В горной зоне от Саян до Копет-Дага и на Кавказе вечномерзлые породы встречаются главным образом по периферии районов оледенения и имеют чаще всего островное распространение. Имеются данные о присутствии вечной мерзлоты в породах, слагающих дно полярных шельфовых морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Вечная мерзлота вероятна и на шельфе к северу от Аляски.
Значительные районы вечной мерзлоты в Центральной Азии; это области хребтов Гиндукуш, Восточного Тянь-Шаня, Нань-Шаня, Кунь-Луня, Гималаев и высокого плоскогорья Тибет.
На североамериканском континенте граница вечной мерзлоты идет вдоль побережья Тихого океана, немного его не достигая, далее проходит по западному склону североамериканских Кордильер, пересекает их близ 530 с.ш. и довольно круто поворачивает на север, следуя в этом направлении до 570с.ш. Затем эта граница идет на юго-восток, достигая южного берега Гудзонова залива и, оставляя к северу полуостров Лабрадор, она оканчивается у берегов Атлантического океана.
К области вечной мерзлоты относятся также острова Гренландия и, возможно, Исландия.
В южном полушарии вечной мерзлой охвачен весь материк Антарктиды, и ее присутствие несомненно в высокогорных участках Анд в Южной Америке. Африка и Австралия, по-видимому, полностью лишены вечной мерзлоты.
Основные черты климата, которые характерны для районов распространения мерзлой зоны, в целом следующие (Толстихин, 1941): отрицательная среднегодовая температура воздуха, сухие, холодные длительные зимы, короткое лето, малое количество осадков, особенно зимою. Характерно антициклональное состояние атмосферы зимой, которое благоприятствует малому количеству осадков, большой прозрачности воздуха, сильным теплопотерям земной коры. Поэтому наиболее крупные территории, занятые вечной мерзлотой в Евразии и Северной Америке, до некоторой степени совпадают с пространствами, занимаемыми среднеазиатским и североамериканским антициклонами.
3. Закономерности и факторы формировании вечной мерзлоты.
В 1932 году основоположник науки мерзлотоведения М.И. Сумгин предложил теорию деградации вечной мерзлоты. Он полагал, что вечная мерзлота представляет собой образование, возникновение которого было связано с ледниковой эпохой в четвертичное время. Он полагал, что в послеледниковое время, при потеплении климата произошло потепление и земных недр, частичное протаивание вечномерзлых пород или повышение их температуры, отступание их южного предела к северу.
В качестве доказательств выдвинутого положении М.И. Сумгин использовал следующие признаки:
1. Деградационные температурные кривые, имеющие минимум температуры ниже подошвы слоя сезонных температурных колебаний.
2. Разобщение сезонного промерзания и кровли вечномерзлых толщ, разделение их слоем талых пород.
3. Отступание к северу южной границы вечной мерзлоты в некоторых местах.
4. Интенсивное развитие термокарстовых явлений, вызванных протаиванием подземного льда и льдистых пород.
5. Находки остатков фауны и флоры в относительно южных районах, которые свидетельствуют о холодном климате в этих районных в четвертичное время.
В то же время имеются многочисленные факты, свидетельствующие о том, что во многих местах области вечной мерзлоты, мерзлота вовсе не деградирует, а, наоборот, развивается, нарастает, происходит ее аградация. Приводятся данные, из которых следует, что температурный режим вечномерзлых толщ во многих местах и даже в большинстве случаев находится в соответствии с современным климатом. На основании этих данных возникла противоположная М.И. Сумгину концепция, отрицающая явление деградации вечной мерзлоты.
В.А. Кудрявцев (1953) показал принципиальную правильность представлений М.И. Сумгина о динамике вечной мерзлоты, существенно дополнил эти представления и разработал более цельную концепцию о динамике этого явления, сформулировав основные исходные положения теории развития вечномерзлых толщ.
Динамика развития мерзлых толщ рассматривается В.А. Кудрявцевым в зависимости от геологической и географической истории Земли и в тесной связи с законами теплофизики. Этим определяется основной подход его к изучению динамики мерзлых пород.
Он анализирует сложные изменения температурных условий на верхней границе мерзлых толщ, где имеет место сложение как суточных и годовых колебаний температуры, так и колебаний с различными многолетними периодами.
Исследует глубину и скорость распространения в толще земной коры колебаний температуры с различными периодами. При этом принимается, что а) амплитуда колебаний температуры с различными периодами затухают с глубиной тем скорее или распространяются на тем меньшую глубину, чем меньше период; б) фазы колебаний температуры пород запаздывают во времени с глубиной; в) с возрастанием глубины колебания с более короткими периодами постепенно исключаются и ниже остается наложение все меньшего числа колебаний с более длинными периодами.
