Когда русские стали селиться на Печоре, а затем на рубеже XVI – XVII веков казаки Ермака, спустившись вниз по р. Оби, основали в 1601 году городок на р. Таз, они тогда уже знали, что в этих местностях почва в глубоких слоях остается всегда мерзлой. Об этом писал академик К.М. Бэр в своих «Материалах к познанию нетающего почвенного льда в Сибири» [1].
Немецкий ученый Д. Вуд, посетивший в 1676 г. Новую Землю, отмечал: «Если в местностях, в которых нет снега ... начать копать землю приблизительно до глубины 2 фута (~ 0,6 м – Р. К.), то встретится лед ... факт, о котором раньше ничего не было слышно» [1, стр. 105]. В этот же период якутские воеводы П. Головин и М. Глебов сообщали в Москву: «А в Якуцком-де, государь, по сказкам торговых и промышленных служилых людей, хлебной пашни не чаять: земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает» [2, стр. 27].
Жители Якутии (якуты, тунгусы, юкагиры) и других северных регионов мира с незапамятных времен знали о существовании «вечной мерзлоты» и использовали ее свойства в бытовых целях – хранение и замораживание продуктов в теплый период года (мясо, рыба, ягоды). Однако никаких сведений об этом в научной и не только в научной литературе не было.
Можно с достаточным основанием считать, что первые достоверные сведения о существовании вечной мерзлоты появились во второй половине XVI в. Так, американский (английский) путешественник Фробишер в описании своих трех экспедиций в поисках золота в районе Гудзонова залива (1576 – 1578 гг.) отмечал: «Источников здесь не должно быть, ибо земля промерзает настолько глубоко, что оледенение захватывает также и источники…» [1, стр. 105].
В 1685 – 1686 гг. в Якутске по инициативе воеводы Матфея Осиповича Кровкова в вечной мерзлоте был прорыт колодец глубиной 30,5 м, о котором воевода сообщил в Москву: «А колодезя, великие государи, в Якуцком сделать никоими мерами нельзя, потому что земля летом только тает в полтора аршина, а больше двух аршин земля никогда не тает, а в исподи на дне бывает земля всегда мерзлая» [3, стр. 200].
Академик Санкт-Петербургской Академии наук Иоганн Георг Гмелин, совершивший длительное путешествие по Сибири в 1733 – 1743 гг., в своем четырехтомном труде «Флора Сибири» писал, что в Якутске почва оттаивает лишь на глубину 1,2 м. Он также рассказал о колодце Кровкова со слов местных казаков, но его информация была подвергнута сомнению многими западными учеными. Даже в первой половине XIX в. известный естествоиспытатель, геолог Леопольд фон Бух был уверен в невозможности существования веч- ной мерзлоты: «Я вполне убежден, что должно считать совершенно ненадежным все известия, в которых утверждается, будто на глубине нескольких футов земля даже и летом была находима замерзшею в странах, где произрастают кустарниковые растения и что известия Гмелина о том, что в Якутске при рытье колодца нашли мерзлую землю до 100 футов, не следовало повторять в учебниках, как доселе делается. Показания казаков не должно было бы употреблять для подкрепления столь странного и неверного факта» [2, стр. 28].
Вместе с тем, в начале XVIII века Василий Никитич Татищев – историк, географ – в своей первой работе, подготовленной в 1725 г., но не опубликованной, говоря о добыче мамонтовой кости, писал: «… бивни и целые трупы находят в многолетнемерзлой подпочве …», а в 1736 г. сообщал: «… в северной оной стране от 59 градуса почитай во многих местах земля глубже полу-аршина никогда не растаивает и плода приносить не может» [4, стр. 62]. В 1757 г. М.В. Ломоносов высказал ряд интересных положений о природе образования «замерзлой земли», о значении рельефа и суровых климатических условий в развитии толщ мерзлых пород, создании запасов холода и образовании подземных льдов, о длительности этого процесса, необходимости учитывать строение «внутренности» Земли для понимания распределения тепла и холода в земных недрах [5].
Путешественники-исследователи ХVIII в. и первой четверти XIX в. по крупицам собирали данные о вечной мерзлоте и льдах, в ней содержащихся. Так, Петр Симон Паллас (1742 – 1811) в описании своего путешествия поместил ценные сведения, собранные в 1771 г. его сотрудником студентом В.Ф. Зуевым (впоследствии академиком), о неглубоком залегании многолетней мерзлоты в тундре у г. Обдорска на р. Оби и о наличии ее в ни-зовья р. Енисея.
