CC BY
31
УДК 551.345
АЗОНАЛЬНАЯ МЕРЗЛОТА (СЕВЕРНЫЙ КАВКАЗ, ЮЖНЫЙ КРЫМ)
М.М. Шац
Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, Якутск, E-mail: [email protected]
В статье показано значение изучения пространственных закономерностей изменения компонентов природной среды, особенностей ее функционирования в различных орографических, климатических и геоботанических условиях. Отмечено, что наряду с закономерным изменением природных условий в соответствии с законами широтной зональности, высотной поясности и меридиональной секторности, возможно их сочетание, позволяющее сформироваться очагам многолетнего промерзания горных пород в, казалось бы, совершенно для этого явления неподходящих районах (Кавказ, Крым). Цель статьи - показать специфику природных условий в подобных азональных районах.
Ключевые слова: изучение пространственных закономерностей компонентов природной среды, очаги многолетнего промерзания горных пород.
Дата поступления 23.04.2018
Изучение пространственных закономерностей изменения основных компонентов природной среды является одним из важнейших в естествознании. Характерные для географической оболочки общие закономерности ее функционирования являются следствием взаимопроникновения и взаимодействия географических сфер (литосферы, атмосферы, гидросферы и т.д.) [1-2]. Знание закономерностей позволяет не только объяснить территориальные особенности отдельных районов Земли, но и подобрать наиболее удобные и благоприятные для различных видов природопользования территории. К числу пространственных закономерностей развития геосистем относятся широтная зональность и азональность, высотная поясность и меридиональная секторность.
Зональность выражается в закономерной смене географических зон от экватора к полюсам и соответствующей изменению климатических характеристик [3-4]. Самой крупной широтной единицей географической оболочки является зона, выделяемая по особенностям радиационного баланса и общей циркуляции атмосферы. Солнечная ра-
диация - главный источник энергии для процессов, протекающих на земной поверхности и в атмосфере, следовательно, в пределах зоны характерна относительная однородность климата, это же отражается и на большинстве других компонентах природы.
В силу разных орографических причин (высота местности, ее экспозиция и т.д.) на Земле выделяется еще одна пространственная географическая закономерность - высотная поясность, представляющая последовательную смену природных условий и комплексов в горах снизу вверх. Поясность [5-6] обусловлена, прежде всего, сменой климатических показателей (солнечной радиации, температуры воздуха, плотности снега и количества атмосферных осадков). Высотные пояса при поднятии в горах снизу вверх сменяются в последовательности, близкой к смене широтных зон при продвижении от места расположения горного массива на север. Однако имеются и отклонения от данной аналогии [2, 4]. Например, такие высотные пояса, как альпийские луга и высокогорные пустыни, среди широтных зон аналогов не имеют. Обычно выделяют
высотную поясность двух типов: океаническую (приморскую), когда пояс древесной растительности начинается на равнине, и континентальная - дре-весно-кустарниковая формация начинается на некоторой высоте на склонах гор. Но все компоненты ландшафтов, представленные в системе высотной поясности, развиваются иначе, чем в условиях широтной зональности.
Горные страны радикально отличаются от равнинных территорий по гидротермическому режиму грунтов, поч-венно-растительному покрову и общим путям эволюции геосистем. Каждая горная страна, в зависимости от ее высоты и географического положения, обладает своим спектром высотных ландшафтных поясов. В целом, чем выше горы и чем ближе они к экватору, тем полнее спектр высотной поясности. При этом высота гор и их положение в той или иной широтной зоне оказывают независимое воздействие на сложность структуры высотной поясности.
Еще одним видом пространственной географической закономерности является меридиональная зональность, в настоящее время - секторность, обусловленная континентально-океанической системой циркуляции атмосферы. Уже давно было отмечено [7], что по мере удаления от океанических побережий вглубь материков происходит закономерная смена растительных сообществ, животного мира, почвенных типов.
Многообразие природных условий обусловливает, наряду с зональностью, формирование явление азональности, иногда именуемое региональностью и означающее распространение какого-либо географического явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Основными причинами азональности являются геологическое строение, литологические и тектонические особенности, характер рельефа и т.д. При наличии указанных факторов крупные участки географической оболочки приобретают индивидуальные
неповторимые черты, усложняя ее структуру и нарушая общую схему зональности. Азональность наиболее часто и ярко проявляется в горах и предгорьях, может отмечаться в пределах одной или нескольких географических зон без преобладания по площади, как это происходит со сфагновыми болотами и лугами в тундре и тайге и т.д.
