В процессе работы над индивидуальным проектом по краеведению в 10 классе проводится сравнительная динамика протаивания мерзлоты после верхового пожара местности Ударник Томпонского района. Обучающийся разобрался в мерзлотных условиях села Крест-Хальджай, а также изучил методику наблюдения динамики состояния мерзлых горных пород, провел сравнение мерзлотных характеристик грунтов в естественных условиях и в лесу после пожара.

В готовом исследовательском проекте ученик 10 класса пытается сравнить динамику протаивания мерзлоты после верхового пожара местности Ударник Томпонского района и понимает, что мерзлота это замёрзшие горные породы внутри Земли, имеющие отрицательную температуру и лед в грунте.

Оглавление

Введение
Глава I. Краткое физико-географическая характеристика района исследования.
Глава II. Что такое вечная мерзлота
2.1. Первое описание мерзлоты
Глава III. Методика исследования мерзлоты.
Глава IV. Практическая часть.
4.1 Изменение температуры воздуха и оттаивание глубины грунта за последние 30 лет.
4.2 Исследование мерзлоты с помощью шурфа в лиственничном лесу.
4.3 Исследование шурфа в горелом лесу 2022 год
4.4 Исследование шурфа в горелом лесу 2023 году
4.5 Исследование шурфа в горелом лесу 2024 году
Глава V. Данные полученные с помощью прибора Gecagon.
Заключение
Использованная литература.

«Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)» меня заинтересовала тем, что многолетняя мерзлота является одной из особенностей природы северных стран. В формировании поверхности земли большое значение имеет подземный лед. Вечная мерзлота очень коварна. Стоит лишь немного изменить ее тепловое состояние, снять хотя бы тонкий слой торфа, как тут же появляются овраги. И процесс этот уже, к сожалению, необратим.

Актуальность: Тема работы является актуальной, так как вечная мерзлота определяет множество процессов, связанных со строительством и эксплуатацией дорог и сооружений, сельским хозяйствам, экологией и т.п. На мой взгляд, очень многим будет интересно какие изменения происходят в мерзлоте. Летом в 2021 году в окрестности нашего села были лесные пожары. И мы решили изучить как пожар повлиял на изменение вечной мерзлоте.

Цель: Изучение влияния пожара на состояние многолетнемерзлых горных пород нашего села.

Задачи:

1. Изучить мерзлотные условия села Крест-Хальджай.
2. Освоить методику наблюдения динамики состояния мерзлых горных пород.
3. Сравнить мерзлотные характеристики грунтов в естественных условиях и в лесу после пожара.

Объект исследования: вечная мерзлота на территории с. Крест-Хальджай.

Предметом исследования: верхний слой вечной мерзлоты.

Новизна: в ходе проведения работы получены о динамике протаивания в верхней части многолетней мерзлоты после пожара.

Практическая значимость работы заключается в возможности ее использования при оценке мерзлотных условий Центральной Якутии.

Территория и окрестность с. Крест–Хальджай очень богата по состоянию почвы, сенокосным угодьям, аласами, разнообразной растительностью, красивой природой, благоприятной для месторасположения наслегам.

Протяженность территории с севера на юг около 500 км., с запада на восток – около 400 км. Территория улуса охватывает часть Западного и все Восточное Верхоянье, а также часть Приалданской низменности и резко подразделяется на две части: горную – северную и равнинную – южную. Площадь территории улуса составляет около 4,34 % всей площади республики.

Улус занимает выгодное экономико – географическое положение: удобно расположен по отношению к другим северным улусам; по его территории (в южной части улуса) протекает река Алдан, являющаяся «входным воротами» Севера; проходит автодорога Хандыга – Усть – Нера, позволяющая снабжать грузами Оймяконский улус.

Наличие благоприятных условий для ведения земледелия в долине реки Алдан выдвигает улус в «поставщика» картофеля и овощей северным улусам. По специализации сельского хозяйства улус относится к Северо – Восточной горнотаежной зоне оленеводства, животноводства, пушного промысла и земледелия.