В самом конце XVIII – начале XIX вв. начальник тунгусов (эвенков) Шумахов обнаружил на Быковском полуострове (дельта р. Лены) недалеко от уреза воды Ледовитого океана бесформенную глыбу льда, которая в течение нескольких лет медленно таяла в условиях сурового климата. Оказалось, что она заключала в себе труп мамонта, много веков назад погребенного в грунтовых отложениях и льде (мамонт Шумахова – Адамса). Это была очень важная находка, так как она указывала на значительную продолжительность существования мерзлых пород [1].
В 1820 – 1824 гг. барон Фердинанд Петрович Врангель, мичман Федор Федорович Матюшкин и штурман Козмин, исследуя обширные пространства северо-восточной окраины Азиатского материка, собрали многочисленные и надежные данные о многолетнемерзлых грунтах. Ф.П. Врангель отмечал: «В Нижне-Колымске на глубине четырех с половиной сажень (9,6 м – Р. К.) я нашел землю еще замерзшей. В более высоких местах я часто находил трещины и пещеры, в которых на глубине четырех сажен (8,54 м – Р. К.) нижний слой земли содержал еще большее количество льда, чем верхний» [6, стр. 26].
Два других спутника Ф.П. Врангеля наблюдали многолетнемерзлую толщу со льдом в обрыве высокого правого берега р. Мал. Анюй, заключавшую кости мамонтов, носорогов и других животных, т.е. мамонтовую фауну. Так, Ф.Ф. Матюшкин – лицейский товарищ А.С. Пушки- на – в письме к директору лицея Георгу Рейнгольду Энгельгардту сообщал: «… от Якутска до самого Нижне-Колымска и далее корень лиственницы стелется всегда по земле и почти совершенно снаружи и это на всех почвах земли. В нижнем течении р. Колымы она растет почти на одном мхе, потому что и посреди лета в лесах под мхом чистый лед» (6, стр. 26–27).
В тот же период (1820 – 1823 гг.) на побережье моря Лаптевых и на Новосибирских островах работала экспедиция Гидрографического департамента под руководством лейтенанта П.Ф. Анжу. Участник этой экспедиции медик Алексей Евдокимович Фигурин исследовал многочисленные обнажения залежей подземных льдов и отнес большинство из них к жильным [6]. По его мнению, ледяные жилы образовались в результате проникновения воды и ее замерзания в многочисленных морозобойных трещинах. Эту точку зрения разделял и академик К.М. Бэр, а в 1882 г. ее поддержал А.А. Бунге [3]. Справедливость такого предположения подтвердилась в результате полевых исследований во второй половине 40-х годов двадцатого столетия.
Ф.П. Врангель, А.Е. Фигурин и другие исследователи не получили объективных данных о вечной мерзлоте, например, ее температуре, но собранные ими сведения не оставляли места сомнениям в существовании многолетней мерзлоты на северо-востоке Сибири и побуждали Санкт-Петербургскую Академию наук обратить внимание на это геофизическое явление.
Первые измерения температуры мерзлых грунтов были проведены профессором Адольфом Эрманом в скважине глубиной 18,2 м, которую он пробурил в декабре 1825 г. в районе Березово. Но безусловным прорывом в нашем знании о вечной мерзлоте следует считать шахту Федора Шергина – служащего Русско-Американской компании. Во дворе своего дома в г. Якутске он решил выкопать колодец, так как проблема питьевой воды была всегда острой. Шергин начал проходку колодца в 1828 г. и вел ее в течение 9 лет [1, 7, 9].
Работать можно было только зимой, так как именно в это время года осуществлялась естественная вентиляция выработки за счет конвекции. Шахта была пройдена до глубины 116,4 м. После крушения надежд на вскрытие водоносного горизонта работы велись благодаря любознательности Федора Шергина и поощрялись Ф.П. Врангелем – влиятельным представителем Русско-Американской компании, которая финансировала проходку. Но зимой 1835 – 1836 гг. стоимость проходческих работ в сумме 1362 руб. не была оплачена этой компанией, что явилось причиной ухода Ф. Шергина со службы и отъезда его на родину в г. Устюг [1]. После того, как министр просвещения доложил о шахте Ф. Шергина императору Николаю I, тот очень высоко оценил труд последнего и наградил его кольцом с бриллиантом и золотой медалью. Это был, действительно, и человеческий, и научный подвиг [1].