Сочетание пространственных закономерностей природной среды многообразно и разнопланово само по себе. При этом с появлением в ландшафтной структуре многолетнемерзлых горных пород (ММП), сохраняющихся на протяжении более 2 лет, все сложности понимания ландшафтно-мерзлотных связей многократно возрастают.
Как известно, тепловое поле горных пород формируется в результате сочетания экзогенных и эндогенных факторов. К первым относятся причины, обусловленные влиянием внешних компонентов природной среды, определяющих сложное сочетание поступающей к дневной поверхности солнечной энергии и ее перераспределение в зависимости от свойств самой поверхности (местоположение, экспозиция, климат, растительный покров, цвет и т.д.). Экзогенные факторы определяют температурное поле верхних горизонтов горных пород, т.е. толщи мощностью в первые десятки метров. В пространственном распространении ММП обычно также просматриваются три географические закономерности: широтная зональность - изменение с юга на север, меридиональная секторность - с запада на восток, высотная поясность - с высотой.
Эндогенные факторы включают особенности поступления и перераспределения внутриземного потока энергии в зависимости от свойств более глубоких горизонтов горных пород и обусловливают как температурное поле мерзлой толщи, так и ее морфологию.
Наряду с зональным, т.е. закономерным развитием ММП в соответствии с суровыми природными услови-
ями, на земном шаре зафиксированы редкие и весьма любопытные примеры формирования мерзлых толщ горных пород в районах для этого явления, казалось бы, не свойственных. Подобное можно отнести к категории «внезональ-ных» и именовать «азональной мерзлотой».
Цель настоящей публикации - охарактеризовать районы формирования этого явления, его причины и последствия.
Мерзлые породы пещерного типа
Северный Кавказ. В качестве примера азонального развития ММП можно
привести факт формирования их очага в совершенно неблагоприятных для этого климатических условиях. В начале прошлого века в СМИ и специальной литературе по курортологии широко обсуждалось обнаружение участка с очагом холода вблизи горы Развалка (г. Железноводск, курорт Кавказские Минеральные Воды). Это гора-лакколит высотой около 925 м, несформировав-шийся вулкан (рис. 1-2). Явление обнаружил и описал в 1901 г. геолог Э.Э. Эйхельман. В 1961 г. район был объявлен ландшафтным памятником природы [8].
Рис. 1. Гора Развалка [8]
Рис. 2. Вход в пещеру «вечной мерзлоты» [8]
Летом из западной штольни постоянно дует поток воздуха со скоростью 3 м/сек при температуре от 0 до -0,5 °С. С момента обнаружения удивительной пещеры ее природные условия, судя по описаниям [8], почти не изменились, лишь внутри самой горы появилась система штолен длиной приблизительно 400 м, по которой примерно на расстоянии 150 м можно достичь каменного завала. Для изучения странного явления в горе в середине ХХ в. в пещеру спускались партии геологов, проложившие внутри несколько штолен, от которых отходят небольшие боковые тоннели с искусственными гротами, раньше использовавшимися для хранения продуктов.
Вблизи зарослей пальм и иной тропической растительности, как это удалось видеть автору этой статьи, располагался участок, в пределах которого отчетливо проявляется «дыхание холода». В сооружении «грот вечной мерзлоты» людьми создано небольшое углубление, в котором даже при внешней температуре воздуха около 30° С видны кристаллы льда. Периодические замеры геологов (устное сообщение) зафиксировали в пещере температуры воздуха около 0,5 °С, что мало меняется в течении года при внешней среднегодовой температуре 8,2 °С. Мнений о причинах формирования явления «азональной мерзлоты» предлагалось множество, однако автор статьи разделяет идею старшего геолога местной гидрогеологической экспедиции Н.Ф. Митрофанова, высказанную в устном сообщении в 1976 г.
Район КавМинВод сейсмически очень активен, и при очередных подвижках земной коры на участке сформировалась небольшая трещина, по которой под давлением начал выходить углекислый газ. При поступлении к поверхности, за счет известного адиабатического эффекта, температура пород понизилась. Но существует и иная точка зрения. Зимой в хотя и редкие, но ощу-
тимо холодные дни, из-за разницы давлений воздуха в свободной атмосфере и в толще горного массива через многочисленные трещины внутрь успевает проникнуть охлажденный воздух. С наступлением лета и прогревом горных пород, процесс начинает работать в обратном направлении - холодный и более плотный воздух понемногу расширяется и вытекает из горного массива. Таким образом, чем холоднее предыдущая зима, тем отчетливее ощущается холод летом.
