Главной проблемой, с которой столкнулись пришедшие покорять Сибирь первопроходцы, стал вовсе не холод, как может показаться, а … нехватка питьевой воды. Виной тому – вечная мерзлота, сделавшая невозможным рытье колодцев. И зимой, когда естественные водоемы перемерзали, единственным источником питьевой воды оставались лед и снег. О том, как нужда в воде, предприимчивость и любознательность положили начало новой науке – геокриологии – в новом выпуске проекта «Большая земля».

Криолитозона – так называют вечную мерзлоту ученые – покрывает 25% земного шара. Она распространена на севере Америки, Канады, Европы, Азии. И, тем не менее, почетное звание колыбели вечной мерзлоты досталось именно Якутии. Доктор геолого-минералогических наук, заместитель директора Института мерзлотоведения СО РАН Виктор Шепелёв уверяет, что по праву.

Судите сами: во-первых, Якутия — единственный регион, территория которого полностью находится в зоне вечномерзлых грунтов. Вся континентальная территория республики представляет собой зону сплошной многовековой мерзлоты, только на крайнем юго-западе она становится прерывистой. Средняя мощность мерзлого слоя достигает в Якутии 300-400 м, а самый глубокий предел мерзлоты находится в верховьях реки Вилюй — в этой точке глубина залегания нулевой температуры пород составляет 1500 метров. Это максимальное проникновение холода в недра на земном шаре. Во-вторых, именно в Якутии были получены первые фактические данные о природном феномене, которые положили начало науке о мерзлоте – геокриологии.

Зарождение мерзлоты началось еще в раннем плейстоцене, по оценкам ученых, это случилось примерно 2 миллиона лет назад. Сначала она охватывала только север, затем начала смещаться на юг, пока не закрыла всю территорию современной Якутии. Последовавшую затем холодную эпоху несколько раз прерывали периоды потепления, во время которых мерзлота частично, а где-то и полностью, оттаивала.

Последнее значительное потепление случилось 9-4 тысячи лет назад, в период этого термохрона мерзлые почвы в центральной Якутии протаяли на 100-150 метров, а в южных районах мерзлота исчезала полностью.  После завершения этого голоценового климатического оптимума началось новое формирование мерзлотных слоев, и к сегодняшнему дню произошло повсеместное смыкание вновь образовавшихся мерзлотных толщ с реликтовой мерзлотой плейстоценого периода.

ПРАВДА НА ДНЕ КОЛОДЦА

Удивительно, но до начала 19 века в существование вечной мерзлоты большинство западных ученых всерьез не верило. Чтобы доказать ее реальность, пришлось буквально спускаться на дно колодцев.

Однако северные аборигены, жившие в суровых климатических условиях, давно замечали, что даже жарким летом земля оттаивает лишь на несколько десятков сантиметров. Но слагать об этом стихи и песни они не стали, а, будучи людьми практичными, использовали эту климатическую особенность в бытовых целях — выкапывали небольшие ямы и в жаркие летние дни хранили в них рыбу и мясо. Поэтому первые документальные сведения о наличии не тающей в течение лета мерзлой подпочве появились только в XVII веке и принадлежали бывавшим в северных краях русским землепроходцам и казакам.

Один из основателей Русского географического общества, академик Карл фон Бэр утверждал, что когда на рубеже XVI-XVII веков казаки Ермака спускались вниз по Оби, они уже тогда знали, что в этих местно­стях почва в глубоких слоях остаётся всегда мёрз­лой.

В 1685—1686 годах по поручению якутского воеводы Матфея Кровкова казак Яков Святогоров начал в Якутске рытье колодца для получения подземной воды. Через четыре месяца, когда глубина достигла 13 сажен (28 метров), эту затею бросили, не извлекши ничего, кроме мерзлой земли, о чем Кровков и сообщил государю.

Ученые умы Российской империи не могли не обратить внимания на эти свидетельства и, конечно, интересовались необычным явлением. История с рытьем этого колодца нашла отражение в работе академика Петербургской АН Иоганна Гмелина, совершившего в 1733-1743 годах длительное путешествие по Сибири. В своем 4-томном труде «Флора Сибири» он отмечал, что в Якутске почва оттаивает лишь на глубину 1,2 метра.

Михаил Ломоносов, Николай Татищев, основываясь на свидетельствах казаков, даже попытались сформулировать общие выводы о причинах этого явления.

В отличие от них европейские коллеги сказки торговых и промышленных людей всерьез не принимали, а доверять сообщениям малограмотных казаков считали верхом легкомыслия.

И только в первой половине 19 века, благодаря исследованиям якутского купца Федора Шергина и академика Александра Миддендорфа, удалось разбить сомнения скептиков.

Приехавший в 1825 году в Якутск руководитель конторы Российско-Американской компании Фёдор Шергин был безмерно удивлен отсутствием в городе колодцев и тем, что зимой для питья используют лед. Дело в том, что в Качуге, где он жил до приезда в Якутск, удавалось прорыть колодцы и добраться до подземных вод даже в мерзлых грунтах. Историю с фиаско якутского воеводы Кровкова Шергин, скорее всего, слышал, но не слишком в нее поверил, поэтому в 1827 году начал рытье колодца во дворе своего дома с целью обеспечить постоянный источник питьевой воды.

