Программа научных исследований 2008 года в местах былых геотермических наблюдений и находок плейстоценовой фауны в криолитозоне Сибири и Дальнего Востока, реализуемая в рамках проекта АНО Губернской академии “Криогенные процессы и плейстоценовая фауна Сибири” при поддержке Администрации ЯНАО.

На территории Западной Сибири (ЯНАО) в первой половине XIX века были получены первые данные о температуре верхних горизонтов мерзлых толщ. Доказательством глубокого – многолетнего, промерзания земной коры стали данные измерения температуры в этот же период в Восточной Сибири. Не менее важные сведения о температуре горных пород в районах южной границы вечной мерзлоты были получены на юге Дальнего Востока в первой половине ХХ века. Данные о современной температуре горных пород и/или активные проявления криогенных процессов, связанных с ее повышением, которые можно получить на этих участках позволят судить о реакции вечной мерзлоты на изменения климата.

Находки в XVIII-XIX вв. мамонтов и носорогов с хорошей сохранностью мягких тканей (Харитон Лаптев, Иоганн Георг Гмелин, Михаил Фридрих Адамс, Петер Симон Палас) были первым и очевидным свидетельством существования непрерывного подземного оледенения в Сибири на протяжении многих тысячелетий. Такие находки и места их обнаружения представляют собой предмет исследования четырех направлений криологии Земли – микробиологии криолитозоны, криолитологии, исторической и региональной геокриологии.

В криолитозоне останки животных плейстоцена, вымерших в доисторические времена, сохраняются лучше, чем в современных холодильных установках. Вмещающими мерзлыми толщами обычно являются сингенетические, как правило, сильнольдистые отложения. Поэтому места их погребения литогенезом в разные эпохи плейстоцена в настоящее время вскрываются на участках развития современных криогенных процессов. Методами региональной геокриологии можно выделить участки, перспективные для поиска ископаемых останков плейстоценовой древней фауны и изучить мерзлотные условия в их пределах. Криолитологические исследования позволяют получить данные, свидетельствующие об условиях промерзания вмещающих отложений. Неизбежное при сохранении в будущем тенденции потепления климата многолетнее протаивание таких отложений лишит человечество возможности получения сведений об особенностях плейстоценовой фауны и микробиоты, использования ее полезных свойств в медицинских целях.

Цель – разработка Программы создания и оборудования сети мониторинговых площадок в местах былых наблюдений в Азиатской части России для постановки и проведения комплексных геокриологических и биологических исследований, направленных на получение данных о реакции криолитозоны на изменения климата, условиях захоронения и сохранения в мерзлых толщах биологических организмов плейстоцена.

1. Сбор сведений и материалов о первых исследователях вечной мерзлоты и подробностей о маршрутах и результатах их экспедиций в Национальной библиотеке г. Якутска, архивах ИМЗ РАН, Тындинской мерзлотной станции, Бомнакской метеостанции, архиве РС (Я).

2. Выполнение рекогносцировочных исследований по поиску местонахождения участков получения первых инструментальных и систематических геотермических данных - шахты Миддендорфа в окрестностях Якутска, Бомнак (Верхнезейсткая равнина), Сковородино (Амурская область).

3. Изучение криогенных процессов, явлений, образований и мерзлотных условий в районе обнажения Мамонтова гора в долине р. Алдан, являющегося стратиграфическим эталоном для всей Восточной Азии, в разрезе которого имеются два костеносных горизонта плейстоценовой фауны (в верхней части разреза имеются многочисленные остатки мелких и крупных млекопитающих - шерстистого носорога, широколобого лося, мамонта, восточной лошади).

4. Обустройство наблюдательной сети (реперов) для изучения динамики термоденудации и термоэрозии на участках находок плейстоценовой фауны и работ первых исследователей вечной мерзлоты – обнажение подземных льдов 50-метровой террасы р. Алдан (Мамонтова гора), обнажение подземных льдов в долине р. Чара и окрестности Якутска (Центрально-Якутская равнина)

5. Обследование и восстановление старых и/или обустройство новых наблюдательных скважин для продолжения исследований на геокриологических стационарах, имевших длительный ряд наблюдений в XX веке - Улахан-Тарын, Ерюю, Булус, трасса АЯМ, Сковородино, Чарская котловина, Удокан, Этеркан.

6. Организация и проведение в рамках проекта учебных и производственных практик студентов для сбора фактических данных о современных геокриологических условиях

7. Мерзлотно-ландшафтные исследования с отбором проб грунтов, подземных льдов и дендрокернов на участках исследований.

