мерзлой толщи, вероятно, не намного превышает 700 метров. В горных районах, возрастая с высотой местности, мощность криолитозоны превышает 700 метров только на самых высоких горных массивах, иногда приближаясь к 1000 метров.
Небольшая мощность и прерывистость мерзлой толщи в районе устья р. Вилюй связаны с тектонической структурой и интенсивной циркуляцией подземных вод. Как отепляющий фактор здесь действовала также широкая миграция рек Лены и Вилюя.
В Западной Якутии, в верховьях р. Марха отмечена наибольшая для континентов Евразии и Америки мощность, криолитозоны - 1500 метров.
Температуру грунтов и глубину сезонного протаивания и промерзания определяет один и тот же комплекс факторов - современные климатические и местные условия (тип грунта и растительности, увлажненность, рельеф и т, п.). Зона - территория, в пределах которой глубины сезонного протаивания одинаковы или близки в аналогичных местных условиях и не выходят за определенные пределы наибольшего многолетнего максимума, причем экстремальные значения могут наблюдаться в любой части зоны. В качестве подзон выделены территории, на которых глубины сезонного протаивания существенно изменяются (по сравнению с зоной) только в некоторых условиях.
Для характеристики зоны по глубине сезонного протаивания фактические данные систематизированы по типам покровных грунтов, что удобно для практического использования этих данных. На однотипных грунтах глубина сезонного протаивания уменьшается с увеличением густоты растительности, напочвенного покрова, увлажненности и других факторов. Амплитуда многолетних колебаний глубины сезонного протаивания в разных местных условиях различна и изменяется от 10-20 до 40-60 сантиметров, а на песках и более.
Наибольший максимум глубины сезонного протаивания определен по наблюдениям за 30-50 лет. Он может быть принят как расчетная величина при инженерных и проектных работах. При технико-экономическом обосновании мелиоративных и иных земляных работ следует учитывать также многолетние наименьшие и наиболее обычные максимумы сезонного протаивания. Глубина сезонного протаивания на сельскохозяйственных угодьях близка к наибольшему максимуму и зависит от приемов агротехники.
В Центральной Якутии сезонное протаивание начинается в конце апреля, достигая максимума к концу августа. В октябре идет промерзание одновременно сверху и снизу, промерзшие слои смыкаются в конце ноября-декабря примерно на глубине 0,7-0,8 от мощности протаившегося слоя.
Сезоннопромерзающие слои над таликами промерзают за зиму на глубину от 230-350 сантиметров на суглинках, до 350-700 сантиметров на песках.
В Западной Якутии выделяется обширная область широкого распространения в криолитозоне соленых подземных вод и рассолов, имеющих отрицательную температуру (криопэги). Они встречаются на глубинах 200-400 метров и более. Пресные подмерзлотные воды, пригодные для водоснабжения и имеющиеся в других районах Якутии, в этой области обычно не встречаются. Маломощные криопэги имеются местами на низких террасах р. Лены, например, в районе Якутска.
Мерзлым толщам свойственно наличие в них подземного льда различных генетических типов и форм залегания. Лед - цемент между частицами рыхлых пород и сегрегационные льды, имеющие форму небольших прослоек, а также лед, заполняющий трещины в скальных и полускальных породах, распространены в той или иной степени повсеместно.
На карте выделена территория широкого распространения ледового комплекса - суглинки, супеси, заиленные пески, пронизанные мощными полигональными решетками субвертикальных жил повторножильного льда, образующегося в связи с морозобойным трещинообразованием и залегающего с глубины 1-2,5 метров, Расстояние между жилами льда порядка 10 метров, ширина их от 0,5 до 5-10 метров и более, размер по вертикали от 5-7 до 40-50 метров и более. На этой территории развиты термокарстовые явления и аласные котловины. При хозяйственном освоении здесь нередко интенсивно развивается термокарст, просадки поверхности земли.
В отдельных пунктах Якутии известны гольцовые и пещерные льды, а также пластовые залежи подземного льда, однако для характеристики их регионального распространения данных нет.
На равнинах Якутии, реже - в долинах горных районов, встречаются многолетние бугры пучения - булгунняхи - с ледяным ядром из инъекционно-сегрегационного льда мощностью обычно 5-15 метров. Булгунняхи образуются в пересыхающих и промерзающих озерных котловинах и могут быть использованы для временного водоснабжения небольших хозяйств или устройства подземных холодильников.
Наледи (тарыны) многочисленны в долинах горных районов Восточной и Южной Якутии. Часть из них образована подрусловыми водами, часть - подземными подмерзлотными водами. Последние достигают наиболее крупных размеров. За зиму в наледях накапливаются десятки и сотни тысяч кубометров льда, в наиболее крупных объем льда достигает 10-12 млн. кубометров воды и лед наледей можно использовать для водоснабжения.
Водоносные талики под руслами, на поймах и низких террасах крупных и средних рек, выявленные в Восточной и Южной Якутии имеют глубину залегания от нескольких метров до десятка метров
Размеры таликов, запасы воды в них и производительность изменяются в широких пределах, уменьшаются зимой, но нередко удовлетворяют потребность в воде относительно крупных населенных пунктов. Подрусловые воды р. Лена используются для водоснабжения Якутска. В Центральной и Западной Якутии аналогичные водоносные талики встречаются только на относительно крупных реках с постоянным стоком.
Водоносные остаточные подозерные талики в сухих и полусухих аласных термокарстовых котловинах весьма разнообразны по водоотдаче слагающих отложений, запасам и качеству воды, нередко имеющей повышенную минерализацию. Некоторые из них используются и обеспечивают водою небольшие населенные пункты.
Водоносные талики в песчаных массивах и тукуланах частично связаны с близлежащими озерами, но развиваются и независимо от них. Вода таких таликов обычно пригодна для водоснабжения, запасы воды обеспечивают водопотребление небольших населенных пунктов. Талики песчаных массивов перекрыты сезоннопромерзающим слоем или многолетнемерзлой толщей незначительной мощности. Местами воды этих таликов используются путем сооружения неглубоких колодцев.
Многолетняя мерзлота и явления, связанные с нею, накладывают отпечаток на всю природу Якутии и имеют огромное инженерно-геологическое значение. Всесторонний учет воздействия многолетнемерзлых толщ и криогенных явлений на различные хозяйственные объекты необходим для успешного безаварийного строительства сооружений любого рода, мели-орации и освоения новых сельскохозяйственных угодий.