В теплое время на стенах грота появляется конденсат, который стекая у северного подножья, образует источник, ранее называемый «Графским». Вода из него поступала в город, где использовалась для разбавления горячих минеральных вод Железноводска: это самый холодный источник на всех КавМинВо-дах с температурой не выше +5 °С [8].
Итак, гора Развалка на Кавказских Минеральных Водах известна своим феноменом «азональной мерзлоты». Благодаря уникальной системе расщелин в теле горы происходит естественная циркуляция воздуха: зимой холодный воздух, согласно законам физики, перемещается в тело горы, одновременно выдавливая оттуда сравнительно более теплый [8]. Летом же воздух начинает прогреваться и выходить наружу. Однако он так и остается гораздо более прохладным относительно окружающей его среды. В особо жаркие месяцы это место довольно популярно. Ничего похожего в южной зоне умеренного климата больше нигде нет, что позволяет отнести явление «азональной мерзлоты» к категории уникальных, хотя и слабо изученных, по факту существования.
Южный Крым. Несмотря на его нахождение в субтропическом поясе и в этой территории отмечаются очаги развития ММП, приуроченные к карстовым пещерам. Только на Крымском полуострове подобных подземных пустот насчитывается около 40. Как правило, они обладают мешкообразной формой.
Циркуляция воздуха в таких пещерах минимальна, поэтому в них обычно наблюдаются низкие температуры, а накопившийся за зиму снег тает очень медленно. Крымская Ледяная пещера относится к вертикальному типу, а ее глубина составляет 81 м, тогда как протяженность - 165 м. Спелеологи называют ее просто Бузлук, что в переводе с тюркского означает «ледник», а посетители Ледяной пещеры видят скрывающиеся в ее недрах живописные нетаю-щие ледовые образования (рис. 3-5). Одной из наиболее известных является «Ледяная пещера» в Крыму, или как ее называют местные жители, Бузлук-Коба. Она располагается вблизи Алушты на высоте примерно 1000 м над уровнем моря, в средней части плато Караби-Яйла, где находится порядка 3,5 тыс. карстовых воронок. Подземным пустотам этот горный массив мало в
чем уступает Чатыр-Дагу, однако на Караби-яйле имеются наиболее необычные пещеры полуострова.
Самая удивительная из них - Ледяная пещера, расположенная примерно в 2,5 км от верхнего плато Караби-Яйла. Это хоть и не самая большая, но, пожалуй, очень красивая пещера этой горной части Крыма, завораживающая своим неординарным видом [9]. С конца XIX и до начала ХХ вв. горное плато находилось в аренде у австрийцев, которые занимались здесь разведением овец. При таянии попавшего за зиму в воронку пещеры снега над местностью витает голубая дымка, а нередко даже сильный туман, что также усложняет спуск на дно Ледяной пещеры. Там толстые светлые слои льда чередуются с тонкими темными из-за смешивания с частицами глины в спрессованном снеге.
Рис. 3. Подземные льды в пещере «Ледовая». Горный Крым [10]
Рис. 5. Разрез многолетнего льды в пещере «Ледовая». Горный Крым [10]
Протянувшийся на 70 м обширный грот примерно на глубине 40 м от входа поражает наростами прозрачного, переливающегося легким голубым оттенком льда. Солнечный свет на дно Ледяной пещеры поступает лишь в дообеденные часы, и в это время подземное царство обретает свои потрясающие краски. Со всех сторон грота нависают ледяные гроздья сталактитов из льда, достигающие в некоторых местах до 3 м длины, а со дна пещеры им навстречу растут неровными краями не менее впечатляющие ледяные сталагмиты [9]. Срастаясь в годы с обильными паводками в Крыму, они в некоторых местах образуют причудливые ледяные столбы. В середине 1950-х гг. в Ледяной пещере на Караби-яйле было зафиксировано образование шестиметрового ледяного столба прямо в центре этого ледового царства.
Из трещин в скалах выступают огромные ледяные наросты, а на стенах пещеры виднеются ажурные ледяные орнаменты, напоминающие цветы, которые пересекаются с зубцами ледяных сталактитов и особенно впечатляюще смотрятся на фоне леса таких же ледовых сталагмитов [9]. Дно пещеры из-за ледовых наростов обладает значительным уклоном. Помимо натечного пещерного льда, в «Ледяной пещере» есть и лед, образовавшийся из накопившегося снега, падающего на дно с поверхности земли (рис. 4).