Районы работ: Центрально-Якутская равнина, Приленское плато, Чульманская впадина, Становой хребет, хр. Тукурингра, хр. Турана, Верхнезейская равнина, хр. Удокан, Чарская котловина.

Координаторы работ:

Ответственный исполнитель и координатор геотермических исследований; координатор (организация и проведение исследований) работ в Центральной и Южной Якутии (по трассе АЯМ) и Забайкалью - д.г.-м.н. М.Н. Железняк;

Координатор по геоэкологии; куратор исследований на Чарском сегменте (Чарская впадина и хребты Удокан и Калар) - к.г.-м.н. Д.О. Сергеев;

Ответственный исполнитель и координатор геокриобиологических и инженерно- геокриологических исследований; куратор полевых работ на Мамонтовой горе – д.г.-м.н. А.В. Брушков;

Ответственный исполнитель проекта; координатор региональных геокриологических и ландшафтных исследований; куратор полевых работ в Западной Сибири и Дальнем Востоке – к.г.н. В.В. Самсонова.

Координатор (Япония) миробиологических исследований – доктор наук М. Танака

Координатор (Япония) по изучению свойств грунтов – доктор наук С. Акагава

Ответственный исполнитель, координатор палеонтологических исследований – д.б.н. Г. Г. Боескоров;

Куратор полевых криолитогических исследований в Центральной и Южной Якутии, в Забайкалье и на Дальнем Востоке – к.г.-м.н. Е.С. Микляева

Куратор полевых гидрогеологических исследований на стационаре Чабыда – к.г.-м.н. А.В. Бойцов

1. Освоение студентами различных методик полевых исследований и получение практических навыков их проведения, обработки фактических данных и составления НТО

2. Схемы и карты участков работ различного тематического содержания

3. Фактические данные о современном состоянии криолитозоны в скважинах, измерения температуры в которых проводились в периоды потеплений и похолоданий в XIX и XX века.

4. Получение данных о водно-физических и теплофизических свойствах почв, грунтов и напочвенных покров для прогнозного и ретроспективного моделирования

5. Построение дендрохронологий для районов исследований

Цель – получение фактического материала для разработки Ямальского блока Программы создания и оборудования сети мониторинговых площадок в местах былых наблюдений в Азиатской части России для постановки и проведения комплексных геокриологических и биологических исследований, направленных на получение данных о реакции криолитозоны на изменения климата, условиях захоронения и сохранения в мерзлых толщах биологических организмов плейстоцена.

Задачи:

1. Изучение современных климатических, геоморфологических, гидрологических, геоботанических условий

2. Геокриологические исследования с отбором проб грунтов, подземных льдов и дендрокернов на участках исследований

3. Выявление взаимосвязей между компонентами ландшафтов на ключевых участках

4. Изучение условий теплообмена на поверхности, тепловых свойств и температурного режима грунтов.

5. Изучение криогенного строения и льдистости отложений в обнажениях долины р. Юрибей и прилегающих к ней фрагментов морских и озерно-аллювиальных равнин.

6. Выявление участков развития и активизации современных криогенных процессов.

7. Исследования особенностей проявления и развития криогенных процессов с оценкой их динамики.

Оценка особенностей проявления криогенных процессов в долине р.Юрибей и на прилегающих к ней фрагментах морских и озерно-аллювиальных равнин, выявление комплексных и частных индикаторов и комплексное описание участков долины р.Юрибей, перспективных для поиска ископаемых останков плейстоценовой древней фауны.

Научный руководитель,
академик РАН В.П. Мельников

Исполнитель: Самсонова Вера Васильевна
тел.: (3452) 46-39-78; 8 912 92 89798
e-mail: samsonovavera@rambler.ru

ПРИЛОЖЕНИЕ

Первый документ в виде записи, которую сделал в своем дневнике голландец Ysbrand Ides (И. Идес), путешествовавший по Сибири в 1707 году, свидетельствует о находке останков мамонта хорошей сохранности на Енисее.

Недра Сибири оказались настоящей кладовой не только скелетов ископаемых животных плейстоцена, вымерших в доисторические времена. Находки мамонтов и носорогов с хорошей сохранностью мягких тканей были первым и очевидным свидетельством существования непрерывного подземного оледенения в этом холодном крае Земли на протяжении многих тысячелетий. Однако для сбора фактического материала, доказывающего, что глубокое промерзание возможно и вечная мерзлота широко распространена в Сибири, потребовалось более столетия. Такие сведения собирали русские и иностранные путешественники и члены экспедиций Российской Академии Наук – Харитон Лаптев, Иоганн Георг Гмелин, Михаил Фридрих Адамс, Петер Симон Палас и др.

