Из истории исследований многолетней криолитозоны и возникновения геокриологии

Швецов П.Ф. Материалы к основам учения о мерзлых зонах земной коры. Вводные главы к основам геокриологии. М.: 1955. - 110 с.

Дать правдивое и стройное описание путей, этапов и закономерностей становления геокриологии (связанное с историей развития производительных сил и производственных отношений общества) и отразить в этом описании действительные заслуги стран и лиц, способствовавших познанию криолитозоны как геофизического явления, — первоочередной долг советских геокриологов. Исполнение этого долга представляет собой решение не только актуальной, но и весьма сложной задачи. 

Истории развития таких наук, как география, геология и почвоведение, посвящены десятки сводных трудов и сотни статей, тогда как истории исследований многолетнемерзлой подпочвы и становления геокриологии — только краткие главы известных монографий М. И. Сумгина (Сумгин, 1927; Сумгин, Качурин и др., 1940), Н. И. Толстихина (1941) и несколько статей академика В. А. Обручева. Чтобы подчеркнуть неудовлетворительую осведомленность научной общественности в вопросах истории геокриологических исследований, достаточно будет указать, что до сего времени не были опубликованы, не говорим полностью, а хотя бы частично, в кратком изложении, ценные «Материалы к познанию непреходящего почвенного льда в Сибири» академика К. М. Бэра, собранные им в 1842 г.

Не систематизирован еще богатый материал, собранный и опубликованный в монументальном труде В. А. Обручева «История геологического исследования Сибири», в трудах А. В. Львова и Н. С. Богданова, который указывает на участие большого числа геологов, метеорологов, географов, инженеров горной, строительной и дорожной специальностей в исследованиях мерзлой подпочвы. Все они, сталкиваясь с многолетнемерзлой подпочвой, пытались так или иначе объяснить ее происхождение и оценить практическое значение, а также ее роль в развитии рельефа, почвы и растительности.

Историческое значение исследований мерзлой подпочвы, выполненных в период второй половины XIX в. и первых 16 лет текущего столетия, не выявлено, хотя при изысканиях трасс и строительстве Забайкальской и Амурской железных дорог, в процессе поисков, разведок и добычи полезных ископаемых, а также при заселении Забайкалья и Дальнего Востока, русские инженеры, агрономы и ученые обогатили зарождавшуюся геокриологию множеством фактических данных и выводов. В. А. Обручевым (1947) достижения советских геокриологов оценены хотя и правильно, но не в полной мере и лишь в период до 1946 г.

Нетерпимым пробелом в истории исследований мерзлой подпочвы и становлении геокриологии являлось отсутствие указаний на вы дающуюся роль М. В. Ломоносова в познании закономерностей процессов промерзания и протаивания слоев земной коры.

Советским геокриологам нельзя не знать руководящих идей М. В. Ломоносова в понимании изучаемого ими явления. Этот пробел в истории геокриологии, как и в истории некоторых других наук, заполняется, к сожалению, только в последнее десятилетие.

Сравнивая между собой главы трудов и статьи геокриологов, посвященные истории исследований многолетнемерзлой подпочвы до Великой Октябрьской социалистической революции, всякий убедится, что основоположник геокриологии М. И. Сумган наиболее полно и стройно изложил основное ее содержание (1927 и 1937). Правда, в самом же начале своего очерка М. И. Сумгин допустил непоследовательность в освещении роли русского народа в накоплении и развитии знаний о природе и, в частности, в открытии и познании природных явлений на севере Европы и Азии. 

Н. С. Богданов (1912) писал, что честь как самого открытия многолетней криолитозоны, так и ее изучения, принадлежит русским ученым. М. И. Сумгин не соглашался в этом с Богдановым. По мнению М. И. Сумгина, «утверждение Богданова нельзя признать справедливым, так как еще в 1676 г. Вуд указывал на существование вечномерзлой почвы на Новой Земле, а Витзен в 1692 г. говорил о находках в Сибири целых трупов мамонтов» (1927, стр. 26).

Вслед за этим М. И. Сумгин писал: «...в отношении накопления первоначальных наблюдений над вечной мерзлотой и внедрения самого понятия об этом явлении в представлении ученых заслуга, несомненно, принадлежит русским ученым, а поэтому они имеют приоритет по значению в деле открытия вечной мерзлоты.

Что же касается научного изучения вечной мерзлоты, то здесь и приоритет по времени, и приоритет по значению целиком принадлежит русским ученым.

Я говорю здесь о факте открытия вечной мерзлоты для мира ученых. Народы, обитавшие на огромных пространствах, занятых вечномерзлой почвой,—якуты, чукчи, тунгусы и другие, — разумеется, знали о ней с того времени, как поселились в этих местах, и не только знали, но и пользовались ею в своей хозяйственной деятельности, например, сохраняя в ямах, вырытых в вечной мерзлоте, свои продукты питания» (1927, стр. 26—27).

Непоследовательность М. И. Сумгина в споре с Н. С. Богдановым о приоритете русских в открытии многолетней криолитозоны обнаруживается сразу же, как только мы поставим вопрос: а чем отличаются сведения Д. Вуда и Н. Витзена о наличии мерзлой подпочвы от сообщений русских землепроходцев и воевод, обнаруживших ее на севере Сибири еще в первой половине XVII в., чтобы именно Вуда и Витзена считать первооткрывателями этого геофизического явления? Там, по мнению М. И. Сумгина, что сведения Вуда и Витзена были опубликованы и стали известны «ученому миру».

Но ученые люди обитали не только в одной Западной Европе, не в одном Амстердаме, где Н. Виггзен опубликовал в 1692 г. свои путевые записки и географическую карту Сибири, которая составлялась русским интеллигентом Ремезовым в течение многих лет, начиная с 1667 г. При оставлении этого «Чертежа Сибирской земли» были использованы донесения русских казаков и «промышленных людей».

Сообщения Вуда и Витзена ни подробностями, ни проникновением в сущность открытого явления не отличались от сведений русских землепроходцев, казаков и ленских воевод П. Головина и М. Глебова о наличии на севере Евразии мерзлой подпочвы. В противном случае академик К. М. Бэр, хорошо знакомый с историей вопроса по западноевропейской литературе и, в частности, по русским источникам, отметил бы особую роль Вуда и Витзена в изучении многолетнемерзлой подпочвы, чего в действительности он не сделал.

После десятидневного пребывания на Новой Земле летом 1676 г. Д. Вуд о мерзлой подпочве мог сказать очень немногое: «Если в местностях, в которых нет снега... начать копать землю приблизительно до глубины 2 футов (0,61 м), то встретится лед, который так же тверд, как наш мрамор; факт, о котором раньше ничего не было слышно...» (по Бэру, 1842, стр. 170). Академик К. М. Бэр заметил, что претензия Вуда на первенство в установлении мерзлого состояния подпочвы в летний период ошибочна.

Правда, поправляя Д. Вуда, К. М. Бэр сам допускает неточность. По его мнению, путешественник «в арктическую Америку Фробишер, который почти на 100 лет раньше посетил ее во время трех своих различных экспедиций, имел совершенно травильное представление о непрерывном существовании мерзлоты в глубине, как об этом свидетельствует приводимый ниже отрывок» (по Бэру, 1842, стр. 170). На самомм деле в описании своего путешествия в 1518г. Фробишер сообщал о мерзлой почве островов, отделяющих Гудзонов залив от Баффинова (61° с. ш.), только следующее: 

«Здесь не имеется ни рек, ни горных источников, но зато есть большое количество горных потоков, бегущих с вершин гор и холмов, покрытых вечными снегами. Полагают, что источников здесь и не должно быть, ибо зимой земля промерзает настолько глубоко, что оледенение захватывает также и источники, которые останавливаются в своем течении и затем вливаются в горные потоки, наблюдаемые в большом количестве. Долины, могущие принять воду, в которую летом превращаются снега на вершинах под действием солнечного тепла, поглощают часть этой воды, остальная же часть ее уходит в землю, не имея никаких выходов наружу. Вследствие такого большого количества влаги, земля промерзает в этих местах на 4—6 сажен (8,57—12,84 м) глубже, чем при таком же морозе три отсутствии в ней влаги (даже в летнее время). Такое оледенение настолько связывает камни, что их не удается разбить никакими инструментами. Иногда вода, сбегающая в долины, так насыщает их почву, что избыток ее остается на поверхности. С течением времени долины совершенно заполняются и в конце концов образуют пруды и заводи, сильно замерзающие зимой. Судя по количеству льда, остающегося летом, можно заключить, что летнее тепло далеко не достаточно, чтобы превратить весь этот ледяной запас в воду. Тем не менее я убежден, что воды, находящиеся под ледяным покровом, текут и имеют выход в море» (по Бэру, 1842, стр. 170—171).

Из этого высказывания Фробишера можно заключить лишь то, что он наблюдал глубокое промерзание почвы в зимний период, и совсем не следует вывод о его уверенности в существовании многолетнемерзлой подпочвы. Глубокое зимнее промерзание земной коры Фробишер объясняет повышенной влажностью слагающих ее горных пород (?). Во всяком случае сообщения Фробишера, Д. Вуда и Н. Витзена не 'помешали ученым Западной Европы сомневаться в течение 150 лет после их опубликования в существовании многолетней криолитозоны.

Если же мировая наука от этого не пострадала, то только благодаря участию в ее развитии представителей русского народа.

В древнем русском «Описании чего ради невозможно от Архангельского города морем проходити в Китайское государство и оттоле к Восточной Индии», (1893, 1895), составленном в 1598 г., о северо-восточном отрезке Новой Земли сказано, что в середине июня «на берегах снег еще не таял и олени не могли себе пищу приобрести. Вина же таковой стужи есть се: зане солнце в большие (полярные.—П. Ш.) дни над оризон точию 33 градуса и 40 минутов восходит и лучи своя скось к земли оной низспускает, того ради силы не имеет, еже бы снег и льды разтаяти и мрачные мглы разгнати, и, для того на тех землях никаких древес, ни лесов, ни человеков не обретается, но токмо великие и высокие снежные и лдяные горы» (1895, стр 3, разд. V) . 

Эти слова древней рукописи говорят о том, что в XVI в. русские знали о наличии многолетнемерзлых почв и давали научное объяснение происхождению их. 

«Тая земля (Новая Земля.—П. Ш.) великой радистужи неудобжительна, зане всегда кроме малого времени покрыта есть снегом и на берегах великие и страшные лдяные горы; лесов никаких нет токмо в некоих местах трава ниская и мох» (там же).

Ленские воеводы П. Головин и М. Глебов за 36 лет до Вуда и за 50 лет до Витзена сообщали в Москву: «земля-де, государь и среди лета вся не растаивает». Об этом поступали известия в Москву от казаков, таких
землепроходцев первой половины XVII в., как Иван Ребров, Елисей Юрьев (Буза), Михаил Стадухин и другие. И просвещенные люди России верили им, накапливая сведения о многолетнемерзлой подпочве Сибири, которыми через 100 с небольшим лет воспользовался М. В. Ломоносов для формирования руководящих идей геокриологии, не сомневаясь, конечно, в существовании самого явления.

Свою непоследовательность в решении вопроса о первенстве в открытии многолетней криолитозоны М. И. Сумгин не устранил ни во втором издании своего основного труда (1937), ни в «Общем мерзлотоведении» (1940). Другие «мерзлотоведы» не помогли ему изжить эту непоследовательность, проявив известное равнодушие к вопросам истории геокриологии. 

