Криолитозона

КРИОЛИТОЗОНА (мёрзлая зона литосферы) (от крио... и греческого λίθος – камень и ζώνη – пояс), верхняя часть земной коры с отрицательной температурой почв, отложений, горных пород, с наличием или возможностью существования подземных льдов; часть криосферы Земли. Термин предложен П. Ф. Швецовым в 1955 году. Криолитозона включает в себя мёрзлые горные породы, морозные горные породы и охлаждённые горные породы (ниже 0°С). Охлаждённые породы засолены или насыщены криогалинными водами (криопэгами). Выделяют криолитозону многолетнюю, время существования которой от нескольких лет до многих тысяч лет, и сезонную, образующуюся при сезонном промерзании пород. Многолетняя криолитозона подразделяется на субаэральную (криолитозона суши вне ледников), субгляциальную (криолитозона под ледниками) и субмаринную (криолитозона под акваторией морей и океанов).

Многолетняя субаэральная криолитозона совпадает по площади с областью многолетней мерзлоты (областью развития многолетнемёрзлых горных пород) на суше. Распространена главным образом в Северном полушарии Земли; занимает около 25% суши, 70-75% территории Российской Федерации (что составляет около 10,5 миллионов км²). В Европейской части России она развита только в тундре и лесотундре; от Кольского полуострова её южная граница идёт к устью реки Мезень и далее почти по Северному полярному кругу до Урала, где поворачивает на юг и спускается примерно до 60° северной широты. В Западной Сибири граница криолитозоны имеет широтное положение до реки Енисей; вблизи реки Подкаменная Тунгуска она поворачивает на юг и проходит по правобережью реки Енисей. К востоку от Енисея криолитозона распространена на преобладающей части территории, исключая юг полуострова Камчатка, остров Сахалин, Приморье и некоторые другие районы. Субаэральная криолитозона подразделяется на 2 геокриологические зоны – южную (островного и прерывистого распространения многолетнемёрзлых пород) и северную (сплошного распространения). На равнинах и плоскогорьях с юга на север среднегодовая температура многолетнемёрзлых пород у подошвы слоя сезонных колебаний температур (t_cp) понижается. В южной зоне в северном направлении площади субаэральных таликов (главным образом радиационно-тепловых) сокращаются, мощности многолетнемёрзлых пород, имеющих позднеголоценовый возраст (4,5 тысяч лет и менее), увеличиваются от 10 до 150-200 м. В северной зоне, где талики имеются только под водоёмами, водотоками и в местах разгрузки подземных вод, мощности многолетнемёрзлых пород изменяются от 300-400 до 1500 м и более, их возраст плейстоценовый (от 18 тысяч лет и более). В пределах южной и северной геокриологических зон также существенно различается строение криолитозоны. В северной зоне в её вертикальном разрезе, как правило, выделяются ярусы мёрзлых, морозных и охлаждённых пород. В южной зоне криолитозона обычно состоит из яруса многолетнемёрзлых пород, которые на побережье Северного Ледовитого океана содержат линзы охлаждённых пород с криопэгами; многолетнемёрзлые породы подстилаются слоем охлаждённых отложений.

В пределах равнин толщи многолетнемёрзлых пород представлены дисперсными континентальными, морскими, ледово-морскими и ледниковыми эпикриогенными породами различной льдистости, которые перекрыты синкриогенными высокольдистыми континентальными отложениями. Часто в пределах северной геокриологической зоны многолетнемёрзлые породы содержат мономинеральные залежи различных по генезису подземных льдов. Площадь распространения синкриогенных высокольдистых отложений, их мощность и льдистость увеличиваются к северу, где выделяются отложения «ледового комплекса», объёмная льдистость которых достигает 90-95%. «Ледовый комплекс» включает мощные сингенетические повторно-жильные льды, содержит многочисленные остатки ископаемых млекопитающих «мамонтового комплекса» (мамонтов, шерстистых носорогов, овцебыков, лошадей, северных оленей и др.), а также горизонты торфа. При оттаивании высокольдистых отложений и залежей подземных льдов формируются термокарстовые озёра, а при их осушении – термокарстовые депрессии (аласы в Якутии, хасыреи в Западной Сибири). На Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнинах, сложенных с поверхности дисперсными отложениями, на глубине от нескольких десятков до 200 м и более распространены реликтовые плейстоценовые многолетнемёрзлые породы мощностью от 20 до 500 м. Там, где над ними имеются позднеголоценовые многолетнемёрзлые породы, образуются двухслойные мёрзлые толщи.

В горных районах наличие криолитозоны обусловлено высотной поясностью. На Алтае острова многолетнемёрзлых пород начинаются с высоты 2000-3000 м, на Кавказе – около 2500 м. С высотой увеличивается сплошность и мощность (до 2000 м и более) многолетнемёрзлых толщ, которые часто подстилаются морозными породами; t_cp понижается до -15°С и ниже. На высоте свыше 5000 м наблюдается лишь кратковременное протаивание многолетнемёрзлых пород летом (в дневные часы) на южных склонах гор.