Собранные профессором Тюбингенского университета и академиком Российской Академии Наук Иоганном Георгом Гмелиным во время Великой Северной экспедиции материалы, которые содержали свидетельства о небольшом оттаивании почвы в Сибири и на Дальнем Востоке, были изданы в Германии в начале второй половины XVIII века. Но и в 1825 году явление глубокого промерзания Земли в Сибири все еще оспаривалось и оставалось не признанным частью зарубежных ученых.

Большое значение в Российской Академии Наук придавалось поддержке ее усилий со стороны Александра Гумбольдта, который в 1829 году по приглашению Российского правительства отправился в путешествие по Уралу, а затем и по Западной Сибири. Гумбольдт не просто интересовался - сам занимался сбором фактических данных о глубине оттаивания и температуре почв на Урале и в других местах своего пребывания. Кроме этого он отправил доктора Альберта в Березово и Обдорск, чтобы получить сведения о мерзлом слое, с заданием - узнать сохраняется ли он до конца лета, находится ли он повсюду или только в болотистых местах, существует ли там неизменно мерзлый слой, и какой он имеет вид.

В 2008 году исполнится 180 лет с начала двух предприятий, связанных со сбором инструментально полученных фактических данных, подтверждающих и неопровержимо доказывающих наличие вечной мерзлоты. В 1828 году Федор Шергин в Якутске, во дворе своего дома, расположенного на первой террасе реки Лены, предпринял попытку выкопать колодец. В этом же году отправился в продлившее три года кругосветное путешествие для сбора данных о земном магнетизме под разными долготами и широтами физик Георг Адольф Эрман, впоследствии избранный профессором Берлинского университета.

Эрман, исследовал в Западной Сибири не только магнетизм, он стал первым в истории науки ученым, который в 1828 году пробурил скважины в Тобольске, Березово, Обдорске и измерил в них температуру грунтов. Весной 1929 года Эрман, следуя через Якутск, впервые измерил температуру на дне колодца-шахты Шергина, к тому времени пройденной до глубины около 15 м. В отчете о своем путешествии по этому поводу Эрман, судя по зафиксированному им значению температуры, пришел к заключению о том, что воду можно встретить, “не менее, чем на глубине 600 футов (183 м), до тех же пор должна быть только промерзшая земля”. Летом того же года адмирал Ф.П. Врангель, назначенный правителем русских поселений в Америке, проезжая через Якутск, узнав о шахте и решении Шергина прекратить работы по ее проходке, предложил ему продолжить ее углубление за счет Российско-Американской компании, которая финансировала это предприятие до 1836 г.

Весной 1830 года, когда шахта была пройдена до глубины 30 м, инженер Злобин детально описал геологический разрез. С этого же года Шергин вел измерения температуры в шахте, результаты которых сообщал в Академию, вплоть до весны 1837 г., когда из-за отсутствия средств работы по проходке мерзлоты были прекращены на глубине 116, 5 м. По окончании работ Шергин отправил в Академию наук образцы горных пород. Адмирал Врангель попросил академиков Гельмерсена, которому он передал образцы мерзлых пород из шахты для исследования, и Бэра сделать доклады на заседании Академии Наук. В начале 1838 года Академия наук предложила Шергину продолжить наблюдения за температурой воздуха в стволе и грунтов стенках шахты в течение года и дополнительно изучить насколько к концу теплого периода года оттаивает почва в окрестностях Якутска. Осенью 1838 года от Шергина пришел ответ на вопросы о глубинах протаивания почвы, но от продолжения исследований температуры в шахте он отказался в связи с намерением уехать из Якутска в Европейскую Россию зимой 1839 года. Судя по данным, полученным Шергиным, температура, оставаясь отрицательной, с глубиной повышалась, и на дне шахты имела значение около -0,75 ⁰С. Были сомнения относительно точности полученных данных, охлаждающего влияния воздуха в стволе шахты и др.

В Петербургской академии наук было принято решение о снаряжении экспедиции в Восточную Сибирь. В период подготовки этой экспедиции академиком Карлом Бэром было выполнено первое академическое обобщение всех известных к началу 40-х годов XIX века сообщений путешественников и ученых о наблюдениях, касающихся вечной мерзлоты - “Materialien zur Kenntniss des unvergänglichen Boden-Eises in Sibirien” (“Материалы к познанию нетающего почвенного льда в Сибири”). Рукопись, как это было принято тогда в Российской Академии Наук, была подготовлена на немецком языке, набрана и сверстана в типографии в 1842 году, но так и не вышла в свет. Сводка была предназначена отправлявшемуся в экспедицию Александру Миддендорфу (первый и единственный типографский оттиск был передан ему перед отъездом). На русский язык эта работа Бера была переведена М.П. Лавровой и под редакцией акад. В.А. Обручева и М.И. Сумгина подготовлена к изданию через 100 лет в 1940 году. Но напечатать ее тогда не удалось. “Materialien zur Kenntniss des unvergänglichen Boden-Eises in Sibirien” в переводе на русский язык были изданы лишь в 2000 году.