М. И. Сумгин устанавливает «летоисчисление познаний явлений природы с того времени, как они попадают в круговорот мысли ученого мира, ибо только с этого времени начинается научное познание явлений: прочное накопление фактов, их систематизация, установление причинности и, что очень важно, разработка вопроса в международном масштабе» (1927, стр. 27). Попробуем с этой точки зрения установить год и даже день, с которого начинается летоисчисление геокриологии как отрасли знания. 

Еще в 1841 г. ученый мир Европы и Америки узнал из книги Ф. П. Врангеля (1948);

«Обширное пространство земного шара, заключающееся между Белым морем и Беринговым проливом, почти на 145° долготы, по матерому берегу северной Европы и Сибири, открыто и описано россиянами» (стр. 45). 

«Непреодолимые препятствия, останавливавшие иностранцев в дальнем плавании, преодолены нашими мореходцами» (стр. 45).

Говоря о плаваниях в Карском море англичан Пита и Джекмена в 1580 г. и адмирала Ная в 1594 г. «без пользы для географии того края», Ф. П. Врангель справедливо замечает: 

«В то время берега от Белого моря до реки Оби были уже известны россиянам. Ладьи их (в последней половине XVI столетия) ходили из Белого моря и реки Печоры через Карское море до рек Оби и Енисея» (стр. 45).

В первой половине XVII столетия русские казаки, «промышленные и торговые люди» знакомятся с самыми отдаленными северными и северо-восточными окраинами Сибири: Якутией и Чукоткой. Их донесения и рассказы якутским воеводам и царским властям Москвы содержали первые надежные сведения о географии северной полосы Азиатского материка, о наличии в этой полосе многолетней криолитозоны.

В 1651 г. по указу царя Алексея Михайловича была послана на Новую Землю первая русская государственная экспедиция «для сыску серабряныя я медныя руды и узорочного каменья и жемчугу и для рассмотрения угожих мест» под руководством Романа Неплюева. В состав этой экспедиции входили специалисты-рудознатцы, поэтому ее заслуги в познании состава и состояния недр Новой Земли намного больше заслуг Д. Вуда.

Заинтересовавшись возможностью плавать в Китай северо-восточным проходом, иностранцы пытались пополнить свои познания о Крайнем Севере сведениям», полученными от русских, — к такому заключению пришел проф. В. Ю. Визе (1948), отличный знаток истории исследования Советской Арктики. Собранные первыми исследователями северных окраин Сибири — русскими землепроходцами, в период 1630—1640-х годов «наблюдения не получали широкого распространения из-за общего низкого культурного уровня страны, и даже такие крупные, необычайные и важные в экономическом отношении явления, как вечная мерзлота и подпочвенный лед, о котором говорится в отписках, датированный 1640 г., так и остались неизвестными культурному миру вплоть до работы Витзена и Вуда во второй половине XVII столетия» (Ермолаев, 1952, стр. 12).

В 1954 г. в журнале «Природа» была опубликована очень ценная статья В. В. Покшишевского о заслугах русских землепроходцев в познании непрерывномерзлой подпочвы. Большой заслугой автора следует считать то, что он первый установил исключительную роль историка и географа первой половины XVIII века В. Н. Татищева в сборе и обобщении (в 1736 г.) сведений наших землепроходцев о широком распространении и практическом значении на севере Сибири многолетней криолитозоны. До опубликования этой статьи геокриологам не были известны ни попытка Матвея Кровкова устроить в 1685—1686 гг. колодец в Якутске, ни его донесение в Москву о результатах этого.

Развитие торгового капитала в России конца XVII и начала XVIII в., всемерно поощрявшееся Петром I, сопровождалось ростом интереса к отсталым в экономическом и культурном отношениях окраинам империи, сулившим большие прибыли иностранным и русским торговым людям. В связи с этим возникла уже тогда необходимость в более подробном изучении природных условий и экономики этих окраин.

С этой целью на север и восток Сибири отправляются из Петербурга просвещенные путешественники и целые экспедиции. В первой половине XVIII столетия на севере и востоке Сибири побывали Г. Мессершмидт, Г. Гмелин — участники Сибирско-Тихоокеанских великих северных экспедиций.

Геокриологические наблюдения Мессершмидта и Гмелина ничего существенно нового не внесли в познание мерзлой подпочвы в смысле установления какой-либо закономерности ее развития, происхождения и распространения. Мессершмидт, по словам академика К. М. Бэра, проник далеко на север и на восток, но, кажется, ему даже не приходила мысль, что он проезжал большие пространства над почвой, всегда замерзшей в глубине. В 1723 г. он отметил только, «что в некоторых местах бассейна реки Енисея земля за лето не оттаивает целиком и на известной глубине остается мерзлой, крепкой, как железо» (М. И. Сумгин, 1927, стр. 27). Рукопись Мессершмидта не была опубликована.

Зато В. Н. Татищев уже в первой своей работе, опубликованной в 1725 г., говоря о добыче в Сибири мамонтовой кости, рассказывает, что бивни и целые трупы мамонтов находят в многолетнемерзлой подпочве. В 1736 г. в начале VI главы своего «Общего географического описания всея Сибири» он сообщал просвещенному миру: в «северной оной стране от 59 градуса, почитай, ... во многих местах земля глыбже полу аршина никогда не растаивает и плода приносить не может» (1950, стр. 61).

Собственные геокриолопические наблюдения Г. Гмелина установили всего один факт: у Якутска почва за лето оттаивает до глубины 4 фута (1,22 м). Из рассказов якутских жителей он узнал, что еще в 1685—1686 гг. в Якутске мерзлая земля была вскрыта колодцем глубиною до 30,5 м.

Теперь мы знаем, что эта попытка сделать в Якутске колодец была предпринята по инициативе воеводы Матвея Кровкова. Пытливый Кровков убедился при этом в большой мощности непрерывномерзлой подпочвы и сообщил тогда же в Москву:

«А колодезя, великие государи, в Якуцком сделать никоими мерами нельзя, потому что земля летом только тает в полтора аршина, "а больше дву аршин земли никогда не тает, а в исподи на дне бывает земля всегда мерзла» (Дополнения к Актам историческим, собранные и изданные Археографической комиссией, XI, 1869, стр. 200). Как видим, за 6 лет до опубликования в Амстердаме книги Н. Витзена московский просвещенный мир знал о наличии в Якутске мощной толщи мерзлого грунта и о мощности сезоннопротаивающего слоя земной коры в центральном участке Восточной Сибири. Как теперь известно, 12 глав этого труда были посланы Татищевым в Петербургскую Академию наук для опубликования, но так и не были опубликованы до наших дней.

По мнению К. М. Бэра, хотя Г. Гмелин и вынес из своей поездки твердое убеждение в существовании на значительной части Сибири «непроходящего почвенного льда», однако он не придавал особой веры рассказам казаков об их наблюдениях на глубине 13 сажен при рытье колодца. Видимо, эта недостаточная убежденность Гмелина в существовании мощного слоя мерзлых пород на севере Сибири и дала основание известному Л. Буху через 75 лет после опубликования записок Г. Гмелина (Gmelin, G, 1752) писать, что «должно считать совершенно ненадежными 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 бы повторять в учебниках, как доселе делается. Показания казаков не должно было бы употреблять для подкрепления столь странного и невероятного факта» (цит. по Сумгину, 1927, стр. 28).

Комментируя это .скептическое 'высказывание Л. Буха, от которого веет барским пренебрежением ученого мужа к простым людям практики, М. И. Сумгин замечает:

«Леопольд фон-Бух никак не мог себе представить, чтобы кроны могучих лесов высоко шумели, если под корнями этих лесов находится вечно мерзлая почва: ведь он в любезной Германии во всю свою жизнь никогда не встречал такого «странного и невероятного факта» (Сумгин, 1927, стр. 28 и 29).

Но Л. Бух не верил в факт существования в Сибири многолетней криолитозоны не только потому, что она не наблюдалась им в Германии, но также из-за сложившегося в Западной Европе одностороннего, не диалектического представления о температурном поле верхних слоев земной коры. Он не мог связать действия внутреннего тепла земного шара с холодом атмосферы и найти во взаимодействии того и другого объективные возможности глубокого промерзания литосферы.

«Несмотря на то, — пишет К. М. Бэр, — что мнение о расплавленном состоянии внутренности земли ни в каком случае не исключает возможность существования замерзшей почвы более чем на 100 футов глубины от поверхности, все же уверенность в существовании собственного тепла внутри земли заставляла сомневаться в возможности большой толщины замерзшего слоя и требовала новых подтверждений этого». (Бэр, 1842, стр. 10 и 11).

Сомнение усиливалось известным из обыденной жизни фактом: в средних широтах почва и подпочва не промерзают глубже 2 м, особенно мала глубина промерзания почвы в тех местах, где поверхность ее находится под снежным покровом; смена лета и зимы в таких условиях мало чувствуется даже на глубине 5 метров.

К.М. Бэр полагает, что «Бух утверждается в своих взглядах не столько представлением о расплавленном состоянии внутренности земли, сколько наблюдениями, сделанными им самим и Валленбергом над температурой источников Скандинавии. Из этих наблюдений следует, что чем больше подвигаться на север, тем температура почвы, согласно измерениям ее в источниках, становится выше по сравнению со средней температурой воздуха в данной местности» (Бэр, 1842, стр. 11).

Метафизический метод исследования природных явлений поставил предел развитию познания процессов охлаждения — промерзания и нагревания — протаивания почвы в разных 'климатических условиях, не позволил рассмотреть эти процессы с учетом теплового взаимодействия атмосферы и литосферы. Ученые Западной Европы, находясь в плену метафизики XVIII столетия, не подозревали, а возможно, и не могли себе представить, что за 72 года перед тем, как «всему миру» стало известно отрицание возможности существования многолетней криолитозоны, М. В. Ломоносов легко перешагнул этот предел, возможно, и не чувствуя его.

М. В. Ломоносов не только поверил донесениям ленских воевод, сообщениям казаков и рудознатцев вроде Романа Неплюева о наличии мерзлой подпочвы, но и дал вполне научное, согласующееся с современным представление о происхождении, условиях развития и широком распространении ее. Свои основные понятия о многолетней криолитозоне, как природном явлении, М.В. Ломоносов выразил в 1757 г. следующими словами:

«...Теплота и огонь в недре земном жительствует беспрерывно. И так надлежит посмотреть далее, есть ли там холод и мороз, оным противной. Правда, что обширные Сибирские стороны, а особливо к ледовитому морю лежащие, равно как оные поля пространные, составляющие хребет горы превысокой, которою Китайское государство от Сибири отделяется (имеются в виду, кажется, пустыня
Гоби, Тибет.— П. Ш.), землю в глубине около двух или трех футов во все лето замерзлую имеют». Как говорит М. В. Ломоносов, «сие приписано быть может больше зимнему холоду, летний жар преодолевающему, что сии места, одно ради близости холодного климата, другое для высокого положения к студеному слою атмосферы
поднявшегося, лишаются кроткого небес действия». Он считает, что избыток внешней стужи, проникающей в земную кору, приходит в равновесие с теплом земных недр. «...Подземный огонь много сильнее оной стужи: затем, что она прихожая с земной поверхности, и плод холодного внешнего воздуха; огонь напротив того как в своем отечестве господствует» (1949, стр. 172).

М. В. Ломоносов составил и первое ясное суждение о том, что климат формируется в процессе теплообмена, отражает ход и результаты теплообмена почвы и водоемов с атмосферой. Он оказывается первым из тех, кто придал большое значение снежному покрову в сохранении почвенного тепла. Об этом говорилось уже в главе I.

Известны были М. В. Ломоносову и «странные великие животные, каков и есть слон, в Европе и в северных краях Сибирских, глубоко в земли погребенные» (1949, стр. 89).