Природоэкономические условия на территории улуса довольно различны, что сказалось на расселении населения и его хозяйственной деятельности. Северная часть улуса относится к горно – складчатой зоне северо – востока республики. Рельеф здесь с альпийскими формами, сильно расчленен глубоко врезанными речными долинами. Высоты достигают 200–300 м. Местное население называют их «чистыми». Абсолютная высота 2304 м. Эта территория занята обширным Верхоянским хребтом с крутыми юго-западными склонами, обращенными к реке Алдан.

По территории нашего наслега протекает одна из больших рек республики – Алдан. Долина реки Алдан представляет собой пойму с хорошо развитой травянистой растительностью. В пойме преобладают осоко-вейниковые луга. Все сенокосные и пастбища расположены на безлесных участках Приалданья.

В реку Алдан с правой стороны вливаются речки Томпо, Хандыга, Уйана, Лабыгы, Дьуорума и другие. Эти красивые речки привлекали наших предков своими богатыми уловами, дичью, дикорастущими ягодами – охтой, голубикой и другими. Западная сторона наслега Крест–Халдьжай, Арыы–Толоон, Ударник, Лэнкэ известны плодородной землей, аласами.

Непостоянный резко континентальный, зимой температура резко снижается или наоборот повышается, зима длится 7-8 месяцев. Среднегодовая температура для Крест-Хальджая - 13, средне июльская +18,3. Минимальная температура в январе -55,-60. Отопительный сезон составляет 227 дней. Осадков выпадает 180-200 мм, причем, 70% их приходится на летние месяцы. Снежный покров зависит от выпадения снега, но в основном зимой снег бывает глубокий.

Весна характеризуется неустойчивым характером погоды с резким усилением ветра. Возможен возврат холодов. Лето длится 3 месяца, возможны заморозки в течение лета. Летом происходит интенсивное прогревание всей территории, что способствует формированию области пониженного давления. Поэтому летом выпадает много осадков. До 90% общего количества влаги, выпадающей летом в виде дождей, немедленно сбрасывается в реки. Абсолютная максимальная температура +38. Осенью усиливается вторжение арктических масс воздуха, падение температуры происходит быстро, обильно идут дожди.

Как и во всех уголках нашей республики имеется многолетняя мерзлота. Многолетняя мерзлота образовалось во времена древнего ледникового периода (Луковцев, 2002)

В Якутии на почвообразование большое влияние оказывает вечная мерзлота. Процесс почвообразования тесно связан с растительностью, и потому он идет очень медленно, вследствие чего резонно относить ее к не возобновляемым природным ресурсам. Под средним теплом в основном развиты мерзлота – тепловые почвы, а также мерзлотно-подзолистые почвы. В речных долинах, аласах, по берегам озер встречаются интразональные, торфяные, болотистые, дерново-глинистые, дерновые почвы, лугово чернозёмные и черноземно-луговые почвы.

Соответствует природе заречных улусов. Из деревьев здесь произрастают в основном лиственница даурская, ель, береза, сосна. Растут дикорастущие ягоды: земляника, смородина, черная и красная, голубика, осетр. Брусника. Кроме этого, в лесах растут грибы, лекарственные растения. Северные и западные части непригодны для поселения, потому что состоят из гор, топей, болотных мест.

Флора Якутии состоит из 1850 видов высших растений, 575 видов мохообразных, 550 видов лишайников, 600 видов грибов и 2678 видов водорослей. По территории Якутии растительность распределена крайне неравномерно, что зависит от географического положения, климатических условий, рельефа местности и почв. Растительность входит в состав относительно возобновляемых природных ресурсов.

Район исследования расположен в зоне светлохвойных и темнохвойных лесов средней тайги. Здесь в основном растут из хвойных пород: ели, лиственницы, смешанные леса березы и реже встречаются сосновые леса. Кроме этого, в местности Даккы участки Арыы-Толоон и Ударник распространены разнотравные и злаковые луга, пастбища.