Восточно-Сибирская экспедиция под руководством Миддендорфа отправилась в Сибирь осенью 1842 года. Бэр особо отмечает, что экспедиции ставится двойная задача:

- ознакомится в географическом, этнографическом и естественно-историческом отношениях с местностями, расположенными между рр. Пясиной и Хатангой, с выходом к морскому берегу, чтобы сделать наблюдения за продуктивностью Ледовитого моря;

- сообщить температурные данные о мерзлом слое в шахте Шергина и собрать в других местностях сведения о протяжении, мощности и свойствах почвенного льда в Сибири; измерить температуры, до которых солнце и атмосферные воды нагревают летом почву над мерзлотой на различной глубине и в различных местностях; определить род растительности, возможной при таком нагревании; определить отношение источников к почвенному льду; по возможности увеличить количество сведений о температуре почвы, в которой замерзшее состояние воды представляет только частичное явление; обучить пригодных к тому людей производить самостоятельные наблюдения в тех местностях, которые экспедиция сама не сможет посетить.

Миддендофом проведены наблюдения за температурой мерзлоты в Туруханске и на Пясине, и в бассейне Лены – в Якутске, Олекминске, Витимске, на Усть-Мае и в Амгинской слободе.

В Туруханске были пробурены три скважины, первая до глубины 7,92 м, вторая – 12,5 м, третья – 9,14 м. Во всех скважинах он провел серию наблюдений в конце марта, а в двух последних во второй половине декабря 1843 г. В марте 1843 года на участке второй скважины земля промерзла до глубины 84 см, на участке третьей - 48 см. Температуры в скважинах от и глубже 2, 44 м были положительными.

На Пясине Миддендорфом пробурена одна скважина вблизи Введенского зимовья до глубины около 4 м, наблюдения в которой были проведены в середине ноября 1843 г. Температуры были отрицательными и имели значения от -2,5 ⁰С на глубине около 1,5 м до -5,6 ⁰С на глубине 4 м.

В шахте Шергина наблюдения велись периодически с 5 апреля 1844 по 18 июня 1846 г. Данные замеров температуры показали, что с глубины 2,14 м по всему разрезу шахты на расстоянии 2,14 м вглубь от ее стенки в течение года она сохраняет отрицательные значения. С глубины 30 м была отмечена тенденция понижения ее значений по сравнению с данными Шергина, все увеличивающаяся с глубиной разность составила на дне шахты около 2⁰С. Измерения температуры в этой шахте стали неопровержимым доказательством глубокого промерзания горных пород в Сибири и существования вечной мерзлоты на ее просторах.

Кроме этого в окрестностях Якутска Миддендорф измерял температуру в Шиловской шахте до глубины 18,3 м (с ноября 1844 по июнь 1846), в Манганской шахте - 17,1 м (с марта и до конца мая 1846) и Леонтьевском шурфе - 6,1 м (в июне 1846). Во всех этих выработках с глубины 2,14 м температуры во все даты измерения оставались по всей глубине отрицательными, однако на глубине 15,25 м в Шиловской и Манганской шахтах они имели в два раза меньшие значения, чем в шахте Шергина.

Наблюдения в Амгинской слободе проводились в последней декаде мая в 1845 г. и во второй половине марта – первой пентаде апреля 1846 года, начиная с глубины 2,14 м до 18,3 м, значение температуры на этой глубине не изменялось и составляло –2,25 ⁰С. Выше по разрезу в этой скважине были отмечены колебания значений температуры. В Давидовской шахте (при впадении р. Маи в Алдан), глубиной 10,68 м температуры на глубине 2,14 м, имели аналогичное данным замера в Амгинской слободе в те же сроки значение, на дне шахты температура составила –1, 4 ⁰С. В Олекминской шахте температуры во второй декаде 1846 года с глубины 2,14 (от –0,56 до –0 ⁰С) до 6,1 (-0,38 ⁰С) были отрицательными. По всему разрезу Витимской шахты (до 7,62 м) температуры оказались положительными.