Таким образом, к середине XVIII столетия, когда, по прежним представлениям геокриологов, продолжалось якобы «накопление первоначальных наблюдений над вечной мерзлотой», на самом деле существовал уже принцип М. В. Ломоносова о происхождении многолетней криолитозоны и закономерностях ее развития, связанных с наличием широтных и вертикальных географических поясов. Летоисчисление познания многолетней криолитозоны приходится вести с 6 сентября (ст. ст.) 1757 г., со дня произнесения М. В. Ломоносовым «Слова о рождении металлов от трясения земли». Это положение впервые было высказано А. В. Ступишиным (1951).

По сравнению с М. В. Ломоносовым, Г. Мессершмидт, Г. Гмелин, П. С. Паллас и другие путешественники — исследователи XVIII и первой четверти XIX в.—лишь поставщики отрывочных результатов «первоначальных наблюдений над вечной мерзлотой» (М. И. Сумгин, 1927).

П. С. Паллас в описание своего путешествия поместил ценные сведения, собранные его сотрудником—студентом В. Ф. Зуевым, о неглубоком залегании многолетней криолитозоны в тундре у г. Обдорска на р. Оби и о наличии ее в нижнем течении р. Енисея.

Горные выработки и буровые скважины дают большие возможности заниматься геокриологическими исследованиями; но таких возможностей еще не было в XVII и XVIII веках—в эпоху «освоения» поверхностных богатств Севера «промышленниками» и торговцами, открытия новых сибирских «землиц» любознательными казаками-землепроходцами и просвещенными путешественниками;

В 1820—1824 гг. Ф. П. Врангель, Ф. Ф. Матюшкин и Козмин, исследуя обширные пространства северо-восточной окраины Азиатского материка, собрали более многочисленные и надежные, чем Г. Гмелин и П. С. Паллас, данные о многолетней криолитозоне (Врангель, 1948).

В окрестностях Нижне-Колымска по указанию Ф. П. Врангеля были вырыты глубокие ямы в мерзлой подпочве.

«В Нижне-Колымске на глубине четырех с половиной сажен (9,6 м) я нашел землю еще замерзшей. В более высоких местах я часто находил трещины и пещеры, в которых на глубине четырех сажен (8,54 м) нижний слой земли содержал еще большее количество льда, чем верхний» (Врангель, 1948, стр. 135).

На дне «олбутов», затопляемых весной и в периоды летних дождей водой, образующей маленькие и большие мелкие озера, которые к осени высыхают, зимой, при сильных морозах во всей почве образуются глубокие разрывы и трещины, которые идут иногда от какого-нибудь озера к соседней реке и тогда из него вытекает вся вода.

В различных местах на глубине четырех сажен (8,54 м) Ф. П. Врангелю приходилось находить горизонтальные слои чистого льда от одного дюйма до фута (от 2,54 до 30,5 см) толщины. Весь левый берег Колымы и оба берега Алазеи такого строения, а также вышеупомянутые озера имеют подобное же ледяное дно.

Ф. П. Врангель в своих записках сообщает о широком распространении «тарыней» (тарынов) на пути из Верхоянска В Нижне-Колымок, указывая на их сходство с глетчерами. «Песчаный грунт здешних горных долин, особенно на берегах Догдо (приток р. Яны третьего порядка, западный склон хребта Тас-каяхтах.— П. Ш.), во время жаркого лета, обыкновенно после того наступающей сухой осени, совершенно высыхает. Зимой, при сильных морозах, из внутренности выступает вода, разливается во всестороны и замерзает» (1948, стр. 318). «По дороге в Охотск (ив Якутска.— Л. Ш.) и на Омеконских горах встречаются также ледяные поля и никогда не тающие, но они лежат возвышенно и, вероятно, образуются от скопления дождевой и снежной воды, а потому совершенно отличаются от тарыней на берегах Догдо. Лед в тарынях блестящего белого цвета, и получаемая из него вода, судя по вкусу и по тому, что весьма худо разводит мыло, должна заключать в себе много известковых частиц» (там же, стр. 318). 

Штурман Козмин, спутник Ф. П. Врангеля, наблюдал на побережье Ледовитого океана, между устьями рек Колымы и Алазеи мерзлую подпочву, представленную смесью льда и мерзлой земли.

Высокий, крутой, почти отвесный берег речки Куропаточьей большей частью состоит из никогда не тающего льда, смешанного с небольшим количеством почвы и глийы; кое-где видны тонкие длинные корни деревьев, и там, где ледяная масса омывается волнами моря и вследствие этого отваливается небольшое количество находящейся там земли, нередко обнаруживаются кости мамонта.

Низкий берег р. Малой Куропаточьей, в 5 км вверх по течению от ее устья, внезапно поднимается на высоту тридцати—тридцати пяти футов (9—10,5 м) и состоит, как и вышеописанный берег, из льда, глины и незначительного количества почвы. 

Два других спутника Ф. П. Врангеля — мичман Ф. Ф. Матюшкин и врач Кибер наблюдали многолетнемерзлую толщу со льдом в обрыве высокого правого берега р. Мал. Анюй, заключавшую кости мамонтов, носорогов и других животных. Мичман Ф. Ф. Матюшкин, лицейский товарищ А. С. Пушкина, в письме директору лицея Энгельгардту сообщал: «...от Якутска до самого Нижне-Колымска и далее корень лиственницы стелите 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 лесак под мхом чистый лед» (Врангель, 1948).

В это же время (1820—1823) на побережье моря Лаптевых и на Новосибирских островах работала экспедиция Гидрографического департамента под руководством лейтенанта П. Ф. Анжу. Участник этой экспедиция медик А. Е. Фигурин исследовал многочисленные обнажения залежей подземных льдов и отнес большинство их к жильным. Ледяные жилы, по его мнению, образовались из воды, проникавшей в многочисленные трещины промерзания и неравномерного охлаждения почвы и горных пород. Эту точку зрения на происхождение основной массы залежей подземного льда разделил впоследствии К. М. Бэр. Справедливость ее полностью подтвердилась в наше время. 

Ф. П. Врангель, А. Е. Фигурин, Ф. Ф. Матюшкин и Козмин, как и участники второй Сибирско-Тихоокеанской экспедиции, не доставили данных о температуре мерзлой подпочвы; все же данные их геокриологических наблюдений не оставляли места сомнению в существовании многолетней криолитозоны на севере Сибири и побудили Российскую Академию наук обратить внимание на это еофизическое явление.

Достоверные сведения о наличии многолетней криолитозоны и температуре мерзлых пород в нижнем течении р. Оби сообщил А. Эрман. 

В декабре 1825 г. он пробурил в Березове скважину глубиной 18,2 м и измерил на указанной глубине температуру мерзлой подпочвы. В декабре 1828 г. им была пробурена скважина в Обдорске, в которой температура измерялась на глубине 6,4 м у забоя. В том и другом месте на указанных глубинах отрицательная температура пород была обнаружена непосредственным измерением ее термометром.

Через 85 лет после того, как М.В. Ломоносов заложил начала учения о мерзлой зоне земной коры, Российская Академия наук сделала следующий решающий шаг в геокриологических исследованиях. Но для того, чтобы совершить этот шаг, одного желания самих ученых Петербурга было недостаточно.

Стимулом к развитию геокриологии явилась весть о неслыханном во всем мире достижении практики — проходке в мерзлых породах Якутска шахтного колодца глубиной 116,4 м. Нужда жителей Якутска в воде, наличие среди них любознательного и предприимчивого Федора Шергина, некоторая заинтересованность в знании условий и техники проходки горных выработок в мерзлых породах со стороны Русско-Американской компании — вот основные предпосылки к возникновению Шергинской «шахты».

Знаменитая шахта в Якутске носит имя Ф. Шергина вполне заслуженно. Девять лет подряд, начиная с 1828 г., он руководил работами по углублению «колодца» в мерзлую толщу, то веря в успех, то сомневаясь в возможности достичь водоносного слоя.

Работать можно было только зимой, когда плотность воздуха на поверхности была больше, чем у забоя шахты, и поэтому ствол и забой вентилировались естественно. Летом тяжелый воздух нижнего отрезка шахты оставался неподвижным, свечи у забоя гасли, забойщики задыхались. Искусственной вентиляции не было.

Несмотря на то, что углубление шахты, даже после крушения надежды на вскрытие водоносного горизонта, поощрялось известным исследователем севера Сибири и влиятельным представителем Русско-Американской компании Ф. П. Врангелем, стоимость проходческих работ последней зимы (1835—1836) в сумме 1362 рубля компания Шергину не возместила. Этот инцидент был причиной ухода Шергина со службы в компании и отъезда на родину.

Ф. Шергин лично занимался геотермическими наблюдениями, переписывался с Петербургской Академией наук, сообщая ей сведения о температуре горных пород в шахте, о глубине летнего оттаивания почвы в Якутске и о наличии источников подземных вод в Якутии. В сентябре 1838 г. он исследовал в окрестностях Якутска, на какую глубину оттаяла почва. Указав глубины оттаивания почвы в лесах, на открытых местах, болотах, лугах и песчаных участках, Шергин добавляет, что лето 1838 г. было в Якутске необыкновенно теплое и продолжительное. В отношении академика К. М. Бэра к Ф. Шергину чувствуется особая теплота. Значение Ф. Шергина в геокриологии можно сравнить с значением Антона Левенгука в микробиологии.

Проф. А. Эрман в апреле 1829 г. измерил температуру мерзлых пород в Шергинской шахте на глубине 15, 75 м. (минус 6° Р.—П. Ш.) и стал благодаря своим сообщениям о полученном результате этого измерения в газетах Западной Европы «известным мерзлотоведом», хотя, по мнению К. М. Бэра, сомневался в большой мощноститзамерзшей почвы. В 1832 г. в № 19 петербургской «Северной Пчелы» была опубликована выписка из письма Н. Щукина, в которой сообщалось о температуре и литологическом составе мерзлых пород, вскрытых к тому времени шахтой. «Пласты, вырытые в 1831 году,—писал Н. Щукин, — еще не исследованы. Хозяин упомянутого колодезя (Ф. Шергин. — П. Ш.) не пугается неудачею:
теперь копают уже из одного любопытства» («Сев. Пчела», № 19).

Все эти сведения не могли не поразить умы русских ученых. Один факт наличия шахты глубиною 116,4 м, пройденной в «ледяной почве», да еще в Якутске — в захолустье царской России, в то время значил очень многое. Такая шахта существовала только в России и давала возможность доказать, что казакам можно верить, а некоторые ученые Запада своими предвзятыми, схоластическими идеями и неверием во все, что не ими открыто, тормозили развитие науки. Эту возможность блестяще реализовал А. Ф. Миддендорф.

Геотермические наблюдения А. Ф. Миддендорфа в Шергинской шахте дали первую возможность судить о численных значениях отрицательной температуры мерзлых пород до глубины 116 м, о геотермическом градиенте в области развития непрерывномерзлой подпочвы и даже о мощности криолитозоны.

Сомнения в соответствии температур мерзлых пород, измеренных А. Ф. Миддендорфом в стенках Шергинской шахты, действительным температурам криолитозоны данного участка, а также сомнения в достоверности вычисленных им значений геотермической ступени и мощности мерзлой подпочвы, высказанные К. М. Бэром и другими учеными, не оправдывались. Геотермические наблюдения Якутской научно-исследовательской мерзлотной станции в основном подтвердили данные и выводы А. Ф. Миддендорфа.

