После окончания в 1953 году Ленинградского университета по специальности "Физика Земли" меня направили работать в Москву в Академию наук СССР. Работу мне предложил Институт мерзлотоведения АН СССР им. В.А.Обручева. С приходом в дирекцию член-корреспондента П.Ф.Швецова, который был заместителем В.А.Обручева, направление работы института начало меняться в сторону усиления и расширения исследований процессов в мерзлых и протаивающих-промерзающих породах. Для этого требовались специалисты с физико-математической подготовкой. Особый интерес вызывали процессы тепло-массообмена и фазовых превращений в горных породах в сезонных и многолетних циклах. Экспериментальные исследования этих процессов проводить в Москве не было возможности, поэтому мне предложили поехать на одну из мерзлотных станций института. Я выбрал Якутскую мерзлотную станцию, где появился в октябре 1953 года.

В первую же зиму я принял участие в геотермических измерениях в глубоких скважинах в долине реки Танда (приток Алдана). Впервые в практике геокриологии и геотермии в качестве датчиков были использованы полупроводниковые терморезисторы (термисторы), которые тогда изготовлял в небольших количествах Институт полупроводников АН СССР. Впоследствии в течение многих лет я вместе с коллективом сотрудников занимался разработкой методики использования терморезисторов для измерений температуры мерзлых пород, созданием установок для их градуировки и самих геотермических гирлянд для мелких и глубоких скважин. Уже к середине шестидесятых годов термисторы стали основными датчиками геотермических замеров и получили всеобщее признание. Потребность в них увеличивалась быстро, поэтому в семидесятых годах в Институте мерзлотоведения СО АН СССР была создана автоматизированная установка для градуирования термисторов, которая выдавала до 50 тысяч датчиков в год. Около 80% от этого количества уходило сторонним организациям. На основе использования термисторов были разработаны конструкции геотермических установок, отличающиеся малым весом, высокой точностью измерения температуры, легкой транспортабельностью и универсальностью. Это был первый и необходимый шаг для развития широких мерзлотно-геотермических исследований не только деятельного слоя, но и всей толщи мерзлых пород и ниже.

В первые два года моей работы в Якутске меня часто использовали как геофизика-электроразведчика для определения параметров подозерных таликов, картирования подземных жильных льдов и оконтуривания островов мерзлых пород в Центральной и Южной Якутии. В то время в Институте мерзлотоведения АН СССР им.В.А.Обручева сформировалась солидная группа геофизико-электроразведчиков - Б.Н.Достовалов, А.Т.Акимов, Р.И.Коркина. Их представителем в Якутске был я, а на вновь созданной Алданской мерзлотной станции в поселке Чульман (Южная Якутия) - Г.Н.Философов и Н.К.Полищук. С помощью геофизических методов мною были определены мощности подозерных таликов на озерах Белое, Сергелях и на территории института. Было проведено также оконтуривание сетки ледяных жил в поселках Покровск и Булгунняхтах. В долине Туймаада вместо льдов были оконтурены грунтовые псевдоморфозы.

Большие работы в течение полного летнего сезона 1954 года были проведены в Южной Якутии на Чульмаканском угольном месторождении в составе экспедиции СОПСа АН СССР. Оконтуривались острова мерзлых пород в плане и по глубине. Метод электропрофилирования оказался очень информативным и точным для этих целей.

Угольные и железорудные месторождения Южной Якутии в пятидесятых годах очень интенсивно изучались и разведывались. Там работал ряд институтов АН СССР, объединенных мощной хорошо оснащенной экспедицией, в которой работало много мерзлотоведов (А.И.Ефимов, Н.А.Вельмина, В.В.Узембло, И.Д.Белокрылов, В.М.Пономарев, С.М.Фотиев, С.Е.Суходольский, А.П.Тыртиков и другие). Тогда же была создана и Алданская мерзлотная станция Института мерзлотоведения во главе с ее первым начальником В.М.Пономаревым.

Как уже было сказано, в пятидесятые-шестидесятые годы в мерзлотоведении наиболее интенсивно развивалось геотеплофизическое направление. Это было обусловлено целым рядом факторов. Во-первых, всем ходом развития науки, когда объективно созрела необходимость исследования процессов промерзания-протаивания, тепло- и массообмена, формирования температуры и мощности криолитозоны. Во-вторых, в институте и на станциях сформировались кадры, способные начать геотеплофизические исследования и поддерживаемые тогдашней дирекцией ИНМЕРО (В.П.Бакакин, В.Г.Гольдтман, Н.С.Иванов, А.Г.Колесников, Г.А.Мартынов, В.А.Кудрявцев, В.Г.Меламед, Г.В.Порхаев и другие). В-третьих, в тот период наблюдалось широкое развитие учения о тепло- и массообмене, связанное с работами школы А.В.Лыкова.