Кроме верхних граничных условий, названной теорией развития вечной мерзлоты учитываются также литологические особенности мерзлых пород, их теплофизические характеристики и нижние граничные условия через геотермический градиент в нижележащих талых породах.
В.А. Кудрявцев считает, что развитие мерзлых толщ следует рассматривать как результат единого сложного процесса наложения большого числа колебаний температуры на поверхности Земли с различными периодами и амплитудами, зависящего от всего комплекса геологических и географических факторов.
Так же, как и на земной поверхности, на различных глубинах в пределах вечномерзлой толщи наложение колебаний теплообмена с различными периодами приводит к ряду деградационных и аградационных направлений развития мерзлоты.
Анализ компонентов природной среды, как факторов, влияющих на мерзлотный процесс, с наибольшей полнотой произведен В.А. Кудрявцевым. Поэтому нижеприведенные данные по этому поводу заимствованы у этого автора.
Температурный режим грунтов в значительной степени определяется характером снежного покрова. В большинстве случаев снежный покров приводит к повышению средних годовых температур земной коры. Снежный покров может играть роль теплоизолятора.
Отепляющее влияние снежного покрова различно при разной континентальности климата. Чем больше амплитуда температур воздуха, тем больше, при прочих равных условиях, отепляющее влияние снежного покрова. При одной и той же мощности и плотности снежного покрова и при одинаковой средней годовой температуре воздуха в условиях континентального климата средняя годовая температура земной коры будет выше, чем в условиях морского климата. Поэтому утепляющее влияние снежного покрова можно рассматривать только в зависимости от континентальности климата. В связи с этим для повышения средней годовой температуры горных пород на 1 градус требуется различное приращение снежного покрова.
Снег, утепляя почву и подстилающие горные породы, приводит к сокращению годовой среднемесячной амплитуды температур в земной коре.
Снежный покров действует не только как теплоизолятор. Вместе с тем он отражает и поглощает лучистую энергию. Зимой снег отражает значительную часть падающей на него солнечной энергии и задерживает излучение из земной коры в атмосферу, а весной значительное количество солнечной энергии расходуется на его таяние. В этом случае снег является фактором, охлаждающим почву и горные породы.
В полярных районах происходит испарение снега при отрицательной температуре воздуха, поэтому мощность его к моменту установления положительных температур воздуха сильно сокращается, и на таяние поэтому затрачивается относительное меньшее количество солнечной энергии; однако, как отмечает В.А. Кудрявцев, охлаждающее воздействие снега на почву сказывается значительно раньше наступления положительных температур воздуха.
На юге, где мощность снежного покрова измеряется несколькими см, его теплоизолирующая роль мала и ею можно пренебречь. Наибольшее значение здесь имеет отражение лучистой энергии от белой поверхности снега. Снег в этом случае охлаждает горные породы и средние годовые температуры их поэтому ниже средней годовой температуры воздуха.
Снежный покров во многом определяет глубину сезонного промерзания почвы. На оголенных участках эта глубина иногда на 50-60% больше, чем на участках с естественным снежным покровом. Снежный покров уменьшает глубину сезонного промерзания почвы как за счет повышения ее средних годовых температур, так и за счет сокращения амплитуд.
Для сезонного протаивания отмечается иная закономерность. Отсутствие снежного покрова уменьшает глубину сезонного протаивания почвы за счет понижения зимних температур и увеличивает ее за счет увеличения амплитуд. Происходит взаимная компенсация и общее суммарное влияние снежного покрова оказывается незначительным.
Рельеф является существенным фактором формирования температурного режима горных пород. С повышением местности на 100 м температура горных пород понижается на 0, 5 градусов. Изменение с высотой амплитуд температур воздуха и снежного покрова, а также температурная инверсия усложняют эту зависимость и влияют на изменение вертикального температурного градиента почвы. За счет изменения отметки местности температуры почв и горных пород могут изменяться на 10-20 и более градусов (Кудрявцев, 1959).
Рельеф влияет на температуру земной коры через неравномерное распределение снежного покрова; выпуклые формы рельефа имеют маломощный снежный покров или вовсе лишены его, а отрицательные формы являются местами скопления часть очень мощного снега. В результате сравнительно высокая температура почвы наблюдается в отрицательных формах рельефа и более низкая – на положительных. Крупные формы рельефа оказывают влияние на температуру горных пород на значительных пространствах и на сравнительно большую глубину; влияние микрорельефа ограничено незначительными участками и малой глубиной.