В период своих экспедиционных исследований (1842—1845) А. Ф. Миддендорф изучением многолетней криолитозоны занимался не попутно, а впервые специально, по поручению Академии наук, стараясь собрать как можно больше данных о мерзлой подпочве и связанных с нею явлениях. Геотермические наблюдения произведены им в скважинах и шурфах 12 пунктов Восточной Сибири. В результате этих наблюдений были получены данные о температурах мерзлых пород по трем буровым скважинам в г. Туруханске, по одной у зимовья Введенского вблизи истока р. Пясияы, вытекающей из одноименного озера, по шахте Шертина в Якутске, по шурфам Манганскому, Леонтьевскому и Шиловскому в районе г. Якутока, Амгинскому на р. Амте около Амгмнской слободы, Давыдовскому у места впадения р. Май в Алдан, Олекминскому у г. Олекминска и Витимскому у г. Витимска (Обручев, 1946; Миддендорф, 1861). 

«Миддендорф»,— пишет В. А. Обручев, — отверг мнение, которое ему высказывали, что огромная мощность мерзлоты в Якутске обусловлена тем, что здесь периодически отлагался из реки нанос, который замерзал, а затем перекрывался новым слоем наносной почвы, также замерзавшим» (Обручев, 1946, стр. 473). Высказывания А. Ф. Миддендорфа о географическом распространении и происхождении многолетней криолитозоны развили геокриологические идеи М. В. Ломоносова.

А. Ф. Миддендорф первый обратил внимание на резкое различие в скоростях и глубинах протаивания песчаных и глинистых почв. При самом поверхностном рассматривании .на далеком севере он всегда убеждался, что всякая глина, равно и болотная почва, постоянно находимы были крепко замерзшими и летом наиболее оказывали сопротивление таянию; сухой песок, напротив, летом оттаивает на значительно большей глубине. Причинами уклонений в протаивании оказываются, по словам А. Ф. Миддендорфа, различные степени тетмопроводности слоев земли, различие того же Качества в покрышке почвы и присутствие большего или меньшего количества воды.

Научные исследования мерзлой подпочвы, выполненные А. Ф. Миддендорфом по поручению Российской Академии наук, окончательно закрепили первенство русских ученых в открытии и познании криолитозоды как природного геофизического явления. Результаты геокриолопических исследований Миддендорфа, опубликованные в 1846—1849 гг., наконец-то убедили ученых Западной Европы в существовании мнотолетнемерзлой подпочвы, заставили их признать, что они получили правильное понятие о распределении и .мощности мерзлой зоны литосферы.

Высказывания А. Ф. Миддендорфа о криогенных гидрогеологических явлениях севера Сибири, о наличии ключей и запасах подземных вод в жидкой фазе, а также об условиях сосуществования жидкой и твердой фаз воды в земной коре, существования равновесия в тепловом взаимодействии водоносных и мерзлых слоев и массивов горных пород представляют большой интерес. 

«Где реки или озера на севере в позднюю осень скудны водой, — пишет А. Ф. Миддендорф, — там во вторую половину зимы они промерзают насквозь. Так бывает не только на Сибирском севере, но и в Новой Земле; не только на крайних пределах севера, но и у истоков больших Сибирских рек, например, Яны и Индигирки... даже до 50 градусов широты к югу» (1860, 1861, 1862, стр.434).

«Откуда же берется зимняя вода в северных реках, если там нет настоящих родников? Это явление можно объяснить только тем, что притоки рек состоят, должно быть, в связи с целыми системами водоемов, с соединенными между собой озерами и прудами, посредством обильных водой подземных ходов. И в самом деле, Пясина, Таймыра, Хатанга и многие другие первостепенные реки поддерживаются именитыми озерами; а безымянных рассеянно множество по всей тундре...» (там же стр. 460).

«Если ... всякую воду в пределах ледяной почвы, не замерзающую в зимнюю половину года, можно называть водою теплых ключей (термами), то, с другой стороны, настоящие термы, то есть всякие воды, которые высокую температуру получают из внутри земли, составляют в пределах ледяной почвы, за исключением разве краев ее,
большую редкость. Кажется, что теплые (источники. — П. Ш.} все бывают .слишком бедны водой, чтобы могли 'растопить, прорвать и содержать талым толстый - слой постоянно мерзлой земля в ледяной почве» (там же, стр. 461). 

«...Осторожно надобно принимать известия о родниках на ледяной почве» (там же стр. 464). 

«Некоторые источники бодро текут и в пределах самой ледяной почвы; только водяные колодцы не простираются так далеко в область ледяной почвы, но довольно положительно обнаруживают ее крайние пределы. Все эти воды представляют собой как бы талые острова среди сплошной равнины ледяной почвы. Эти острова либо имеют свое ложе только на поверхности ледяной почвы, либо проедают ее, где она не глубока или воды имеют большую глубину и, подобно вулканам глубокого севера, поддерживают связь с теплотою ядра земли» (там же, стр. 473).

Позже, в предисловии к работе Дитмара о ледяных долинах Восточной Сибири, А. Ф. Миддендорф определенно заявил, что ключи на территории распространения ледяной почвы — исключительно редкое явление, в связи с чем гигантские тарыны Якутии отнесены им к обычным речным наледям.

Высказывания А. Ф. Миддендорфа о гидрогеологических условиях на севере Сибири основаны на одних предположениях; они представляют собой плод умозрительных заключений, не подкрепленных фактами. Только благодаря большому авторитету их автора они долго учитывались как теоретическая основа для решения научных и практических задач гидрогеологии области сплошного распространения мерзлой подпочвы. Первым исследователем, усомнившимся в незыблемости авторитета Миддендорфа в этом вопросе, был профессор Петроградского Горного института И. В. Мушкетов.

В своем фундаментальном труде «Физическая геология» (1905) И. В. Мушкетов писал: 

«Если ниже верхних слоев, оттаивающих летом, находятся постоянно мерзлые слои, то, конечно, в таких областях нельзя рассчитывать встретить грунтовую воду. Питание рек в таких областях происходит не на счет грунтовой воды, а более глубоких водоносных горизонтов, циркулирующих ниже мерзлоты, глубина которой не так велика, как думал, например, Миддендорф». 

«Питание рек таких областей (в зимний период. — П. Ш.) происходит, следовательно, на счет родников. Технически вполне возможно также получить воду из слоев под вечной мерзлотой» (1905, стр. 636).

Практика последующих геокриологических и гидрогеологических исследований в Советском Союзе целиком подтвердила справедливость точки зрения русского ученого И. В. Мушкетова, и сейчас геокриологи отдают дань его дальновидности, смелому оптимизму и широкому кругозору. 

Русский же путешественник и исследователь северовосточной окраины Сибири штурман Батаков в зиму 1791—1792 г. открыл источники теплых подземных вод в северной половине Чукотского полуострова на юго-западном побережье Колючинской губы. Эти источники расположены в верховьях речки Югней, на первом километре от озера того же наименования, из которого она вытекает. 

«Они находятся на невысокой каменной горе и составляют четыре овального вида водоема, которые возвышены от поверхности гор на 1/2 фута (46 см) тонкими закраинами, сверху загнувшимися на внешнюю сторону так ровно, что сии водоемы походят совершенно на котлы, врытые в землю. Они все наполнены с краями наровень, теплой, густоватой, белесоватого цвета водой. По середине их. видны бьющие снизу ключи наподобие кипящей воды, где до дна не могли достать палкой, а к краям находится вязкий известковый ил, от осадки которого, как думать должно, произошли закраины котлов. Величина сих водоемов от 6 до 8 сажен (12,8—17,7 м) в окружности; другие два находятся в 50 саженях (107 м) от первых» (Врангель, 1948, стр. 85).

Штурман Батаков, судя по наружному виду и по положению в рельефе этих источников, полагает, что гора, на которой расположены источники, была некогда огнедышащей сопкой.

Первый опыт собственно геокриологических исследований А. Ф. Миддендорфа, давших выдающиеся научные результаты, показал, что успешное изучение многолетней криолитозоны осуществимо только при тесном содружестве геокриологов с практиками геологоразведочного, горного и строительного дела. Геокриологи не могут исследовать интересующие их явления путем одних наблюдений и описания видимого на поверхности, как географы и геоботаники. Вследствие этого во второй половине XIX в. наиболее плодотворно многолетняя криолитозона изучалась горными инженерами, геологами-
разведчиками и инженерами путей сообщения, имевшими возможность наблюдать ее и связанные с нею явления, измерять температуру пород в горных выработках и скважинах. К числу таких горных инженеров относятся И. А. Лопатин, Н. М. Козьмин, Н. Боев, С. А. Подьяконов, В. А. Обручев, Л. А. Ячевский и М. Сергеев. Начало искусственному вскрытию мерзлых недр с целью изучения многолетней криолитозоны положили Ф. А. Врангель, А. Эрман, Ф. Шергин и А. Ф. Миддендорф.

Развитие промышленности и транспортного строительства в Сибири создавало необходимые условия для проникновения в толщу мерзлых пород и вызвало потребность в геокривлогических исследованиях. Горняки, геологи-разведчики, строители зданий и железнодорожных путей столкнулись в Сибири со сложным и незнакомым явлением природы и понуждались интересами самого дела к изучению его и управлению им. Многие из них увлекались разгадкой свойств и тайны происхождения многолетнемерзлой подпочвы.

С шестидесятых годов XIX столетия начинается следующий, второй этап в истории исследований многолетней криолитозоны, связанный с проникновением в Сибирь промышленного капитала, с поисками разведками и эксплуатацией месторождений золота и других цветных металлов, строительством железных дорог и переселением в Сибирь и на Дальний Восток большого числа жителей Европейской части России.

Завершается этот этап изучения многолетней криолитозоны в 1916 г. опубликованием знаменитого труда А. В. Львова, явившегося первой и единственной дореволюционной сводкой знаний о гидрогеологических условиях и физико-геологических явлениях, свойственных территории распространения многолетнемерзлой подпочвы.

В период с 60-х годов XIX в. до 1917 г. многолетняя криолитозона наиболее плодотворно изучалась, как уже было сказано, горными инженерами, геологами-разведчиками, инженерами путей сообщения и агрономами.

Особую ценность для геокриологов представляют результаты геологических и геокриологических исследований, произведенных в 1866 г. в низовьях Енисея горным инженером И. А. Лопатиным по поручению Сибирского отдела Русского географического общества.

Представления И. А. Лопатина о составе и стратиграфии четвертичных отложений Бреховских островов и берегов Енисея, на широте этих островов (70°15—71°00 с. ш.), легли в основу современных знаний о геологическом строении и палеогеографии Енисейского Заполярья. Отложения северной морской трансгрессии с ископаемыми раковинами (гастроподами, брахиоподами, двустворками) заключают в себе многочисленные отшлифованные валуны с типичной ледниковой штриховкой. Ясно выраженных морен в разрезах четвертичных отложений района не обнаружено.

Все наносы, образующие Бреховские острова, непрерывномерзлы и только сверху оттаивают, летом, то словам местных жителей не 'более чем на 1 аршин в глубину.

В «тундровых слоях», т. е. в иловато-торфяных отложениях, видны иногда жилы льда, образовавшегося в трещинах, наполненных водой. Вместо трещин бывают иногда вымоины разной формы в поперечном сечении. И. А. Лопатин заметил, что ледяные жилы приурочены, как правило, к отложениям, слагающим молодые элементы рельефа долины р. Енисея — высокую пойму, и надпойменные террасы.

Через 16 лет после И. А. Лопатина, в 1882 г., А. А. Бунге, производя описание островов дельты р. Лены, отметил существование особых форм микрорельефа, возникших в процессе морозного выветривания; обнаружил в мерзлых отложениях этих островов жилы (клинья) подземного льда и подметил, как и И. А. Лопатин, их связь с морозобойными трещинами.