Член-корреспондент АН СССР П.Ф. Швецов, который уделял особое внимание истории геокриологических исследований, оценивал значение работы Ф. Шергина для геокриологии наравне с вкладом нидерландского натуралиста Антони ван Левенгука в микробиологию [2].
Первые температурные измерения в шахте были проведены профессором А. Эрманом в апреле 1829 г. На глубине 15,75 м температура оказалась равной –6° R*. Как мы теперь знаем, полученное значение было заниженным в сравнении с реальным вследствие охлаждения стенок шахты за счет конвекции воздуха. После этого геотермические наблюдения в шахте вел сам Ф. Шергин. Он переписывался с Санкт-Петербургской Академией наук, сообщая сведения о температуре горных пород в шахте, о глубине летнего оттаивании грунтов, наличии источников подземных вод в районе Якутска. Академия наук планировала поручить Ф. Шергину весь комплекс геотермических наблюдений в шахте. Ему была прислана инструкция, в которой указывались 12 горизонтов для измерения температуры (по два термометра на горизонт – 30 см и 180 см в глубину от стенки шахты) [1]. Но из-за отъезда Ф. Шергина из Якутска этот план оказался не реализованным. Однако сведения о шахте, пройденной в вечной мерзлоте до глубины более 116 м, поразили умы русских ученых. Академия наук приняла решение послать своего представителя для проведения геотермических наблюдений по всей глубине шахты. Выбор пал на профессора зоологии Киевского университета Александра Федоровича Миддендорфа (в 1850 г. он был избран академиком). Правда, вначале он должен был провести исследования на Таймыре на междуречье Пясины и Хатанги и оценить продуктивность водоемов, в том числе прибрежных вод Ледовитого океана, после чего прибыть в Якутск.
Одной из важнейших научных задач при исследовании вечной мерзлоты, как понимали члены академии и, в частности, К. Бэр, является установление закона изменения (повышения) температуры грунта с глубиной, что позволяет хотя бы приблизительно (путем экстраполяции) установить ее мощность. Миддендорф блестяще справился с этой задачей. Исходя из фактических данных, он установил, что мощность криолитозоны в условиях Якутска составляет 609 футов (185,7 м). Это было первое большое научное достижение в геокриологии. Результаты бурения, осуществленного уже в ХХ столетии, показали, что мощность вечной мерзлоты в районе Якутска находится в пределах 250 – 325 м.
В период своих экспедиционных исследований (1843 – 1846 гг.) А.Ф. Миддендорф провел геотермические наблюдения в скважинах и шурфах в 12 пунктах Восточной Сибири. Он первым обратил внимание на различие в скорости и глубине протаивания песчаных и глинистых грунтов, дал этому физическое объяснение. Исследования А.Ф. Миддендорфа окончательно закрепили первенство русских ученых в открытии и познании криолитозоны как природного геофизического явления.
Во второй половине XIX в. наиболее плодотворно многолетняя криолитозона изучалась горными инженерами, геологами-разведчиками и инженерами путей сообщения (И.А. Лопатин, С.А. Подьяконов, В.А. Обручев, Л.А. Ячевский и другие) [5]. Они имели доступ к горным выработкам и могли накапливать данные о температуре вечной мерзлоты в различных районах, отличающихся по литологическому составу пород, высоте местности, характеру растительности, мощности снежного покрова. Исследователи наблюдали также криогенные явления – термокарст, пучение, солифлюкцию, наледи.
28 апреля 1889 г. Леонард Антонович Ячевский прочитал доклад в Русском географическом обществе «О вечно мерзлой почве Сибири», в котором представил основные результаты своих многолетних исследований и дал анализ материалов и представлений о многолетней криолитозоне, принадлежавших другим ученым. Л.А. Ячевский впервые определенно указал на необходимость в интересах науки связать изучение «мерзлых почв» с задачами практики, особенно в связи со строительством Транссибирской железнодорожной магистрали. На карте, прилагаемой к докладу, он значительно уточнил южную границу распространения вечной мерзлоты и особо подчеркнул значение снежного покрова в развитии многолетнемерзлой зоны земной коры. Однако первенство в установлении влияния снежного покрова на глубину промерзания грунтов принадлежит знаменитому геофизику-климатологу члену-корреспонденту Санкт-Петербургской АН Александру Ивановичу Воейкову, который за 6 дней до выступления Л.А. Ячевского на заседании Специальной комиссии Русского технического общества высказал свое мнение о роли снега в теплообмене почвы с атмосферой.