В особо снежные зимы снега наносится так много, что он заполняет все отверстие спуска в пещеру, из-за чего ежегодно меняется площадь ледяного покрытия. В отдельные годы она дости-
2 3
гает до 1000 м , а объем - до 5 тыс. км . В нижней части, в конце галереи, сформировался колодец глубиной около 20 м и диаметром в полметра, из которого по дну постоянно протекает небольшой ручеек талых вод. Даже в наиболее жаркие месяцы температура воздуха в пещере не превышает +1+2°С, а обычно колеблется около нуля [9].
Следует отметить, что в Крыму есть еще одна пещера с названием «Ледяная», или «Трехглазка» (рис. 6). Она находится на плато Ай-Петри и названа так за три пещерных «окна». Трехглазка также имеет карстовое происхождение, возраст ее около - 3,5 млн лет, а особенностью пещеры является нахождение там остатков подземных льдов, по некоторым сведениям реликтов древнего ледника, сохраняющегося круглогодично в т.ч. и за счет насыпающегося снега через «окна-глаза» [11]. Еще в XIX в. отсюда добывали лед и поставляли его в Воронцовский дворец для графа Воронцова, поэтому пещеру также называют «Воронцовская». Глубина пещеры - 30 м, а температура в Трех-глазке никогда не превышает +10°С, периодически бывает около +1°С [12].
В отличие от других пещер Крыма, в Трехглазке формируются не только классические карбонатные, но и ледяные сталактиты и сталагмиты, образующиеся в результате замерзания проникающей через скальные породы воды [11], а также натеки и залежи самой разнообразной формы (рис. 7-8). Главная достопримечательность этой пещеры - постоянный ледяной конус, достигающий в высоту до 7 м. Образовавшаяся при его таянии вода разливается по полу и замерзает, постепенно превращаясь в прослои ископаемого льда мощностью в несколько метров.
По расчетам ученых-спелеологов [11-12] Трехглазка существует около 3,5 млн лет и известно, что охотники каменного века использовали ее в качестве природного рефрижератора. Туши крупных животных, а возможно, даже мамонтов, с помощью веревок опускали в пещеру, чтобы по мере необходимости доставать оттуда мясо. Существует мнение, что в какой-то период времени пещера была обитаема, хотя артефактами это не подтверждено. Длина оборудованной части «Трехглазки» небольшая - всего 70 м.
Рис. 6. Ледяной сталагмит в крымской пещере «Трехглазая» [11]
Рис. 7. Ледяные натеки в крымской пещере «Трехглазая» [11]
Рис. 8. Залежи ископаемого льда в крымской пещере «Трехглазая» [11]
Вырубленные в скале ступени спускаются в огромный по высоте зал, где над обрывом ощущается вся глубина подземного пространства, а с потолка свисают сталактиты, до которых в свое время не смогли дотянуться вандалы. Натечные образования в Трехглазке иногда напоминают коралловые рифы, неизвестно как выросшие под землей [12]. В 1989 г. пещеру открыли для посетителей. Ее площадь - 620 м2, объем -3200 м3. Для удобного спуска построена специальная лестница, правда, бывать в ней разрешено только в летнее время. Само формирование «азональной мерзлоты» в сухих субтропиках, безусловно, специфично и заслуживает публикации.
Заключение
Установлено, что наряду с закономерным изменением природных условий в соответствии с широтной зональностью, высотной поясностью и меридиональной секторностью, возможно их сочетание, позволяющее сформировать-
ся очагам многолетнего промерзания горных пород, в казалось бы, совершенно для этого явления неподходящих районах (Кавказ, Крым).
Гора Развалка известна на Кавказских Минеральных Водах благодаря системе расщелин в ее теле, приводящей к естественной циркуляции воздуха: зимой холодный воздух перемещается в тело горы, одновременно выдавливая оттуда сравнительно более теплый. В результате летом в месте выхода разломов горы на поверхность он так и остается гораздо более прохладным относительно окружающей его среды.
Пещера Трехглазка имеет возраст ее около 3,5 млн лет, а ее особенностью является сохранение там остатков подземных льдов, по некоторым сведениям, реликтов древнего ледника, сохраняющегося круглогодично и за счет насыпающегося снега через «окна-глаза». В пещере формируются не только классические карбонатные, но и ледяные сталактиты и сталагмиты, образующиеся в
результате замерзания проникающей возможно формирование явления,
через скальные породы воды, а также названного «азональной мерзлотой» и
натеки самой разнообразной формы. заслуживающего дальнейшего изуче-
Таким образом, в природе, в резуль- ния.
тате сочетания ландшафтных условий,
Список литературы
1. Григорьев А.А. Опыт аналитической характеристики состава и строения физико-географической оболочки земного шара. - М., 1997. - 687 с.
