Архивная статья из № 6 (48) за 2006 г.
«Подводная мерзлота»… – звучит довольно странно. И, тем не менее, она существует, причем занимает огромные площади в десятки, а возможно, и сотни тысяч квадратных километров
Иногда, в зимнее время, люди встречают мерзлые, чаще сезонно-мерзлые, грунты на мелководье вблизи берегов рек или озер. Нередко в таких местах замечают мерзлоту и летом, главным образом в пределах «криолитозоны» – так называется зона распространения вечной мерзлоты, которая, хотите верьте, хотите нет, занимает более 60% суши России.
Однако речь идет о гораздо более распространенном и объемном феномене – о вечной мерзлоте под арктическими морями. О ней мало кто знает. В той или иной степени мерзлые породы есть под всеми морями Арктики, но особенно большой площадью и мощностью мерзлоты отличаются обширные шельфы самых холодных и мелководных сибирских морей – Лаптевых и Восточно-Сибирского. Северная граница их шельфа фиксируется на расстоянии 250-500 км от берега. Следует признать, что подводная мерзлота – это почти девственно белое пятно, которое только-только начинает обрастать знаниями. На дворе XXI век, а человек еще толком не знает, в каком физическом, точнее фазовом, состоянии находятся гигантские территории под шельфом. Не известно, существуют ли многолетнемерзлые породы в относительно глубоководной части шельфа арктических морей и даже вблизи отдельных типов побережья.
Имеется некоторое количество разрозненных данных о том, что мерзлота под морем или, околонаучно, «субаквальные многолетнемерзлые породы», расположена в прибрежно-шельфовой зоне. Это доказано рядом буровых профилей. Ряд исследователей считает, что подводная мерзлота должна быть встречена лишь в отдельных секторах шельфа. Другие, основываясь на математических моделях, полагают, что вечная мерзлота имеет место почти на всем шельфе, вплоть до его перехода к подводному континентальному склону. Третьи утверждают, что породы, сцементированные льдом, залегают только в узкой полосе литорали вдоль быстро отступающих (термоабразионных) берегов. То есть всем понятно, что такой феномен существует, но о его параметрах и эволюции почти ничего не известно. Дело в том, что данные о подводной мерзлоте можно добыть лишь с помощью бурения и, в какой-то степени, геофизического зондирования. Пусть эти методы и не столь глубинные, как, скажем, применяемые для поиска углеводородов, но они требуют работы со специализированных кораблей или с морского льда. Это весьма дорого, особенно в отдаленных восточно-арктических морях России. Пока российских средств на такие работы мы имеем около 0,5-1% от необходимого минимума. По этой причине нет фактических данных о мерзлоте в относительно глубокой части шельфа. Можно опираться только на немногочисленные буровые профили на подводном береговом склоне, которые иногда вскрывают верхние горизонты мерзлоты.
Для чего нужно знать о «мерзлом мире» под морем? В практическом отношении данные о распространении, свойствах и динамике подводной мерзлоты, например, используются для навигационного обеспечения морского транспорта, в части изменения глубин в результате оттаивания льдистой мерзлоты и просадки донных грунтов, для расчета инженерно-геологических характеристик грунтов и фундаментов при разработке ресурсов на шельфе. Изучение мерзлоты на шельфе важно для поиска газогидратных месторождений на шельфе, поскольку само существование этой субстанции возможно лишь в относительно узком термодинамическом диапазоне: высокое давление и низкая температура. А подводная мерзлота является «хранителем» такого сырья.
Информация о малоизвестных свойствах земной коры необходима сама по себе. Не хочется расстраиваться и упоминать особенно ущемляемую в последнее время некоммерческую фундаментальную науку – что-то вроде некоего «бесполезного» знания о том, почему небо синее, металл плавкий, море соленое, а под ним есть замороженные толщи. Констатирую лишь, что в моем Отечестве все это базовое, во всяком случае, то, что касается наук о Земле, мало интересует власть имущих, которым это лично неинтересно. Лишь общественное мнение и пример дальних соседей пока удерживает фундаментальную науку на плаву.
В наших работах по проблемам подводной мерзлоты немного помогает Российская Академия наук и ее Сибирское отделение, в частности. Небольшая надежда на предстоящий Международный полярный год, куда мы с морской мерзлотой вписались. Существенно помогают иностранные коллеги, в основном немцы.
