Едома, «углеродная бомба» из прошлого

На фото — ледовый комплекс полуострова Быковский (см. рыбацкий поселок Быковский) в Якутии. Ледовые комплексы, или едомы, — это широко распространенные на северо-востоке России и на Аляске образования, которые представляют собой скопления подземных льдов мощностью в десятки метров, расположенные в пылеватых грунтах. Формирование таких комплексов происходило в последний ледниковый период в позднем плейстоцене (60–13 тысяч лет назад), когда среднегодовые температуры воздуха в Арктике были на 8–10°C ниже, чем сейчас. Огромный регион от Таймыра до Аляски представлял тундростепные пространства, по которым бродили мамонты. Уровень моря был гораздо ниже современного, на 100–150 м, так что Берингового пролива тогда не существовало. Эта территория получила название Берингия.

С самого начала изучения вечной мерзлоты на северо-востоке России вопросы о происхождении огромных залежей подземного льда вызывали острую дискуссию. Из-за того что ледяные тела в береговых обрывах могут обнажаться под разным углом, часто перед исследователем возвышалась сплошная ледяная стена высотой до нескольких десятков метров и длиной в километры. Поскольку в XIX — начале ХХ века разрабатывалась теория о покровных оледенениях Европы в позднем плейстоцене, изначально эти ледяные массивы трактовались как погребенные покровные ледники, которые сохранились под тонким слоем почвы с тех холодных эпох (а это более 10 000 лет назад).

Схема образования повторно-жильных льдов. Рисунок из статьи L. Schirrmeister et al., 2013. Yedoma: late pleistocene ice-rich syngenetic permafrost of beringia, отредактирована М. Ю. Чербуниной

В то же время, еще А. Е. Фигурин, участник Усть-Янской полярной экспедиции под руководством П. Ф. Анжу 1820–1824 гг. (кроме прочего, пытавшейся найти Землю Санникова), пришел к выводу, что видимый в берегах ископаемый лед образовался в результате происходившего «...с глубокой древности растрескивания земли от мороза и замерзания в трещинах затекшей сверху воды».

Сейчас этот процесс известен под названием морозобойного растрескивания, а происходит он из-за резкого охлаждения грунта в начале зимы при маломощном снежном покрове. В результате возникшее при резком температурном скачке напряжение в грунте сбрасывается за счет образования трещин глубиной в несколько метров, в которые весной затекает и где замерзает талая вода. Вследствие многократного, из года в год, повторения этих процессов образуются так называемые повторно-жильные льды. Эта концепция в середине прошлого века подробно разработана выдающимися советскими мерзлотоведами А. И. Поповым и П. А. Шумским.

Ледовый комплекс формировался сингенетически, то есть осадок накапливался и промерзал одновременно — летом он откладывался, а зимой уже промерзал. В результате мерзлота росла вверх со скоростью до 3 метров за тысячу лет. Если же добавить к этому регулярный процесс морозобойного растрескивания и формирования ледяных жил, то через несколько десятков тысяч лет получим огромные — высотой 40 м и более — стены льда и грунта.

Такие ледовые комплексы формируют интересные полигональные ландшафты геометрически правильной формы, которые представляют собой правильные многоугольники, разделенные трещинами. В эти трещины проникает вода из нижних грунтов, которая замерзает, образуя ледяные клинья. Летом лед не успевает растаять, разбивая мерзлую породу на отдельные блоки.

Полигональные формы рельефа береговой равнины Юкона, вид с воздуха. Под валиками расположены ледяные жилы. Фото © Konstanze Piel с сайта ipa.arcticportal.org

В последнее время, когда мир озадачен вопросами глобального потепления, обусловленное им таяние вечной мерзлоты и, в частности, ледового комплекса может сыграть роль «ящика Пандоры». Мерзлые породы занимают 25% территории Северного полушария, в том числе, 65% площади нашей страны. Мощность пород с отрицательной температурой достигает нескольких сотен метров, и оттаивание этих грунтов может привести к непредсказуемым последствиям.

Дело в том, что ближайшим аналогом того ландшафта, который существовал в Евразии от Северного Ледовитого океана до Китая и от Канады до Таймыра, являются монгольские степи. В современных условиях растительные и прочие органические остатки в степях перерабатываются в почве, и при благоприятных климатических и прочих факторах может формироваться чернозем. В условиях же низких температур, сингенетического промерзания и накопления осадка органика не успевает полностью разложиться и переходит в вечную мерзлоту. При оттаивании эта органика, законсервированная в мерзлоте, снова вовлекается в современные природные процессы. Углерод начинает активно перерабатываться микроорганизмами, которые разлагают органическое вещество до метана и диоксида углерода — основных парниковых газов. Таким образом, таяние участков вечной мерзлоты, богатых углеродом, — таких, как едома, — может спровоцировать усиление потепления климата.

Фото © А. Малеевой.

Мария Чербунина, Денис Шмелёв