«В некоторых местностях, в мерзлых теперь слоях низовьев Енисея, я находил, — писал Лопатин, — известково-глинистые и известково-песочные сростки; раковины также были местами сцементированы известковыми частицами. Для подобной деятельности известковых растворов (сцементирования разных обломков) необходимо предположить, что тогда пласты, в коих это явление происходило, были не мерзлы. Надо допустить вследствие того, что пласты сделались мерзлыми через немалый промежуток времени, после их образования. Надо допустить, что происходило промерзание почвы от поверхности в глубину» (1876, стр. 26—27).

Это замечательное высказывание И. А. Лопатина о значении некоторых геохимических явлений в определении возраста и условий формирования многолетней криолитозоны, а значит, в познании палеогеографии районов распространения мощных толщ мерзлых морских, речных и озерных отложений, достойно большого внимания; биогеохимический подход к расшифровке закономерностей формирования многолетнемерзлой подпочвы выявит новые документы отрывочной летописи развития данного геофизического явления.

И. А. Лопатин обратил внимание на процессы термокарста, пучения и солифлюкции, вызывающие деформации и смещения слоев почвы и грунта. 

«Овраги здешние происходят, вероятно, главнейшим образом от таяния льдяных слоев, и деревья, стоящие в наклонных положениях, в разные стороны, свидетельствуют, что поверхностный слой был выведен из своего первоначального 'положения» (там же, стр. 20). 

Ил здешних яров (берегов Бреховских островов. — П. Ш.) в мокром состоянии имеет темносизый цвет, а высохнув — светлосизый. Яры из этого ила содержат множество раковин loldia arctica; по определению Ф. Б. Шмидта, они сильно оплывают и массы глины сползают на плоское прибрежье реки. Сползание зависит от того, что слои эти содержат много прослойков льду, различной толщины» (там же, стр. 17).

«Оплывающие слои здесь повсеместны, а оплывают без дождей они потому, что содержат в среде своей замерзлую воду. Особенно сильно оплывают слои илу и глины» (там же, стр. 19). 

Отмечая, что каменное здание Дудинской церкви разрушалось от протаивания льдистого основания и ежегодного промерзания переувлажненной почвы, И. А. Лопатин говорил следующее о процессе пучения: 

«Когда процесс протаивания земли летом кончился и температура притекающих сверху вод не в состоянии повышать температуру подлежащих мерзлых слоев, то притекающая сверху вода замерзает и, расширяясь, поднимает поверхность наносов и предметы, на ней расположенные. При неодинаковой степени напряженности этой силы, действующей снизу вверх относительно, например, фундамента храма, он неминуемо должен был растрескаться, — что и случилось в селе Дудинском (под 69°11 с. ш.)» (там же, стр. 27—28). «Избы в полярных частях Туруханского округа часто стоят наклонно по таковой же причине» (стр. 28).

И. А. Лопатин наблюдал и описал обнажение тонких слоев конжеляционно-разделительного (сегрегационного) льда, переслаивающегося с почти равными по мощности слоями ила. Описание этого обнажения («ленточных глин») как типичное поместили в свои труды А. В. Львов (1916) и М. И. Сумгин (1937).

Таким образом, И. А. Лопатин был первым исследователем, установившим широкое развитие и происхождение жильных подземных льдов, процессов термокарста и пучения в районах распространения многолетней криолитозоны, а также значение явлений термокарста и пучения для сооружений, возведенных в этих районах. Ему принадлежит первенство в увязке результатов научных исследований криогенных явлений с опытом строительства на севере — в создании начал инженерной геокриологии. И. А. Лопатин считал, что непрерьгвномерзлое состояние подпочвы связано с ниэкой средней годовой температурой воздуха. По его мнению, возможно превращение мерзлых слоев в талые и уничтожение льда как постоянной горной породы.

Свои геологические и геокриологические исследования в низовьях Енисея И. А. Лопатин произвел в течение весьма короткого времени (трех недель), располагая очень ограниченными денежными средствами, которых не хватило даже на оплату проезда на пароходе: сам он и его спутник были доставлены из г. Красноярска в низовья р. Енисея из милости, в темном и сыром трюме купеческой баржи.

К периоду 1866—1870 гг. относится известное путешествие по Якутии Г. Майделя, который доставил ценные сведения об орографии неисследованной горной страны северо-востока Сибири и сделал первое беглое описание замечательного явления — ледяного поля Кыра-Нехаранского тарына, расположенного у подножия восточного склона хребта Тас-хаяхтах. Площадь ледяного поля этого тарына, по данным Майделя, достигала 100 кв. верст. Такого рода «гигантские наледи» он не нашел возможным отнести к речным, как это делал Миддендорф; тарыны олин горнык речек северо-восточной части Якутии Майдель связывал с существованием ключей подземных вод.

Описание Кыра-Нехаранского тарына, опубликованное Майделем (1896), сильно заинтересовало М. И. Сумгина, обратившего на него особое внимание в своей сводке знаний о «вечной мерзлоте почвы» (1937). М. И. Сумгин стремился исследовать происхождение и развитие этого или подобного ему явления, связанного с наличием многолетней и низкотемпературной мерзлоты. Только в годы пятилеток ему удалось осуществить это желание.

В 1881 г. высказал свое мнение о происхождении многолетнемерзлой зоны земной коры географ А. Пенк. Он заявил, что «вечная мерзлота»—продукт ледниковой эпохи. Это представление А. Пенка о происхождении толщ мерзлых горных пород принимал в 1891 г. Э. Толль, расходясь с более правильными высказываниями М. В. Ломоносова и Л. А. Ячевского по этому вопросу. По А. Пенку и Э. Толлю, «мерзлота» может быть только «вечной».

Связывая второй период исследований многолетней криолитозоны с временем проникновения промышленного капитала в Сибирь, приходится отметить полное игнорирование промышленниками мерзлого состояния подпочвы, создавшего особенные условия эксплуатации полезных ископаемых, с которыми нельзя не считаться при выборе систем разработки и стремлении повысить производительность труда рабочих путем механизации и рационализации основных производственных процессов; заботы же о здоровье и безопасности горняков вообще не было тогда.

Известно, какую редкую и богатую возможность для геокриологических исследований представляла проходка горных выработок на ленских золотых приисках. Но разведка и добыча ленского золота не сопровождалась систематическим сбором и научной обработкой сведений производственной практики о мерзлых толщах, вырабатывавшей определенные приемы использования положительных и преодоления отрицательных свойств мерзлых пород и связанных с ними явлений.

Ленское золото было случайно открыто иркутским купцом Трапезниковым еще в сороковых годах XIX столетия. В 1861 г. возникло уже Ленское паевое товарищество золотопромышленников, в которое в 1882 г. вступил петербургский банкир барон Г. Гинцбург. За Г. Гинцбургом потянулись в это товарищество лондонские финансисты, освободившие его от зависимости от Русского государственного банка. Ленское паевое товарищество золотопромышленников превратилось в компанию «Лена-Гольд-фильдс». Ни товарищество, ни эта, по существу, английская компания золотопромышленных хищников не были заинтересованы в изучении многолетней криолитозоны и в механизации добычи золота. Огромные прибыли они могли получать и при самых примитивных способах и орудиях эксплуатации месторождений, выжимая пот и кровь из русских рабочих, находившихся на положении каторжников.

Только три русских горных инженера — Л. А. Ячевский, В. А. Обручев и Н. М. Козьмин, занимаясь производством геолого-разведочных и эксплуатационных горных работ, интересовались условиями залегания, строением и составом мерзлых пород, их взаимоотношением с немерзлыми водоносными породами и практическим значением криолитозоны.

В 1889 г., 28 апреля, Л. А. Ячевский прочитал доклад в Русском географическом обществе «О вечно мерзлой почве Сибири», в котором были изложены основные результаты его собственных многолетних геокриологических исследований и анализа материалов и представлений о многолетней криолитозоне, принадлежащих другим ученым. Он впервые определенно указал на необходимость в интересах науки связать изучение «мерзлых почв» с задачами практики. «Сибирский рельсовый путь, — заявил тогда Ячевский,— будет представлять единственную железную дорогу, проложенную на значительном протяжении по вечно мерзлой почве, и на нем технике в первый раз придется встретиться в громадных размерах с новым, мало изученным препятствием. 

Но раз мерзлая почва получает обширное практическое значение, то этим обстоятельством следует воспользеваться, чтобы расширить и наши теоретические знания по этому вопросу» (1889, стр. 341). Далее докладчик выявил и особо подчеркнул значение снежного покрова в развитии многолетнемерзлой зоны земной коры.

Примечательно, что за 6 дней до этого выступления Д. А. Ячевского, 22 апреля 1889 г., о роли снега в теплообмене почвы с атмосферой высказался на заседании Специальной комиссии Русского технического общества знаменитый климатолог А. И. Воейков (1889). Поэтому А. В. Львов, Р. И. Аболин, М. И. Сумгин и другие исследователи криолитозоны и приписали А. И. Воейкову первенство в установлении влияния снежного покрова на глубину промерзания земной коры, хотя он исследованием криолитозоны и не занимался, а рассматривал ее в общем плане метеорологических явлений.

«Профессор Воейков, — разъяснял Л. А. Ячевский, — указал на значение снежного покрова как фактора, препятствующего глубокому и быстрому проникновению в почву зимнего холода, но он 'не попытался дать представление о величине его, хотя это, до некоторой степени, можно сделать... сопоставляя местности с вечно мерзлой почвой, но находящиеся в отношении зимних осадков в различных условиях» (1889, стр. 346). Затем приводится таблица, в которой сопоставлены значения отрицательной среднегодовой температуры воздуха и высоты снежного покрова для разных по широте пунктов южной границы многолетнемерзлой зоны земной коры.

Считая среднюю годовую температуру воздуха и высоту снежного покрова основными показателями возможности возникновения и существования «вечно мерзлой почвы», Л. А. Ячевский обращает внимание и на «частные причины, обусловливающие главнейшие перерывы и разнообразия в мерзлой почве в различных местах».

«Среди этих причин местного характера, — говорил он 65 лет назад, — на первом месте следует поставить геологическое строение местности. От геологического строения местности или, точнее, от ее литологического состава зависит, так сказать, степень восприимчивости почвы к внешним климатическим изменениям. Чем плотнее порода, тем меньше теплоемкость ее и тем больше ее теплопроводность; в породах пористых, рыхлых будет иметь место обратное явление. Дальше, в породах, легко подвергающихся гидрохимическим процессам, сопровождаемым выделением тепла или его поглощением, мощность мерзлого слоя, при прочих одинаковых условиях, будет различна. Так, например, на пространствах, занятых каменноугольными или буроугольными отложениями, внутренняя теплота слоев будет больше, чем в площадях, занятых гранитом. Дальше, водоносность слоев земной коры, способность их давать теплые ключи представляют фактор весьма крупного значения» (1889, стр. 348).

«Меньшее значение имеют термические ключи, сгруппированные обыкновенно на небольших пространствах» (там же). 

«Наконец, на границах перехода мерзлой почвы в талую не без видимого значения остается положение местности по отношению к частям света. В Сибири, где воздух, благодаря чистоте и сухости, весьма теплопрозрачен, большее действие лучистой теплоты на южных и юго-восточных склонах, сравнительно с северными и западными весьма заметно» (там же, стр. 349).

Л. А. Ячевский тогда еще полагал, что сомнения К. М. Бэра в достоверности геотермических данных А. Ф. Миддендорфа по шахте Шергина, основанные на сопоставлении их с данными измерений температуры горных пород в стенках Шиловской шахты на соответствующих глубинах, вызваны недооценкой значения локальности геологических условий. Л. А. Ячевскому было ясно, что мощность непрерывномерзлой подпочвы должна варьировать в весьма широких пределах, обусловливаемых каждый раз локальными геологическими явлениями. Как мы теперь знаам, Л. А. Ячевокий был совершенно прав, защищая достоверность геотермических данных А. Ф. Миддендорфа, полученных путем измерения температуры горных пород в стенках Шергинской шахты.