В 1955 году было открыто коренное месторождение алмазов в Западной Якутии - трубка "Мир" и сопровождающие ее россыпи по реке Ирелях. Началась эпопея создания мощной инфраструктуры для добычи алмазов, в которой мерзлотоведы приняли активное участие. Уже в 1956 году в районе будущего города Мирный и в долине реки Ирелях начала работать экспедиция Института мерзлотоведения АН СССР им.В.А.Обручева, базирующаяся в Северо-Восточном отделении ИНМЕРО. Руководил экспедицией И.А.Тютюнов, а я был назначен его заместителем. Экспедиция проработала четыре года. Численность ее достигала 70 человек, работавших в пяти отрядах. Экспедиция имела свое хозяйство, бухгалтерию, финансы и арендовала на летние месяцы самолет АН-2. Отряды экспедиции возглавляли преимущественно молодые мерзлотоведы: региональный геокриологический - Е.М.Катасонов, инженерный - Ф.Э.Арэ, гидротехнический - Н.Ф.Блинов и дорожный - Ф.Г.Бакулин. Мне было поручено возглавить теплофизический отряд.

Одновременно, по рекомендации П.Ф.Швецова, я занялся в 1956 году работами по теме "Тепловая мелиорация мерзлых грунтов", целью которых было исследовать процессы протаивания под влиянием естественных источников тепла и при различных техногенных воздействиях на их поверхности. Ставилась задача оценить эффективность различных методов тепловой мелиорации мерзлых грунтов.

В течение трех лет в долине реки Ирелях под моим руководством были детально изучены процессы протаивания-промерзания грунтов, зависимость их от природных параметров и теплообмена с атмосферой. На основании экспериментов был предложен для практического использования наиболее эффективный метод послойного оттаивания мерзлых грунтов, при котором все компоненты теплового баланса оказываются направленными к обнаженной поверхности и многократно увеличивается поток тепла на таяние.

Теоретическое обобщение полученного в экспедиции обширного фактического материала позволило разработать математические методы приближенного решения задачи Стефана для расчета глубины протаивания мерзлых грунтов при их тепловом взаимодействии с атмосферой, наличием напочвенных и растительных покровов и при просадках поверхности. Были теоретически найдены оптимальные режимы протаивания при дождевальной и дренажной инфильтрации и фильтрации воды в талом слое. По этим материалам мною была написана и в 1965 году зищищена во ВСЕГИНГЕО диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук "Теоретические основы управления протаиванием и промерзанием горных пород в природных условиях".

Развитие нового алмазного региона потребовало создания солидной энергетической базы, поэтому было принято решение о строительстве на реке Вилюй гидроэлектростанции и начались поиски и изыскания места ее строительства. В 1959 году для решения ряда вопросов, связанных со строительством ГЭС и проведения изысканий, в СВО ИНМЕРО был организован экспедиционный отряд из 22 человек во главе со мной. Изучалось строение и тепловой режим криолитозоны в долине и под руслом реки Вилюй, а также характер и свойства суглинков, слагающих высокозалегающую древнюю долину одного из его притоков. Были обоснованы методы оттаивания и разработки суглинков и галечников для укладки их в экран плотины, сделаны прогноз динамики теплового состояния криолитозоны под будущим водохранилищем и под плотиной. В работах принимали участие Е.М.Катасонов, Г.Ф.Гравис, Л.Н.Антонова и другие.

В связи с организацией Института мерзлотоведения СО АН СССР в Якутске в 1961 году меня назначили исполняющим обязанности заведующего лабораторией тепловой мелиорации мерзлых грунтов, а через год, в 1962 - заведующим лабораторией геотермии криолитозоны. Эта лаборатория была первой и долгое время единственной за Уралом, которая целенаправленно исследовала тепловой режим земной коры области развития мерзлых пород и связь его с процессами глубокого промерзания. Работы лаборатории получили всеобщее признание и всесоюзную известность. Это признание было заслужено созданием, с одной стороны, совершенно нового геотермического направления в геокриологии, а с другой стороны - геокриологического направления в геотермии. Появление и развитие его было подготовлено рядом объективных и субъективных причин.