В связи с началом строительства Транссиба, по просьбе Управления строительства, Русское географическое общество организовало особую комиссию для изучения мерзлых грунтов вдоль трассы дороги под председательством крупнейшего геолога и географа профессора Ивана Васильевича Мушкетова. В нее вошли В.И. Воейков, В.А. Обручев, геофизик М.А. Рыкачев, геолог К.И. Богданович. Комиссия составила первую, обстоятельную для того времени, «Инструкцию для изучения мерзлоты почвы в Сибири», опубликованную в 1895 г. под редакцией И.В. Мушкетова.
Большой вклад в геокриологию внес горный инженер Сергей Аристархович Подьяконов, который в 1903 г. подготовил и опубликовал работу «Наледи Восточной Сибири и причины их возникновения», заложив тем самым основы учения о наледях. Николай Семенович Богданович в 1912 г. в книге «Вечная мерзлота и сооружения на ней» описал приемы строительства в районах с многолетнемерзлыми грунтами.
В 1916 году был опубликован капитальный труд Александра Владимировича Львова «Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на Западной части Амурской железной дороги в условиях ''вечной'' мерзлоты почвы». В этой книге он подвел итог огромной работы русских ученых по изучению вечной мерзлоты. Книга явилась первой крупной сводкой по гидрогеологии области распространения мерзлой зоны литосферы. Она содержала также «Проект программы для собирания сведений к вопросу о вечной мерзлоте почвы и явлений, с ней связанных».
В 1925 году по просьбе правительства Якутской АССР была организована крупная комплексная экспедиция АН СССР, которая провела исследования в Центральной Якутии, Вилюйских районах и на побережье Ледовитого океана. В составе экспедиции не было отдельного геокриологического отряда, тем не менее многие исследователи уделили вечной мерзлоте значительное внимание [8].
Аласы – это специфические формы рельефа Центральной Якутии. Но как они образовались? Участник Якутской экспедиции АН СССР А.А. Красюк высказал предположение, что аласные котловины образовались за счет провалов и оседания грунта в результате суффозионных процессов, происходящих в толще известковых пород. Другой участник экспедиции – профессор Андрей Александрович Григорьев, впоследствии академик и первый директор Института географии АН СССР – связывал формирование аласного рельефа с вытаиванием фирновых ледовых образований, и он был близок к истине. Действительно, аласы – продукт термокарста (этот термин введен в 1932 г. не мерзлотоведами, а геологом М.М. Ермолаевым, исследовавшим остров Бол. Ляховский в системе Новосибирских островов), но вытаивает не фирн, а повторно-жильный (трещинный) лед. Это было доказано в 40-е годы XX в. сотрудниками Якутской научно-исследовательской мерзлотной станции Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР – Н.А. Граве, А.И. Ефимовым и П.А. Соловьевым [9].
Необходимо отметить большой вклад в изучение многолетней мерзлоты Якутии еще одного участника экспедиции – геолога С.Г. Пархоменко. В материалах экспедиции к устьям рек Лены и Оленька он достаточно детально описал различные накопления подземного льда в районе исследований: жильный (трещинный) лед, механизм образования которого впервые объяснил, как уже отмечалось выше, А.Е. Фигурин в 1823 г.; «подземные наледи» – так назвал С.Г. Пархоменко бугры пучения – булгунняхи (якутское название). Он обстоятельно и точно сформулировал условия, необходимые для образования булгунняхов. Надо сказать, что С.Г. Пархоменко был самобытным ученым. Отстаивая геологическое направление в мерзлотоведении, он находился в научной оппозиции к М.И. Сумгину – основателю нашей науки, с которым у них велись постоянные дискуссии.
Некоторые мерзлотные исследования в экспедиции проводили геоботаники и почвоведы. В частности, Р.И. Аболин в своем отчете выделил отдельную главу, в которой проанализировал влияние среднегодовой температуры воздуха и толщины снежного покрова на формирование вечномерзлых грунтов, а также зависимость глубины сезонного прота-ивания от вида растительности на различных участках.
При знакомстве с отчетами Якутской комплексной экспедиции АН СССР поражает скрупулезность и полнота описания маршрутов, бережное отношение к любой информации, получаемой в процессе полевых работ. Именно благодаря этому участники экспедиции добывали обширный научный материал, несмотря на короткий летний период, значительную часть которого «съедала» дорога.
