Глазами геолога

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.

Современная криосфера сохраняет кое-какие черты, унаследованные от прошлого. И, конечно, очень интересно обнаруживать в ней следы давно прошедших похолоданий и потеплений, которые сплетаются с нынешними климатами и строением земной поверхности…

Насколько сложна криосфера, можно судить уже по тому, что главная ее частичка — льдинка, имеющая очень простой химический состав (H2O), сама по себе очень непроста.

Лед может быть непрочным, как мел. Но при восьмидесяти градусах по Цельсию он может даже царапать металл. Он может быть и пресным, и соленым. И вообще встречается несколько видов льда. Между прочим, и наша привычная вода тоже бывает очень разной.

Сложностей полно. Вот, скажем, взаимоотношение снега и залегающими под ним горными породами. Когда снега мало, он отражает солнечные лучи — земля под ним охлаждается. Чуть побольше снега, и он — хороший изолятор — как одеяло укутывает землю от холодов. С увеличением мощности снега он все лучше отепляет землю. Но, перейдя определенный предел толщины, снег снова начинает охлаждать подстилающий слой. Однако при дальнейшем возрастании мощности земля под снегом опять начинает отогреваться.

О таких запутанных процессах вряд ли можно догадаться, не проведя предварительно множество наблюдений.

Вечная мерзлота живет по своим законам. Она переиначивает на свой лад и речные долины, и озерные впадины, и склоны гор, и равнины.

Особенно настойчиво вмешивается она в жизнь поверхности земли и небольшого слоя, который протаивает каждое лето (его называют деятельным слоем).

Глубина протаивания очень изменчива, в зависимости от состава горных пород, содержания воды. На болотах под торфяным матрацем протаивание мелкое, как и в глинах. В песках — глубже. А если в песках движется подземная вода, то протаивание может охватить большие глубины или даже просквозить всю мерзлую толщу, образовав талик.