Во-первых, развитие знаний о криолитозоне, основанное только на учете "климатических" факторов и применении географических методов исследования, не в состоянии было объяснить новые факты, как, например, наличие значительных разностей в мощности мерзлых пород при одной и той же температуре поверхности Земли.

Во-вторых, появились новые измерительные средства и аппаратура для измерения теплофизических параметров, которые позволили вести геотермические исследования в глубоких скважинах, полностью прошедших мерзлую толщу.

В-третьих, в шестидесятых годах бурное развитие в стране получила теплофизика и исследования тепло- и массообмена в дисперсных средах. Теория стимулировала экспериментальные работы и создание стационаров.

В-четвертых, постепенно создавался костяк специалистов физического, геофизического и геологического профиля с хорошим знанием современной методологии и математики, которые помогли перейти от преимущественно конкретного зрительного восприятия криогенных явлений и процессов к их объективному изучению посредством технических средств и формализованному представлению, моделированию и количественным оценкам.

В общем создалась благоприятная ситуация для очень быстрого развития геотеплофизики и геотермии. Вследствие этого поток фактического материала неимоверно возрос. Если в обобщающей работе П.И.Мельникова по Якутии "Итоги геокриологических, гидрогеологических и инженерно-геокриологических исследований в Центральной и Южной Якутии" (1963) были обобщены материалы геотермических измерений всего по 31 глубокой скважине за весь предшествующий исторический период, то к 1980 году сотрудниками лаборатории геотермии были выполнены исследования более чем в 600 скважинах на 140 месторождениях и разведочных площадях на территории от Урала до Тихого океана. В немалой степени этому способствовала интенсивная разведка полезных ископаемых в криолитозоне и большой объем бурения.

В 1982 году под моим руководством был составлен и опубликован каталог внутриземного теплового потока Сибирской платформы и Верхнояно-Чукотской горно-складчатой зоны и построена карта масштаба 1:5 000 000, уточненная в 1985 году на основе новых данных. Расширение количества измеряемых геотермических параметров привело к качественно новым выводам и иным представлениям о состоянии криолитозоны и ее формировании.

Анализ распределения внутриземного потока по глубине в мерзлых и талых породах, проведенный в 70-х годах, показал, что в некоторых регионах его величина в мерзлых породах намного меньше, чем в нижележащих талых. Причем резкое изменение его величины наблюдается на нижней фазовой границе. Это может означать только одно, что разница теплового потока поглощается на фазовой границе и затрачивается на оттаивание мерзлых пород снизу. Так было доказано наличие нестационарных мерзлых толщ, показаны условия их существования и ареалы современного развития, которые оказались значительными (вся Западная Сибирь, Европейский Северо-Восток, позднемезозойские депрессии Сибирской платформы), была показана их приуроченность к мезо-кайнозойским терригенным слабо литифицированным породам, не старше верхнеюрского возраста, обладающих значительной водонасыщенностью. Своим существованием они обязаны реликтовому тепловому полю, сохранившемуся после последней холодной эпохи.

Для мерзлых пород нами (1977-1979) был разработан теоретический метод реконструкции палеогеокриологический условий на основе нестационарности современных фазовых границ, а не температуры. На основе этого метода была проведена количественная реконструкция палеотемператур и палеомощностей мерзлых пород для последней сартанской холодной эпохи и теплого голоцена в Западной Сибири и Центральной Якутии. Были обнаружены также регионы, покрывавшиеся ледниковым покровом в холодную эпоху. Накопление фактического материала дало возможность строить двух- и трехмерные модели температурных полей криолитозоны.

Для установления детерминированной связи мощности мерзлых пород со строением, структурой и состоянием земной коры и верхней мантии мною, совместно с А.И.Левченко, были построены геотермические модели земной коры по субширотным и субмеридиональным геотраверсам: Урал-Охотское море, Обь-Лена, Диксон-Байкал, а также карта температуры горных пород криолитозоны севера Азии в приповерхностном слое и на глубинах 0,5; 1,0; 3,0; 5,0 километров (1985-1993).

За комплекс печатных работ, посвященных тепловому режиму недр Сибири, я с коллективом научных сотрудников в 1987 году был удостоен диплома и первого места в конкурсе фундаментальных работ Сибирского отделения АН СССР.