Однако уже через два года он отказался от этой затеи и дальнейшие работы по углублению колодца вел исключительно в исследовательских целях по просьбе профессора Георга Эрмана. В течение 10 лет Шергин рыл свою шахту и параллельно проводил температурные измерения, а все полученные данные отправлял в отчетах в Санкт-Петербург. В 1837 году, достигнув глубины 116,7 метра, он прекратил работы в шахте и в 1838 году покинул Якутск. Наблюдения за температурой в шахте вел до 1844 года его сын Александр Федорович.

Обстоятельные наблюдения в шахте провел в 1844 году будущий академик Александр Миддендорф. В течение года он проводил температурные исследования в колодце и расчетным путем вычислил толщину мерзлого пласта, которая, по его оценке, составляла около 189,6 метра. Эти выводы наконец-то убедили ученых Западной Европы в существовании вечной мерзлоты значительной мощности.

После Миддендорфа шахта Шергина еще не раз сослужила добрую службу науке.

В середине 30-х годов в ней проводились масштабные исследования якутскими метеорологами. В шахте было установлено новое оборудование, а глубину колодца довели до 140 метров, пробурив на дне скважину. Практические исследования скорректировали выводы Миддендорфа. Оказалось, он ошибся почти на 100 метров – на территории Якутска мерзлота колеблется в пределах 250-350 метров.

НАУКА О МЕРЗЛОТЕ

После того, как сомнения в существовании вечной мерзлоты были развеяны, началось ее изучение. Эстафету от  Шергина и Миддендорфа приняли геологи, горные инженеры, геологоразведчики Иван Лопатин, Сергей Подьяконов, Владимир Обручев, Леонард Ячевский. Изучение криолитозоны становилось все более важным в связи с началом крупного строительства на Дальнем Востоке, прежде всего Транссибирской магистрали. Предстояло понять, как выстраивать отношения с этой капризной дамой.

Планомерная научная работа по изучению мерзлоты началась в 1925 году в рамках Якутской комплексной экспедиции АН СССР, которая провела исследования в Центральной Якутии, в Вилюйских районах и на побережье Ледовитого океана. В составе экспедиции не было отдельного геокриологического отряда. Однако позднее в 1939 году в республике начала работу академическая экспедиция, организованная Советом по изучению производительных сил, сотрудники которой уделили вечной мерзлоте значительное внимание, в их числе — основоположник мерзлотоведения Михаил Сумгин.

В 1941 году была организована Якутская научно-исследовательская мерзлотная станция, на базе которой в 1960 году образован Институт мерзлотоведения СО РАН. Учреждение возглавил выдающийся ученый-мерзлотовед Павел Мельников. С созданием этого научного института появилась возможность проводить полноценные исследования в районах республики и на основе полученных данных решать прикладные вопросы, связанные с развитием народного хозяйства в условиях вечной мерзлоты. Особенно актуально это было для градостроительства — необходимость возведения на многолетнемерзлых породах многоэтажных зданий требовала применения фундаментов с повышенной несущей способностью. Якутскими мерзлотоведами были разработаны так называемые «холодные сваи», которые зимой понижают температуру окружающих грунтов. На таких фундаментах построены многоэтажные здания в Мирном, Якутске.

ВЕЧНА ЛИ ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА?

Ученые уверяют, что если бы не криолитозона, то вместо тайги территорию республики сейчас покрывали степи или пустыня. В условиях низкого количества осадков и полупустынного климата мерзлота помогает сохранять влагу, которая необходима деревьям и другой растительности. Если бы не многолетнемерзлые породы, влага бы «уходила» вглубь, а лес погиб.

Тукуланы – редкое исключение, большинство природных ландшафтов Якутии — тарыны, аласы, быллыры, едомы — возникли как раз благодаря мерзлоте.

Но так ли вечна вечная мерзлота? И можно ли строить будущее на льду? Ученые действительно отмечают, что в результате потепления климата вблизи южной границы вечной мерзлоты произошло сокращение её площади. По всей территории вечной мерзлоты активизировались криогенные процессы: образуются термокарстовые озёра, понижения, овраги, почвенные провалы, гигантские воронки, заболачивание.

Разломы, подобные Батагайскому котловану, встречаются в Канаде и Гренландии, но сибирский кратер в 2−3 раза глубже и потому особенно привлекателен для мерзлотоведов и палеонтологов. В склонах ущелья легко просматриваются геологические пласты разных эпох. Их состав и структура могут многое рассказать о прошлом нашей планеты, ее климатических периодах и обитателях. В 2009 году здесь были найдены хорошо сохранившийся остов жеребенка возрастом 4400 лет и останки детеныша бизона. Среди прочих находок — кости мамонтов и оленей.

Однако полная деградация вечной мерзлоте, по мнению Виктора Шепелева, не грозит.