Хозяйственное освоение области распространения вечной мерзлоты потребовало обобщения научных данных об этом природном явлении. Эта задача была успешно решена Михаилом Ивановичем Сумгиным, который в 1927 г. опубликовал книгу «Вечная мерзлота почвы в пределах СССР» [2]. С появлением этого труда мы связываем становление мерзлотоведения как самостоятельной науки.
Другим важным событием, сыгравшим большую роль в успешном развитии отечественного мерзлотоведения, явилось создание в 1930 г. в системе Академии наук СССР по инициативе академика Владимира Ивановича Вернадского первого научного учреждения для комплексного изучения криолитозоны и координации всех исследований в этой области – Комиссии по изучению вечной мерзлоты. Возглавил ее академик Владимир Афанасьевич Обручев.
В период с 1930 по 1935 гг. этой комиссией было проведено пять совещаний по вечной мерзлоте. В 1936 году она реорганизуется в Комитет по вечной мерзлоте АН СССР, который в 1939 г. получил статус Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР (Москва). Ему были переданы научно-исследовательские мерзлотные станции в Воркуте, Игарке, Якутске, Анадыре, Чульмане.
В 1959 году Институт мерзлотоведения им. В.А. Обручева АН СССР опубликовал капитальный труд «Основы геокриологии (мерзлотоведения)» в двух частях [6]. В первой из них рассматриваются геолого-географические аспекты мерзлотоведения, а во второй – инженерные. Эти книги до настоящего времени являются настольными не только для начинающих исследователей, но и для старшего поколения ученых.
В 1961 году на базе Северо-Восточного отделения Института мерзлотоведения им. В.А. Обручева в г. Якутске был организован Институт мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР, который с февраля 1995 г. носит имя его основателя и первого директора академика Павла Ивановича Мельникова. В состав института вошли Игарская и Алданская научно-исследовательские мерзлотные станции. Последняя в 1965 г. перебазируется в пос. Чернышевский (Якутия) и получает название «Вилюйская». В разные годы было организовано еще несколько региональных научных подразделений института: Казахстанская высокогорная геокриологическая лаборатория, Читинская лаборатория инженерной геокриологии, Северо-Восточная мерзлотная станция в г. Магадане.
Изучение вечной мерзлоты в XIX и XX вв. велось не только в России, но и в США, Канаде, Китае, Монголии. Важной предпосылкой координации мерзлотных исследований в Северном полушарии явилось создание в 1970 г. по инициативе П.И. Мельникова Научного совета по криологии Земли АН СССР и проведение II Международной конференции по мерзлотоведению (Якутск, 1973 г. ).
В 1983 г. по предложению опять-таки Павла Ивановича была создана Международная ассоциация по мерзлотоведению, которую он возглавлял в годы ее становления. Затем ею руководили ученые из США, Канады, Китая, Швейцарии. С 2008 г. председателем ассоциации является известный ученый в области мерзлотоведения профессор Ханс Хуббертен (Германия), с которым российские исследователи давно тесно сотрудничают.
Международная ассоциация по мерзлотоведению сыграла и продолжает играть важную роль в координации геокриологических исследований, проводимых в разных странах мира, является инициатором международных встреч, семинаров и конференций, на которых обсуждаются новые данные о вечной мерзлоте и перспективы ее дальнейшего изучения
Литература
1. Бэр К.М. Материалы к познанию нетающего почвенного льда. – Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2000. – 159 с.
2. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. 1-е изд. – Владивосток, 1927. – 372. с.; 2-е изд. – М., 1937. – 373.с.
3. Дополнения к актам историческим, собранным и изданным Археологической комиссией. – 1869.– Т. XI. – 200 с.
4. Татищев В.Н. Общее географическое описание всея Сибири: Избр. тр. по географии России. – М.: Географгиз, 1950. – Глава 2. – С. 36–76.
5. Общее мерзлотоведение. – М.: Наука, 1974. – 291 с.
6. Основы геокриологии (мерзлотоведения). В 2 ч. – М.: Изд-во АН СССР, 1959. – Часть I. – 459 с.
7. Каменский Р.М. Шахта Шергина // Наука и образование. – № 3 (19). – 2000. – С. 132–135.
8. Каменский Р.М. Мерзлотные исследования Якутской экспедиции АН СССР: Материалы научной конференции, посвященной 70-летию создания Якутской комплексной экспедиции Академии наук СССР. – Якутск, 1996. – С. 61–66.
9. Каменский Р.М. Что мы знаем о вечной мерзлоте // Вестник РАН. – 2007. – № 2. – С. 164–168.
Первая страница
(c) 2001