Л. А. Ячевский значительно уточнил начертание южной границы распространения «вечно мерзлой почвы» в России по сравнению с тем, которое принималось А. Ф. Миддендорфом и Г. Вильдом, не располагавшими таким количеством фактических материалов, какое имелось к 1889 г.

Кстати отметим, что Л. А. Ячевский, отлично знавший рофессиональный язык золотоискателей и старателей Восточной Сибири и Забайкалья, не употребил слова «мерзлота» для выражения понятий «мерзлая .почва» и «мерзлая горная порода». Он не смешивал термины «мерзлота» и «мерзлая почва» и не ставил знак равенства между понятием о материальной физико-химической системе — мерзлой почве и понятием о ее состоянии — мерзлоте как в 1889 г., так и позднее—в 1905 г. Нет слова «мерзлота» и в лексике М. В. Ломоносова, А. ф. Миддендорфа и И. А. Лопатина.

Вместе с текстом доклада Л. А. Ячевский (1889) опубликовал составленную им карту распространения многолетнемерзлой зоны земной коры.

Главная причина возникновения и существования многолетней криолитозоны, по мнению Л. А. Ячевского, заключается в преобладании излучения поверхности почвы над солнечной радиацией. Взгляды Л. А. Ячевского на происхождение многолетней криолитозоны и вообще на геотермические условия в Сибири отличаются широтой, подсказаны подлинно геофизической эрудицией и до сего времени не утратили большого теоретического значения.

Выдающимся вкладом Л. А. Ячевского в геокриологию является его указание на большое значение геохимических явлений в процессе теплообмена земной коры с атмосферой. Сопоставляя представления об условиях возникновения и существования многолетней криолитозоны Л. А. Ячевского и более поздние В. Б. Шостаковича, нельзя не заметить узости последнего в подходе к этой проблеме с точки зрения температурного режима воздуха, на что обращал внимание и М. И. Сумгин.

В. А. Обручев произвел в 80-х годах первые геокриологические наблюдения и исследования в Олекминско-Витимской горной стране (1891). Наблюдениями в многочисленных шахтах он установил резкие колебания мощности и даже факты отсутствия мерзлых пород в некоторых местах в пределах одной и той же климатической области или зоны. Им было еще тогда высказано важное принципиальное 'положение о том, что в отсутствии непрерывно мерзлой подпочвы и в сокращении ее нормальной мощности самую главную роль должны играть теплые подземные воды, проникающие из водоносных коренных пород в толщу наносов.

В следующем, 1892 г. была опубликована вторая статья В. А. Обручева о закономерной связи сохранившихся трупов мамонтов и других послетретичных животных с многолетней криолитозоной. Мерзлое состояние четвертичных отложений — необходимое условие сохранения ископаемых животных четвертичного периода. Из этого вытекают важные палеогеографические выводы, определяется возраст многолетней криолитозоны.

Горному инженеру Н. М. Козьмину в течение около 15 лет (с 80-х годов XIX столетия) пришлось «иметь постоянное дело с мерзлыми наносами в различных местах Восточной Сибири»: в Забайкальской области (в системе р. Онона на юго-восточном склоне Борщовочного хребта), в Якутии (в верховьях р. Чары, притока р. Олекмы) и в Иркутской области (в верховьях рр. Бодайбо и Мал. Патома). 

Н. М. Козьмин создал основы современных представлений об особенностях гидрогеологических условий горноскладчатых областей с многолетней криолитозоной. Гидрогеологические наблюдения он производил в шурфах и шахтах десятков приисков, встречая почти во всех долинах горных рек рядом с мерзлыми слоями и массивами водоносные талики в четвертичных отложениях и коренных породах, что позволило ему представить себе взаимосвязь и результаты теплового взаимодействия слоев и массивов мерзлых и немерзлых водоносных пород (1892).

Многочисленные факты убедили Н. М. Козьмина, что существование подземных бассейнов прочнее обеспечено, чем поверхностных русел рек и речек.

«На этом основании, — пишет он, — я и утверждаю, что сравнительно незначительным развитием мерзлоты в местностях, отличающихся низкой средней годовой температурой, мы обязаны существованию подземных бассейнов» (Козьмин, 1892, стр. 60). «Источники, питающие подземные бассейны, более постоянны, чем дождевая и снеговая вода, питающая реки. Эти источники доставляют воду, поглощенную землей в продолжение всего года, и регулируют постоянный уровень воды в более значительных реках, иначе во время зимы большинство рек вымерзло бы до дна. Но для того, чтобы вода, доставляемая подземными источниками, не замерзала под влиянием низкой годовой температуры, для этого нужно, чтобы она... двигалась достаточно скоро и была в большом количестве или же, наконец, находилась в нагретом состоянии.

В горных странах замечается, что только первое и третье условие чаще всего соединяются вместе для противодействия холоду» (там же, стр. 60—61). 

«Столь распространенное явление Восточной Сибири как наледи, достигающие иногда нескольких сажен мощности, подтверждают мысль о существовании подземных вод и объясняются тем, что поверхностное русло малопомалу превращается в лед, выкипает по типу простых (речных. — П. Ш.) наледей, тогда как подземный приток продолжает циркулировать попрежнему и поднимается в русло рек в тех местах, где эти соединения (русла с подземными источниками) существуют и в летнее время. В последнем случае образуются наледи второго типа или настоящие наледи, действующие в течение всей зимы, тогда как наледи простые (речные. — Л. Ш.} обыкновенно оканчивают свое нарастание вместе с окончательным вымерзанием русловой воды, т. е. к концу ноября месяца» (там же, стр. 61).

«Простые или временные (речные.—П. Ш.) наледи обусловливаются русловой водой, тогда как постоянные—подземной». 

«Вода во многих горных речках во время засух местами уходит в речники, причем это явление сопровождается появлением в прилегающих горах изверженных горных пород или трещин.

Бесспорно, подобные пункты долин играют роль соединителей подземных вод с поверхностными. Во время засух в таких местах вода уходит в речники (на соединение с подземными ключами), а в зимнее время, наоборот, поднимается в русло и, не находя свободного выхода от льда и промерзшего слоя земли, вздувает землю и лед в виде холма (иногда в 2 сажени высоты)» (там же, стр. 61 и 62). 

«Простую или временную (речную. — П. Ш.) наледь можно вызвать искусственно, промораживая реку, например шурфовкой, тогда как явления, аналогичные с постоянными (ключевыми.—П. Ш.) наледями, искусственным путем воспроизвести невозможно.

Из всего вышеизложенного видно, что если причину настоящих наледей составляют разрывы, произведенные изверженными породами, то с другой стороны, по наледям можно всегда догадываться о присутствии этих последних, хотя бы в прилегающих горах и не было видно их выхода» (там же, стр. 62 и 63).

Главнейшие выводы Н. М. Козьмина (применимые к горноскладчатым странам) следующие:

«I. Развитие мерзлоты в странах с низкой годовой температурой находится в строгой зависимости от геологического состава земной коры.

II. Большие атмосферные осадки, при известной водопроницаемости пород, представляют, в виде подземных циркулирующих вод, серьезное препятствие развитию мерзлоты. Влияние подземных циркулирующих вод заметно даже в таких сухих местностях, как Забайкальская область, в которой количество выпадающих снега и дождя варьирует в пределах 200—400 мм.

III. Вечно мерзлый слой земли не представляется постоянным, он подлежит значительным перемещениям как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Кроме перемещения, он подчиняется нередко сокращению или полному уничтожению и, наконец, возникновению вновь на одном и том же месте.

IV. Термические и вообще минеральные ключи, столь распространенные в Восточной Сибири, представляют из себя наглядное доказательство огромной массы теплых вод, циркулирующих в недрах горных пород.

Высокая температура ключей во многих случаях может быть объяснена химическими реакциями, возникающими при взаимодействии различных солей, находящихся в растворе. В этом случае литологический состав горных пород играет не последнюю роль» (там же, стр. 70).

Данные геокриологических наблюдений Л. А. Ячевского, В. А.Обручева и Н. М. Козьмина впервые показали, что закономерности развития и распространения мерзлой подпочвы определяются не одними климатическими условиями; в определенных местах промерзание литосферы, несомненно обеспечиваемое теплообменом и влагообменом поверхности почвы с атмосферой — структурой нормального теплового баланса поверхности почвы данного района, тормозится гидрогеологическими и геохимическими процессами — земная кора выделяет аномально большие количества тепла.

Н. А. Козьмин предвосхитил Многие научные представления о геокриологических и гидрогеологических УСЛОВИЯХ горно-складчатых областей А. В. Львова, М. И. Сумгина, Н. И. Толстихина и некоторых более молодых советских геокриологов. Известным это становится только теперь. До сего времени о результатах геокриологических исследований Н. М. Козьмина судили, видимо, только по цитатам из его статьи и комментариям, которые содержатся в трудах А. В. Львова, М. И. Сумгина и других геокриологов.

Результаты последних гидрогеологических исследований, произведенных на территории горно-складчатых областей, подтверждают основные выводы В. А. Обручева и Н. М. Козьмина, сделанные 60 лет назад, когда еще шел спор о том, есть или нет вообще источники подземных вод на территории распространения многолетней криолитозоны.

В конце 80-х годов XIX в. царское правительство и капиталисты России поставили перед собой задачу строительства Забайкальской и Амурской железных дорог—продолжения на восток Великого Сибирского пути. Успешное решение этой задачи в известной мере зависело от знания многолетней криолитозоны и умения преодолевать опасные для существования земляного полотна, искусственных сооружений и зданий криогенные физико-геологические явления.

В этот период к изучению многолетней криолитозоны был привлечен знаменитый русский климатолог А. И. Воейков. В 1889 г. он опубликовал первую сводку сведений о мерзлой подпочве по линиям предполагаемых железных дорог. С этого времени А. И. Воейков не переставал интересоваться многолетней криолитозоной и исследованием условий ее возникновения и существования. Он вошел в состав особой комиссии Русского географического общества, созданной по просьбе Управления строительства Сибирской железной дороги для изучения мерзлых грунтов, и принимал в ее работе самое деятельное участие.

Упомянутая комиссия по изучению многолетней криолитозоны, председателем которой был крупнейший геолог и географ проф. И. В. Мушкетов, а членами известные ученые нашей страны геолог и географ В. А. Обручев, геофизик М. А. Рыкачев, геолог К. И. Богданович, составили первую обстоятельную для того времени «Инструкцию для изучения мерзлоты почвы в Сибири», опубликованную в 1895 г. под редакцией И. В. Мушкетова. Это первое методическое руководство для геокриологов конца XIX и начала XX в. до настоящего времени не утратило своего значения.

Возвращаясь к беглой характеристике роли А. И. Воейкова в изучении мерзлых почв и горных пород, подчеркнем, что ему принадлежит развитие суждения М. В. Ломоносова о значении снежного покрова в теплообмене поверхности почвы с атмосферой, в уменьшении степени охлаждения и глубины промерзания верхних слоев земной коры.

Известное положение А. И. Воейкова о том, что в горах мощность криолитозоны значительно меньше, чем в долинах и котловинах, так как поверхность почвы горных вершин и гребней охлаждается зимой меньше по сравнению с поверхностью почвы долин и равнин, оказалось вполне справедливым для Забайкальской и Амурской областей. Данное явление знаменитый климатолог объяснял зимней инверсией температуры, теплыми горизонтальными и восходящими токами воздуха, большей облачностью над горами, чем над долинами, впадинами и равнинами.