Повторные замеры температур в шахте Шергина были осуществлены в XX веке:

- Зацепиными в 1934-1937 гг., в интервале 30 – 50 м измеренные значения совпали с данными Миддендорфа, затем до глубины 60 м они были несколько выше, а с глубины около 65 м – ниже, причем на глубинах от 95 м с отклонением в 0,2-0,3 ⁰С;

- И.Д. Белокрыловым в 1942 г., в интервале глубин на глубине 30 м значения были близкими, в интервале 40-50 м практически совпали, а глубже, так же как и у Зацепиных оказались ниже, чем у Миддендорфа.

Совпадение температурных данных у трех исследователей в одном и том же интервале стало подтверждением кондиционности собственно измерений Миддендорфа, в которой сомневались ученые и в то время, и позже. Более того, вычисленная им мощность мерзлоты - 187-204 м, на основании геотермических градиентов – 2.8 и 3,3 ⁰С, принятых в результате анализа данных выполненных им наблюдений, оказалась весьма близкой к значениям, установленным при бурении в XX веке (210-214 м).

Во второй половине XX в. при масштабных исследованиях температуры грунтов селитебных и не нарушенных территорий была установлена существенная роль снежного покрова в формировании температурного режима мерзлых пород. При проходке шахты в зимний период снег около нее вытаптывался, а холодный воздух беспрепятственно опускался внутрь на протяжении 10 лет. Сочетание этих двух факторов не могло не сказаться на изменении теплового состояния – существенного охлаждения горных пород вокруг ствола шахты. Кроме этого после изучения температуры пород под зданиями на сваях стало известно и о значительном охлаждающем влиянии проветриваемого подполья. Однако, если зимой холодный воздух опускается до дна, то летом циркуляция воздуха в шахте вряд ли существует. В этой связи шахта на протяжении 170 лет, несмотря на то, что грунты, непосредственно под срубом отсутствуют, наверняка создавала значительно больший отрицательный тепловой баланс для вмещающих ее грунтов, чем существующий на окружающей территории, т.е. условия для промерзания их не только с поверхности, но и с боку. Можно предполагать, что совпадение данных в интервале 30-50 м. обеспечивается за счет “теплоизоляционного” воздействия деревянной крепи, а более низкие температуры, полученные Миддендофом в интервале до 30 м - запасом холода, накопленного в период проходки шахты.

Следующим важным этапом в изучении температуры почв на территории Сибири стали стационарные инструментальные исследования, проводившиеся по программе Первого Международного Полярного года на острове Сагастырь в дельте Лены в 1882-1883 гг. Температуры почвы в течение годового цикла регулярно измерялась на глубинах 0,4, 0,8 и 1,6 м. Были полученные данные, позволяющие определить среднюю месячную температуру и абсолютные экстремумы на этих глубинах. Впервые была установлена максимальная глубина протаивания, а для ее определения применен геотермический метод. Поэтому 2008 год является двойной знаменательной датой – введения геотермического метода для изучения температуры (165 лет) и глубины залегания кровли вечной мерзлоты, а так же температурного режима почво-грунтов деятельного слоя (115 лет).

Весьма полезным для изучения особенностей вечной мерзлоты и положения ее южной границы в восточных районах оказалось строительство железной дороги из центра России до Тихоокеанского побережья. В период строительства Транссибирской магистрали было собрано много фактических данных о мощности, глубине протаивания и даже температуре почво-грунтов, распространении наледей и других криогенных явлений, образований и процессов в зоне трассы. Особо следует выделить исследования температуры грунтов, проведенные на станции Бомнак. Научный интерес имеют поиск архивных данных и исследования в окрестностях Сковородино (ранее Змеиный, Невер-I, Рухлово) в связи с тем, что там впоследствии работала Опытная мерзлотная станция.

80 лет назад (в 1927 году) была подготовлена к изданию и опубликована монография М.И. Сумгина “Вечная мерзлота почвы в пределах СССР”. В работе вечная мерзлота рассматривалась, как геофизическое явление, и были систематизированы все доступные автору материалы и фактические данные, собранные учеными за два столетия изучения вечно мерзлой почвы Сибири и северо-востока Европейской части СССР. Структура и содержание монографии свидетельствовали о том, что заложены основы новой научной дисциплины, имеющей свой объект и предмет исследования, направления и перспективы для развития. И действительно выход монографии способствовал процессу появления в России специализированных государственных научных учреждений и началу периода систематического изучения вечной мерзлоты. Именно поэтому М.И. Сумгина считают основоположником мерзлотоведения, а 1927 г. - годом рождения этой науки.