В разное время с разным успехом в создании основ геотермического направления в геокриологии вместе со мной принимали участие И.М.Кутасов, ныне живущий и работающий в Израиле, В.Н.Девяткин, Н.А.Козлов, Ю.Г.Шесткевич, С.И.Заболотник, Н.И.Шендер, Р.И.Гаврильев, А.И.Левченко, В.Г.Русаков, Б.В.Володько, А.Н.Зуй, Л.И.Шипицина, И.Д.Никифоров, Н.Д.Костюнин, О.П.Губанова, А.С.Егоров и другие.

Начиная с 1970 года, фундаментальные геотермические исследования проводились по заданиям общесоюзных научно-технических программ, а в последние годы по российским государственным программам N17 "Исследование и использование Мирового океана" и N 18 "Глобальные изменения природной среды и климата". Эти исследования носили пионерный характер, так как в них ставились актуальные, имеющие широкий научный интерес, проблемы. Для их решения были задействованы лучшие научные силы Советского Союза и России, а проблемы решались с разных сторон и усилиями ученых самых разных направлений. Благодаря такой широкой кооперации были получены материалы, позволившие установить определяющее влияние геотектонических, геодинамических и структурных параметров на глубокое промерзание земной коры и латеральное развитие криолитозоны.

В 1989 году я защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук по теме "Геотермия мерзлой зоны литосферы Севера Азии", в которой рассмотрен весь комплекс условий и процессов формирования отрицательной температуры земной коры и ее глубокого промерзания.

В апреле 1994 года я был избран членом-корреспондентом Российской Академии наук.

В последние годы занимаюсь разработкой методов прогноза динамики теплового состояния криолитозоны на основании изучения общего термодинамического состояния, степени его соответствия внешним природным условиям, термической и фазовой устойчивости криолитозоны к глобальному изменению климата и региональным антропогенным воздействиям. Проанализированы сценарии реакции криолитозоны на различные антропогенные воздействия в глобальном, региональном и локальном масштабах. На их основе предложен метод термического мониторинга современного состояния криолитозоны по данным геотермических региональных наблюдений по системе высокоширотных станций. Построены сценарии изменения температуры мерзлых пород Западной Сибири в течение XXI столетия, связанные с ожидаемым глобальным потеплением климата. На их основе осуществлен количественный прогноз изменения фазового состояния горных пород в разных криогенных зонах территории протаивания мерзлых пород сверху и снизу в течение следующего столетия.

После 1991 года (начало экономической перестройки), изменились возможности развития исследований геотермии мерзлых пород и использования геотермических методологий, поскольку геолого-разведочные и геолого-съемочные работы были сведены до минимума. Даже в лучшие годы мерзлотно-геотермические работы на месторождениях проводились при непосредственной помощи и финансовой поддержке геолого-разведочных экспедиций в форме хоздоговора или бесплатной заброски на скважины. Экспедиции часто брали на себя и расходы по подготовке скважин к длительным наблюдениям. Теперь же, даже когда скважины бурятся, сохранить их трудно или невозможно. Сам институт в настоящее время не имеет средств для оплаты поездок своих сотрудников на месторождения.

Все это означает, что в перспективе надежды на получение новой научной информации в области геотермии мерзлых пород нереальны. Необходимо ориентироваться лишь на более углубленный анализ уже имеющихся материалов с учетом достижений смежных наук, т.е. наши исследования должны перейти в стадию камеральных теоретических обобщений. Основным направлением таких исследований будет расширение и углубление наших знаний о нестационарной криолитозоне с применением широкого термодинамического подхода, предусматривающего совместное рассмотрение взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов теплопередачи, фазовых переходов, пластовых гидростатических давлений, перетоков подземных и наземных вод, формирование аномальных таликов. Продолжатся поиски методов прогноза динамики криолитозоны и построения геотермических динамических моделей криолитозоны при различных формах воздействия на ее границы.

Развитие геотермии оказало существенное влияние на другие направления геокриологии. Измерения температуры и мощности мерзлых пород в скважинах стали обязательными при проведении геокриологических исследований для различных целей. Методология геотермии способствовала организации полнопрограммных стационаров для изучения условий формирования температуры и сезонного протаивания-промерзания горных пород во многих регионах.

Первая страница

(c) 2001