2. Рябчиков А.М. Структура и динамика геосферы, ее естественное развитие и изменение человеком. - М., 2001. - 564 с.
3. Берг Л.С. Докучаев как географ // Почвоведение. - 1939. - № 2. - С. 14-19.
4. Григорьев А.А., Будыко М.И. О периодическом законе географической зональности // Докл. АН СССР. - 1956. - Т. 110. - № 1. - С. 129-132.
5. Калесник С.В. Общие географические закономерности Земли. - М.: 1970- 485с.
6. Мурзаев Э.М. Лев Семенович Берг (1876-1950) // Серия: Научно-биографическая литература. - М.: Наука, 1983. - 176 с.
7. Гвоздецкий Н.А. В.Л. Комаров. - М.: Географгиз, 1953. - 48 с.
8. Шефер Г.А. Гора Развалка. [Электронный ресурс]. - URL: http://worldroads.ru.
9. Ледяная пещера: подземные чертоги Снежной Королевы в Крыму [Электронный ресурс]. - URL: http://krymkrymkrym.ru/karabi-yayla-karstovoye-more-i-more-karsta.
10. Пещера «Ледовая». Горный Крым [Электронный ресурс]. - URL: URL:http://trof-av.livejournal.com/84409.html.
11. Крымское чудо - ледяная пещера Трехглазка [Электронный ресурс]. - URL: https://of-crimea.ru/dostoprimechatelnosti/peshhery/peshhera-tryoxlazka.html.
12. Пещера «Трехглазка» (Эмине-Баир-Коба), Крым. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.7ways.com.ua/docs/about/emine-bair-koba-trehglazka-cave-krym.html.
References
1. Grigoryev A.A. Opyt analiticheskoy kharakteristiki sostava i stroyeniya fiziko-geograficheskoy obolochki zemnogo shara. - M., 1997. - 687 s.
2. Ryabchikov A.M. Struktura i dinamika geosfery, eye estestvennoye razvitiye i iz-meneniye chelovekom. - M., 2001. - 564 s.
3. Berg L.S. Dokuchayev kak geograf // Pochvovedeniye. - 1939. - № 2. - S. 14-19.
4. Grigoryev A.A., Budyko M.I. O periodicheskom zakone geograficheskoy zonalnosti // Dokl. AN SSSR. - 1956. - T. 110. - № 1. - S. 129-132.
5. Kalesnik S.V. Obshchiye geograficheskiye zakonomernosti Zemli. - M.: 1970- 485s.
6. Murzayev E.M. Lev Semenovich Berg (1876-1950) // Seriya: Nauchno-biograficheskaya literatura. - M.: Nauka, 1983. - 176 s.
7. Gvozdetsky N.A. V.L. Komarov. - M.: Geografgiz, 1953. - 48 s.
8. Shefer G.A. Gora Razvalka. [Elektronny resurs]. - URL: http://worldroads.ru.
9. Ledyanaya peshchera: podzemnye chertogi Snezhnoy Korolevy v Krymu [Elektronny resurs]. - URL: http://krymkrymkrym.ru/karabi-yayla-karstovoye-more-i-more-karsta.
10. Peshchera «Ledovaya». Gorny Krym [Elektronny resurs]. - URL: URL:http://trof-av.livejournal.com/84409.html.
11. Krymskoye chudo - ledyanaya peshchera Trekhglazka [Elektronny resurs]. - URL: https://of-crimea.ru/dostoprimechatelnosti/peshhery/peshhera-tryoxlazka.html.
12. Peshchera «Trekhglazka» (Emine-Bair-Koba), Krym. [Elektronny resurs]. - URL: https://www.7ways.com.ua/docs/about/emine-bair-koba-trehglazka-cave-krym.html.
H3eecmuH AO PW. 2018. № 2 (49)
AZONAL PERMAFROST (NORTH CAUCASUS, SOUTHERN CRIMEA) M M. Schatz
P.I. Melnikov Permafrost Institute, the Russian Academy of Sciences, Yakutsk, E-mail: [email protected]
The paper shows the importance of studying spatial changes in natural environment components, and the peculiarities of the environment functioning in various orographic, climatic and geobotanical conditions. Along with natural changes in natural conditions due to latitudinal zonality, high-altitude zonation and meridional sector structure, their combination may bring to the formation of sites with a long-term rocks freezing in the areas completely unsuitable for this phenomenon (e.g. the Caucasus, the Crimea). The purpose of the article is to show the specific nature of natural conditions in such azonal areas.
Key words: study of spatial regularities of natural environment components, sites of long-term rocks freezing.
Received April 23, 2018