Почему под водой существует мерзлота? В основном, это реликтовые континентальные мерзлые породы, промерзшие десятки и сотни тысяч лет назад на глубину до 400-700 м. Ведь на месте большей части арктического шельфа всего 15-20 тысяч лет назад существовали равнины, что доказывается массой примеров, в частности, остатками мамонтовой фауны тех лет. В середине голоцена, примерно 5 тысяч лет назад, море поднялось до современного уровня, затопив эти древние «промороженные» низменности. Подводная мерзлота, конечно, деградирует под морем, но довольно медленно. Ведь воды арктических морей очень холодны, на многих участках фиксируются даже отрицательные температуры (от -0,5 до -1,5°С) придонной воды. Вспомните, что соленые воды имеют иную точку замерзания.
Другой тип подводных мерзлых пород – относительно современная новообразованная мерзлота, сформированная на мелководье, главным образом на периферии дельт и в аккумулятивных заливах. При глубине воды менее двух, двух с половиной метров лед ложится на дно, а зимний холод проникает на первые или даже десятки метров вглубь морских осадков. Учитывая, что придонная морская вода в зимний период имеет отрицательную температуру, а летом лишь немного превышает 0°С, такая мерзлота может сохраняться и даже нарастать.
Наиболее наглядно процессы трансформации мерзлоты под морем видны вблизи термоабразионных, очень льдистых берегов, которые занимают значительную часть побережья морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Скорость разрушения этих берегов достигает 5-15 метров в год. За последние 5 тысяч лет море «съело» полосу шириной от 10 до 40 км. Под морем остался «Ледовый комплекс» – так мы называем позднеплейстоценовые отложения, пронизанные громадными ледяными жилами, объем которых составляет около 70% всей породы. Естественно массы грунта, насыщенные пресным льдом, крайне активно реагируют на присутствие верхнего соседа – соленые и теплые (если так можно сказать о температуре, к примеру, +1°С) воды.
Последнюю буровую кампанию с морского льда, на предмет эволюции субаквальных мерзлых пород, мы провели совместно с немцами из Института Альфреда Вегенера в западной части моря Лаптевых весной 2005 года. Это район мыса Мамонтов Клык. На берегу – обрывы Ледового плейстоценового комплекса, уходящего под уровень моря. Берег отступает в среднем по 4-5 метра в год. Санно-тракторный буровой поезд, общим весом 130 тонн, шел к месту работ по морю 14 дней. Удалось пробурить лишь 6 скважин на удалении до 12 км в море. На этом рубеже береговая линия находилась всего 2-2,5 тысячи лет назад.
Неожиданно, в последней скважине ниже континентальной реликтовой мерзлоты, которая была вскрыта в интервале глубин 35-65, мы обнаружили древние морские пластичные осадки с температурой, приближающейся к 0°С
То есть мерзлота здесь, по сути, закончилась. И это всего в 12 км от берега, где мощность вечной мерзлоты должна быть не менее полукилометра! Такого вроде бы не может быть, но глаза видят, руки чувствуют, а приборы регистрируют. Боже, как это объяснить! Приехали за ответами, а увозим еще больше вопросов.
В идеале продольный профиль подводной мерзлоты выглядит в виде гигантского подводного клина, уходящего от берега далеко (как далеко, никто не знает) в море. Уклон верхней поверхности или, как мы говорим, кровли мерзлоты составляет обычно от 0,15 до 5,5 градусов. Темп деградации этой кровли за счет тепла моря очень изменчив, от долей миллиметра до первых десятков сантиметров в год. Вопрос о динамике подошвы подводной мерзлоты остается пока открытым. Математические модели показывают, что потоки внутриземного тепла способны довольно быстро плавить мерзлоту снизу, особенно когда эта субстанция закрыта морем и не получает сурового арктического охлаждения сверху. На самом деле, сколько мерзлоты осталось на удалении, скажем 50 или 200 км от берега, и осталось ли вообще, достоверно не покажут никакие модели. Бурить надо. Чем мы и занимаемся. Будем искать средства и бурить все глубже и глубже…
Текст и фото: Михаил Григорьев
(Институт мерзлотоведения СО РАН)
Рубрики: 6(48)2006, Архив, Путешествия
Метки: Арктика, Подводная мерзлота, Путешествия, Россия, Страна...