Эта связанная с рельефом закономерность развития и распространения многолетней криолитозоны, подтвержденная данными исследований в Забайкалье и Амурской области, с учетом весьма небольших превышений вершин склонов сопок, увалов и гребней над днищами долин, впоследствии была распространена геокриологами на все горные страны, в том числе на Верхоянский хребет.

Исследователи многолетней криолитозоны не учитывали закона вертикальной зональности климата, согласно которому среднегодовая температура воздуха понижается с значительным возрастанием высоты (например, от 1000 до 3000 м), несмотря на зимние температурные инверсии: повышение температуры с увеличением высоты зимой с избытком перекрывается понижением температуры по мере роста высоты летом. Исключения из этого правила могут быть в приморских горных хребтах (типа Корякского).

Большой вклад в геокриологию внес горный инженер С. А. Подьяконов. В 90-х годах прошлого столетия он производил маршрутные исследования и геолого-разведочные работы в верховьях рек Олекмы, Амги и Алдана, на верхней части северного склона Алданского плоскогорья и у подножия Станового хребта. Наибольшую известность получил его труд, составленный по материалам исследований наледей верховий Олекмы и Алдана, посвященный объяснению причин возникновения наледей Восточной Сибири (1900).

Рассматривая распространение многолетней криолитозоны в верховьях рек Амги и Алдана, С. А. Подьяконов замечает, что «сравнительно с таликами в долинах ей принадлежит здесь второстепенное место». Преобладание талой подпочвы над мерзлой в долинах горных рек и ре-чек этих районов он объясняет:

1) обилием интенсивно циркулирующих подземных вод (вслед за В. А. Обручевым и Н. М. Кузьминым) и

2) большой высотой снежного покрова.

«Глубокие снега, — пишет С. А. Подьяконов, — предохраняя землю от значительного промерзания вглубь, в то же время этим делают возможной циркуляцию почвенной воды зимой.

Поэтому, несмотря на особенную суровость климата мест, лежащих к северу от западного отрога Яблонового хребта, 'в них, благодаря обилию зимних осадков и глубоким снегам, таликов значительно больше, чем по южную сторону того же хребта, где климат значительно мягче, но снежный покров тонок» (1900, стр. 49 и 50).

Рассматривая и решая по-своему проблему происхождения наледей в долинах горных рек, речек и ручьев системы Алдана, С. А. Подьяконов, по сути дела, сузил эту проблему до выяснения причин образования речных наледей без рассмотрения генезиса наледной воды, предполагая, что наличие наледей связано с существованием потока речной воды в русле и в подрусловых отложениях.

В соответствии с такой установкой он не соглашается с Т, Майделем в том, что важной предпосылкой возникновения некоторых наледей типа тарынов хребта Тас-хаяхтах следует считать существование мерзлой подпочвы и ее антагонистов — ключей подземных вод. По мнению С. А. Подьяконова, «причиной образования наледей является стеснение течения долинного потока, вызываемое уменьшением необходимого для него живого сечения, происходящим под влиянием морозов» (1903, стр.321).

Придя к такому выводу, С. А. Подьяконов исключил из своего рассмотрения все остальные причины, условия образования и своеобразие некоторых наледей Южной Якутии, в частности, факты наличия незамерзающих ключей подземных вод в долинах и отсутствия непрерывных по протяжению и неиссякающих в течение зимы потоков в руслах горных рек этого района. А такие факты были ему известны, и он сообщает о них в своей статье (1903): 

«На небольших речках наледи достигают особенно большого развития. При этом наледи появляются на них из года в год на одних и тех же местах с замечательной правильностью» (там же, стр. 319).

«В тесной связи с наледями находится и промерзание горных речек, — пишет он далее. — Большинство их, как мы видели, зимой промерзают до дна, но между этими промерзшими местами попадаются участки, где вода не только не замерзает, но всю зиму при морозах, доходящих до 52—55° С, не покрывается даже тонкой коркой льда. Тунгусы называют подобные места «еим» и знают их почти наперечет. Суть в том, что водящаяся в этих речках рыба также знает эти места и стаями собирается сюда проводить зиму» (там же, стр. 330).

Описав кратко две полыньи — одну в русле р. Амедиги, другую в русле р. Куртал, С. А. Подьяконов заключает: 

«Из описания этих двух полыней — эимов (ёйемю. — П. Ш.) совершенно различного характера видно, что ни быстрота течения, ни глубина воды не являются их причинами. Единственно, что возможно предположить, чтобы объяснить это явление, — это существование в данных местах, в русле подземных ключей с температурой выше 0, которые повышают температуру воды и мешают ей покрыться слоем льда. Подтверждение этому можно видеть в том, что, когда во время буранов полынью заносит в мелких местах снегом, снег этот все-таки по истечении некоторого времени исчезает, как бы растворившись в воде, и полынья снова является открытой. Кроме того, на существование ключей указывает и самая форма полыньи. При ясно выраженном, течении — форма ее продолговатая, так как вода ключа смешивается только с определенной струёй речки и повышает ее температуру; на всем протяжении этой струи, пока она не остынет, и является полынья, остальные же части русла обыкновенно покрыты льдом. Наоборот, при очень тихом, почти незаметном течении теплые струи ключей поднимаются прямо к поверхности речки и здесь охлаждаются; полынья в этом случае имеет округленные очертания» (1903, стр. 330—331).

Таким образом, для возникновения некоторых наледей достаточно существования многолетней криолитозоны и ключей подземных вод и не требуется даже наличия самих русловых и подрусловых потоков горных рек, а мороза для этого хватает во всех районах севера и северовостока СССР. С. А. Подьяконов, хорошо разобравшись в причинах и условиях образования речных наледей, хотел этими же причинами объяснить возникновение тарынов, связанных с ключами подземных вод — с «ёйемю» и не связанных с речными потоками. Полемизируя с Г. Майделем, С. А. Подьяконов не понял, что тот интересовался не вопросом — как и по какой причине образуются обычные наледи, а тем — из какой воды образуются тарыны в долинах рек, потоки которых полностью иссякают или промерзают к середине зимы, а слагающие ложе этих рек горные породы промерзли на большую глубину. Отрицание С. А. Подьяконовым значения мерзлых аллювиальных отложений в образовании наледей ошибочно: наличие их ускоряет промерзание русла и уменьшение живого сечения снизу и с бортов, выводит русловые потоки и струи подземных вод на поверхность.

До настоящего времени сохранили практическое значение три следующие научно установленные С. А. Подьяконовым закономерности:

1) наледи достигают наибольшего развития в верхних частях течения горных речек, имеющих падение от 0,01 до 0,02;

2) имеются наледи на крутых склонах речных береговых увалов, из которых некоторые, как, например, на ключе Тарын, впадающем с левой стороны в р. Олекму, достигают громадных размеров;

3) морфологические особенности долин горных рек (например, уклоны и очертания поперечных профилей) сильно изменяются и нигде не приобретают решающего значения для образования наледей. 

С. А. Подьяконов дал исчерпывающее объяснение условий и причин возникновения ледяных бугров, образующихся при последовательном промерзании замкнутых объемов речной или наледной воды.

Гидростатическое давление, испытываемое заключенной в водонепроницаемую оболочку из льда и мерзлого грунта водой, вследствие увеличения объема воды при замерзании в процессе внешнего охлаждения системы, разрешается за счет вспучивания и разрывов оболочки на тех участках, где она оказывается тоньше и податливее.

Представление о широком распространении подземного льда в мерзлых отложениях севера Сибири, как самостоятельной горной породы, сложившееся в результате исследований И. А. Лопатина (в низовьях Енисея) и А. Бунге (в дельте р. Лены), окончательно утвердилось в результате изучения Э. Толлем мерзлых четвертичных образований района Анабарской губы и Новосибирских островов, выполненного им в 90-х годах. Встреченные на берегу Анабарской губы слои льда, перекрывавшие морену, Э. Толль принял за остатки древних ледников. По морфологическим признакам и условиям залегания многочисленных ледяных тел Э. Толль счел возможным приписать ледниковое происхождение всей основной массе подземных льдов.

Впоследствии к этой точке зрения на происхождение подземных льдов севера Сибири присоединился К. А. Воллосович. В 1909 г. он производил геологические исследования на побережье Ледовитого океана к востоку от устья р. Лены. В результате этих исследований он пришел к выводу о наличии двух горизонтов подземных льдов фирнового происхождения.

Но А. Бунге вслед за И. А. Лопатиным отнес подземные льды тундры Восточной Сибири к типу конжеляционных жильных, возникших в результате замерзания воды, заполнявшей трещины.

С половины 90-х годов центр геокриологических исследований перемещается с севера на юг, в полосу, тяготеющую к проектировавшейся и строившейся Сибирской железной дороге, в Забайкальскую и Амурскую области. В этой же полосе развивалась активная деятельность и переселенческих организаций. В их задачу входило также изучение природы этого почти неисследованного края с целью выяснения условий производственной деятельности переселенцев и развития капитализма на Дальнем Востоке.

Но в первый период транспортного строительства и развития сельского хозяйства многолетняя криолитозона здесь не являлась объектом специальных исследований.

По линии железной дороги изучались в первую очередь геологическое строение, климат и почвы. Поэтому строителям Забайкальской железной дороги мерзлая подпочва всегда казалась загадочным явлением и неожиданным препятствием, с которым приходилось считаться при возведении всех сооружений, а бороться с ним и использовать некоторые его особенности у них не было ни уменья, ни средств.

Как справедливо писал в 1912 г. инженер Н. С. Богданов, за 'полтора десятка лет, которые определяют начало работ на Забайкальской железной дороге и приступ к работам по постройке Амурской, несмотря на полное отсутствие каких-либо данных о влиянии вечной мерзлоты на сооружения, несмотря на резавшую глаза необходимость таких данных, — Забайкальской дорогой почти ничего не было внесено в нашу литературу по этому вопросу. 

До начала строительства Амурской железной дороги сведения о геокриологических и гидрогеологических условиях возведения и эксплуатации пути, дорожных зданий и сооружений ограничивались отрывочными данными о наличии и глубине залегания мерзлых пород по линии, собранными В. А. Обручевым и А. Э. Гедройцем при геологических исследованиях и разведочных работах в 1897—1899 гг. Только в период строительства и первоначальной эксплуатации западной части Амурской железной дороги (1909—1914) изучению всегда мерзлой подпочвы и связанных с нею явлений стали уделять некоторое внимание, вызванное крайней необходимостью учитывать геокриологические условия возведения сооружений и гидрогеологические условия водоснабжения станций.

Большое место занимают геокриологические наблюдения в геологических исследованиях проф. П. А. Казанского вдоль строящейся Амурской дороги (1909). В этот же период на линии Забайкальской и Амурской железных дорог создаются первые метеорологические станции, в задачи которых включаются систематическое наблюдение за температурным режимом почвы и установление связи температуры почвы с температурой воздуха. Геокриологическими исследованиями по линии Амурской железной дороги занимаются инженеры Е. В. Степаненко, В. Я. Кирпатовский, Н. С. Богданов, А. В. Ливеровокий, геолог А. В. Львов и другие.

В это же время к изучению мерзлой подпочвы в связи с исследованиями почв, растительного покрова, условий земледелия и водоснабжения населения в Забайкалье и в Амурской области приступили научные работники, агрономы и инженеры переселенческого управления. Специалисты Метеорологического бюро Н. И. Прохоров, П. И. Колосков и М. И. Сумгин, почвоведы Л. И. Прасолов, Б. Б. Полынов, геоботаники В. Н. Сукачев, Р. И. Аболин, О. И. Кузенева, столкнувшись с многолетнемерзлой подпочвой при решении практических задач освоения земель Дальнего Востока, стремятся вскрыть условия ее существования, закономерности распространения и происхождения, влияние на почвообразование и развитие растений.