Субгляциальная криолитозона развита под ледниками с отрицательными температурами пород на контакте ледникового льда и подстилающих пород; широко распространена в Антарктиде. В России известна под ледниками Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли, где для неё характерны аномально малые для высоких широт мощности многолетнемёрзлых пород и высокие значения t_cp, а также под ледниками гор северо-восточной части страны и Алтая. На суше субгляциальная криолитозона представлена главным образом многолетнемёрзлыми породами, подстилаемыми морозными, а под ледниками, спускающимися на дно моря, – охлаждёнными породами. Мощность и t_cp субгляциальной криолитозоны варьируют в широких пределах (мощность от нескольких метров до 500 м и более; t_cp от 0 до -20°С и ниже) в зависимости от температурного режима ледников, их динамики, геотермических условий и др. При оттаивании ледников в местах их былого существования мощности многолетнемёрзлых пород сохраняются меньшими, чем мощности мёрзлых толщ вне ледников.

Субмаринная криолитозона приурочена к территории Северного Ледовитого океана. Включает криолитозону океанических впадин и шельфовую криолитозону. Первая охватывает значительную часть впадины Арктического бассейна, отсутствуя на его западе, в области влияния ветвей Северо-Атлантического течения. Представлена породами, насыщенными морской водой с отрицательными температурами (до -1,7-1,8°С), и имеет мощность несколько десятков метров. Шельфовая криолитозона образовалась в результате погружения в период голоценового потепления под уровень моря толщ многолетнемёрзлых пород. В процессе трансгрессии самые верхние горизонты льдистых эпи- и синкриогенных отложений были частично разрушены термокарстом, а затем переработаны морем. Среднегодовая температура донных отложений повысилась до -1-2°С, подземный лёд в отложениях был частично растворён и замещён морскими криогалинными водами. В результате образовались охлаждённые отложения в толще реликтовых многолетнемёрзлых пород. Прерывистость шельфовой криолитозоны увеличивается от побережья к бровке шельфа, а её мощность уменьшается. Наибольшей сплошности и максимальной мощности шельфовая криолитозона достигает в пределах морей Лаптева и Восточно-Сибирского (300-500 м), а также в море Бофорта (700-800 м). В Баренцевом и Карском морях криолитозона имеет спорадическое и островное распространение и максимальную мощность 50-100 м. На мелководье происходит сезонное оттаивание и сезонное промерзание отложений. Вблизи устьев крупных рек шельфовая криолитозона может отсутствовать или иметь островное распространение.

В пределах шельфовой криолитозоны и под ней известны скопления гидратов природных газов, находящихся как в стабильном, так и в метастабильном состоянии.

Сезонная криолитозона подразделяется на зоны систематического (ежегодного) и несистематического (неежегодного) сезонного промерзания пород. В России охватывает большую часть территории за пределами многолетней криолитозоны. Мощность сезонномёрзлого слоя уменьшается в ряду рыхлых континентальных отложений: галечник, песок, супесь, суглинок, торф; она возрастает с уменьшением влажности отложений, повышением среднегодовой температуры пород и степени континентальности климата. Наибольшей мощности (4-6 м) сезонномёрзлый слой достигает при среднегодовых температурах пород 0°С в слабовлажных грубообломочных породах и супесях в районах с резко континентальным климатом (в России – в Южном Забайкалье, Западной Сибири; в Монголии). Мощность сезонномёрзлого слоя определяет глубину заложения коммуникаций, фундаментов зданий и др.

Формирование многолетней криолитозоны на севере Евразии и Северной Америки началось около 2-2,5 миллионов лет назад (в конце неогена). На севере России она непрерывно существует 600-800 тысяч лет. Наибольшего распространения и максимальной мощности криолитозона достигла в период позднеплейстоценового похолодания (40-10 тысяч лет назад). Во время голоценового климатического оптимума (8,5-4,5 тысяч лет назад) площадь субаэральной криолитозоны сократилась за счёт полного или частичного оттаивания толщ многолетнемёрзлых пород на юге, при этом на равнинах сохранились реликтовые мёрзлые толщи; на севере вследствие трансгрессии моря возникла шельфовая криолитозона. В период позднеголоценового похолодания (4-2,5 тысяч лет назад) граница криолитозоны вновь сместилась в южном направлении; образовались двухслойные мёрзлые толщи. В современную эпоху происходит глобальное повышение t_cp, протаивание маломощных мёрзлых толщ, увеличение глубин сезонного оттаивания, обусловленное короткопериодными колебаниями температур и, возможно, техногенными процессами, способствующими развитию парникового эффекта атмосферы и повышению температуры воздуха.

В пределах криолитозоны наблюдаются различные криогенные процессы и криогенные явления. Для рационального освоения территории криолитозоны необходимо осуществлять учёт её распространения, состава, строения, льдистости, свойств слагающих отложений и пород, температурного режима, криогенных процессов и явлений, а также динамики климата. При всех видах хозяйственной и природоохранной деятельности человека проводится мерзлотный прогноз, позволяющий предвидеть характер изменения криогенных условий в результате естественной динамики климата и техногенных мероприятий, правильно выбрать методы строительства, разработать природоохранные мероприятия и методы защиты от негативных криогенных процессов.

Лит.: Основы геокриологии (мерзлотоведения). М., 1959. Ч. 1; Общее мерзлотоведение: геокриология / Ред. В. А. Кудрявцев. 2-е изд. М., 1978.