В этот период появляется в литературе много статей названных исследователей сущности явлений сильного охлаждения и глубокого промерзания земной коры, о путях и методах исследования мерзлой подпочвы. Авторы этих статей вступают в дискуссии между собой и с прежними исследователями многолетней криолитозоны.

По мнению Н. И. Прохорова, многолетняя криолитозона — это «кристаллизованная форма избытка морозов над теплом». Инженер Е. В. Степаненко считал, что для объяснения происхождения многолетней криолитозоны в районах, прилегающих к средней части Амурской железной дороги, наиболее приложима дифференциальная гипотеза ее формирования, по которой увеличение мощности мерзлых толщ происходило и продолжает происходить главным образом путем медленного поступательного движения вглубь той доли зимнего промерзания, которая остается в почве благодаря защите ее от полного
летнего прогревания торфяными или моховыми покровами.

В 1913 г. Р. И. Аболин опубликовал большую статью «Постоянная мерзлота грунтов и ископаемый каменный лед», в которой были систематизированы сведения о многолетней криолитозоне и подземных льдах, взятые из литературы, и изложены результаты геокриологических наблюдений автора. В 1911 г. он, производя почвенноботанические исследования в таежном районе между левыми притоками р. Шилки — рр. Нерчей и Куэнгой, во многих местах вскрывал шурфами мерзлую подпочву, определял глубину залегания кровли ее, выяснял происхождение микрорельефа, его связь с криогенными физикогеологическими явлениями.

Замерзание торфяно-болотной почвы сопровождается увеличением объема почвенного слоя, а в перекрытом мерзлой подпочвой тесчано-галечном водоносном горизонте создается гидростатическое давление. Под действием гидростатического давления вода из песчаногалечного водоносного горизонта выжимается, приподнимает (вспучивает) мерзлый почвенный покров и заполняет создаваемый постепенно таким путем дополнительный объем. В результате замерзания выжатой под свод бугра воды образуется ледяная линза — ледяное ядро бугра пучения. В своем объяснении происхождения торфяных бугров пучения Р. И. Аболин (1913) следовал взглядам С. А. Подьяконова на происхождение ледяных бугров на наледях и ледяном покрове мелких рек.

В ответе Р. И. Аболина на вопрос о происхождении многолетней криолитозоны не содержится чего-либо нового и оригинального по сравнению с ответами М. В. Ломоносова (1757), А. Ф. Миддендорфа (1848), Г. Вильда (1882), Л. А. Ячевского (1889), А. И. Воейкова (1889). Статья Р. И. Аболина ценна тем, что в ней объективно излагаются результаты исследований многолетней криолитозояы, достигнутые к 1912 г. русскими учеными, 'и содержатся ссылки на все основные труды их.

Термин «постоянная мерзлота», которым пользуется Р. И. Аболин для обозначения понятия «непрерывно мерзлая подпочва», предложен взамен термина «вечная мерзлота», как ненаучного.

Крупным событием в истории изучения многолетней криолитозоны следует считать появление книги инж. Н. С. Богданова «Вечная мерзлота и сооружения на ней» (1912). В этой книге заключены итоги того направления в геокриологических исследованиях, которое сейчас представлено инженерной геокриологией.

Кроме общих кратких характеристик различных типов мерзлых почв и горных пород и неудачной классификации их (по смешанным признакам: то по составу и условиям залегания, то по времени существования), в книге Н. С. Богданова были изложены представления о некоторых основных физико-механических свойствах мерзлых пород, сущности явлений пучения, влияния сооружений на мерзлые грунты, сделан анализ причин разрушения здания Читинских железнодорожных мастерских. И все же в этом первом труде первого инженера-геокриолога Мало положительного из опыта строительства сооружений на мерзлых грунтах и больше всего фактов и утверждений, доказывающих полную неосведомленность инженеров в особенностях мерзлых пород как оснований, среды и элементов сооружений.

Не содержится в книге Н. С. Богданова и указаний на положительный опыт и наличие научных основ поисков и разведок подземных вод, строительства и эксплуатации водозаборов и водопроводов на территории распространения многолетней криолитозоны.

«До настоящего времени, — писал Н. С. Богданов, — русская техника имела слишком мало практики в устройстве водоснабжения в местностях с вечномерзлым грунтом, — иностранная, разумеется, совершенно несведуща в этом вопросе, — чтобы можно было указать оказавшиеся наиболее практичными приемы. Для нас лично представляются особенно интересными результаты работ скважин, добывающих воду из водоносных слоев, лежащих ниже вечномерзлого слоя, потому что способ добывания зоды такими скважинами представляется нам способом, почти всюду применимым, ибо под слоем вечной мерзлоты почти всегда лежат водоемные слои, и на этом
именно способе приходится останавливаться при технических или экономических недостатках других способов» (1912, стр. 164—165).

Это положение Н. С. Богданова опиралось на представления В. А. Обручева, Н. М. Козьмина и И. В. Мушкетова о широком распространении подземных вод под толщами мерзлых пород и полностью подтвердилось в дальнейшем 'практикой поисков, разведок и эксплуатации подземных вод, развившейся под влиянием идей и рекомендаций А. В. Львова (на западной части Амурской железной дороги), и особенно большим опытом советских геокриологов. Правда, еще за 5 лет до выхода в свет книги Н. С. Богданова инженер Знаменский вскрыл буровой скважиной и стал добывать через нее артезианскую воду из-под толщи мерзлых пород в районе Баяндая на Лено-Ангарском водоразделе.

Слова первого русского геокриолога — инженера Н. С. Богданова — были как бы обращены к советским геокриологам: 

«Вопрос о водоснабжении... получает исключительное значение на далеком севере, поэтому нельзя не пожелать, чтобы при производстве изысканий он был изучаем самым тщательным образом, и не только во время окончательных изысканий, но и во время первых, рекогносцировочных, чтобы к моменту постройки можно было и выбрать наиболее дешевый и надежный способ водоснабжения...» (1912, стр. 65). Так именно и поступают передовые советские инженеры-изыскатели. 

Н. С. Богданов составил и поместил в своей книге «Программу для собирания сведений о вечномерзлой почве и ледяных слоях» и «Инструкцию для изучения мерзлоты почвы».

Первые достижения практики и теории строительства и эксплуатации сооружений на мерзлых грунтах были изложены в 1912 г. проф. Военно-инженерной академии В. Стоценко. По его мнению, устойчивость зданий, выстроенных на мерзлых грунтах, обеспечивается соблюдением трех главных условий:

I. Необходимо, чтобы не могло произойти оттаивание мерзлоты под подошвой фундамента.

II. Необходимо, чтобы не происходило оттаивания мерзлоты также и под полом.

III. Необходимо, чтобы не происходило выпучивания фундаментов от промерзания грунта.

Для предохранения мерзлого основания от протаивания сверху В. Стоценко предлагал строить отапливаемые здания на фундаментных столбах, располагая их во взаимном удалении в 1,5—2 сажени ось от оси и перекрыв их арками или архитравным перекрытием на железных балках; для уничтожения распора арок могут быть заложены связи на высоте их пят. При этом пол должен быть устроен по балкам, непременно с двойной смазкой, чтобы не было слишком большого охлаждения.

Такая конструкция не только не вызовет прогревания почвы под зданием, но, наоборот, будет способствовать повышению верхнего предела мерзлоты, так как подполье будет холоднее и притом защищено зданием, как зонтиком, летом от солнечных лучей, зимой же от снежного покрова, предохраняющего почву от промерзания.

По мнению Н. И. Салтыкова, «основные идеи и конструкции проф. Стоценко в решении задачи сохранения мерзлого состояния оснований под фундаментами путем устройства проветриваемого подполья отличаются от современных только в деталях. Таким образом, первым автором, опубликовавшим в 1912 г. правильные указания по сохранению мерзлого состояния грунтов, следует считать проф. В. Стоценко» (1954, стр. 4).

В 1913 г., вслед за трудами Р. И. Аболина и Н. С. Богданова о многолетней криолитозоне, публикуется работа А. В. Вознесенского и В. Б. Шостаковича «Основные данные для изучения климата Восточной Сибири», в которой В. Б. Шостакович излагает свои представления о происхождении и условиях современного существования многолетнемерзлой подпочвы как продукта современного климата.

Появление и существование многолетней криолитозоны, по В. Б. Шостаковичу, вполне определяется значениями отрицательной среднегодовой температуры воздуха и мощности снежного покрова.

В 1911—1915гг. П. И. Колосков производил первые исследования возможностей тепловой мелиорации почвы, результаты которых были опубликованы в 1918 г.

Заслуживает внимания хотя и эпизодическое, но первое для полосы высоких широт изучение сотрудниками экспедиции Г. Я. Седова значения снежного покрова для теплового режима почвы в весенний период. Как показали наблюдения седовцев, в мае и июне 1914 г. на берегу бухты Тихой (Земля Франца-Иосифа) удаление с почвы не успевшего растаять снега привело к повышению температуры оголенной поверхности от отрицательной до +4,7° при температуре воздуха минус 1,7°. К 30 мая почва сверху оттаяла на 6 см', а к середине июня — на 15 см.

В 1914 г. был опубликован первый научный труд М. И. Сумгина о многолетней криолитозоне под заглавием «Географическое распространение «вечной» мерзлоты в Амурской области». Ставя слово «вечная» в кавычки как неприемлемое для выражения действительного понятия, обозначаемого термином «вечная мерзлота», М. И. Сумгин выражал его тогда словами: «годами непрерывно длящаяся мерзлота». В то время он соглашался с мнением Р. И. Аболина и Б. Б. Полынова о ненаучности термина «вечная мерзлота». Последовательная и принципиальная критика этого термина, возможно, помогла бы М. И. Сумгину отыскать более правильное название тому, что мы именуем многолетней криолитозоной. Наличие выражения А. Ф. Миддендорфа «непрерывно мерзлые слои земной коры» сильно облегчало решение этой задачи.

За год перед Великой Октябрьской социалистической революцией сибирский геолог А. В. Львов опубликовал свой знаменитый труд (1916) «Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на западной части Амурской железной дороги в условиях «вечной» мерзлоты». Взяв за основу материалы своих исследований и изысканий, выполненных по линии Амурской железной дороги в 1911, 1912 и 1913 гг., А. В. Львов обобщил в этом труде почтя все заслуживающие внимания материалы и высказывания о многолетней криолитозоне. Несмотря на некоторые недочеты, как, например, рыхлость компановки, перегрузка общеизвестными сведениями, теоретическими положениями и гипотезами общей гидрогеологии и геологии, названная книга А. В. Львова представляла собой действительный итог исследований многолетней криолитозоны и связанных с нею условий водоснабжения на юге Восточной Сибири.

Большой заслугой А. В. Львова является то, что он обратил особое внимание на необходимость выяснять в районах сплошного распространения многолетней криолитозоны значительные «пробелы» в мерзлых толщах пород и причины этих «пробелов».

А. В. Львов своим выдающимся сводным трудом по геокриологии завершил в 1916г. второй этап формировавшейся новой отрасли знаний. Новый, третий период развития геокриологических знаний начался после Великой Октябрьской социалистической революции. Сам общественно-политический и экономический строй, рожденный пролетарской революцией в России, потребовал плановых геокриологических исследований, которые и получили небывалое по широте и глубине развитие.

С полным текстом книги вы можете ознакомиться здесь. 

© 2007 Тюменский научный центр СО РАН Webmaster - Роман Федоров