В современном представлении «вечная мерзлота» – это часть земной поверхности, которая характеризуется отсутствием периодического протаивания в теплое время года. Данное явление характерно для верхней части земной коры, температура которой долгое время (от 2-3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0°C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, ее глубина иногда превышает 1000 м. Общая площадь зоны мерзлоты – около 35 млн км².

Зона вечной мерзлоты занимает от 60 до 65% территории России и в основном распространена в Восточной Сибири и Забайкалье. Мерзлота особенно чувствительна к изменениям климата и все, что связано с ее режимом, может повлиять на людей, проживающих в зоне ее распространения.

Например, она служит каркасом, который обеспечивает стабильность зданий, поэтому оттаивание многолетних мерзлых грунтов может привести к повреждению фундаментов сооружений. Кроме общего потепления и смещения гидрологических циклов, то есть круговорота воды в природе, на режим вечной мерзлоты влияют лесные пожары. Их частота и интенсивность, а также последующие изменения растительного покрова воздействуют на активный, подверженный сезонному таянию и замерзанию, слой почвы.

Одно из первых описаний многолетней мерзлоты было сделано русскими землепроходцами XVII века, покорявшими просторы Сибири. Впервые на необычное состояние почвы обратил внимание казак Я. Святогоров, более подробно изучили первопроходцы из экспедиций, организованных Семёном Дежнёвым и Иваном Ребровым.

В специальных посланиях русскому царю они засвидетельствовали наличие особых таёжных зон, где даже в самый разгар лета почва оттаивает максимум на два аршина. Ленские воеводы П. Головин и М. Глебов в 1640 г. сообщали: «Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает». В 1828 г. Федор Шергин начал проходку шахты в Якутске.

За 9 лет была достигнута глубина 116,4 м. Шахта Шергина шла все время в мёрзлых грунтах, не вскрыла ни одного водоносного горизонта. В 1840-х годах Александр Миддендорф измерил температуру до глубины 116 м. С этого времени вопрос о существовании "вечной мерзлоты" уже всерьез не поднимался.

Термин «вечная мерзлота» как специфическое геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным. Он определял его как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий.

Слово «мерзлота» при этом чёткого определения не имело, что и привело к использованию понятия в различных значениях. Впоследствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона, однако они не получили широкого распространения.

Для определения глубины протаивания имеются четыре наиболее распространенных метода:

1. Шурфовка – небольшая выемка грунта до глубины залегания мерзлых пород. Шурф помогает не только определить глубину протаивания, но также позволяет провести описание грунтов и почв, их распределение по вертикали, произвести отбор образцов.
2. Зондирование щупом – определение верхней границы мерзлоты с помощью длинной металлической иглы. Заостренный на конце тонкий, длинный (до 2.5 м) стержень продавливается в грунт через рыхлые грунты до достижения глубины протаивания. Может использоваться только в песчаных и слабоглинистых грунтах. Галька и глина затрудняют продавливание щупа в грунт и могут стать причиной неверных сведений о глубине протаивания.
3. Температурные измерения – в заранее подготовленных скважинах проводится определение температур грунта на различной глубине. Глубина на которой температура равна 0°С будет соответствовать глубине протаивания на момент замера температур.
4. Мерзлотомер Данилина - прибор для измерения глубины промерзания и оттаивания почвы. Мерзлотомер Данилина с пределом измерения до 150 см с положением нулевого уровня шкалы на уровне земли. Мерзлотомер применяется для измерения глубины промерзания и оттаивания почвы. Принцип действия мерзлотомера основан на свойстве воды замерзать при температуре 0*С. Глубина определяется по длине замерзшего столбика воды в резиновой трубке мерзлотомера.

   По принципу действия работа мерзлотомера основана на помещении защитной трубы, которая имеет измерительную шкалу в почву и погружении в нее трубки ПХВ с измерительной шкалой, наполненной дистиллированной водой с находящейся внутри трубки капроновой нити с узлами. Глубина промерзания почвы находится по линейному размеру столбика льда, образующего в трубке ПВХ.

Во время работы научно-исследовательского лагеря «Юные натуралисты Томпо» с 01июля по 07 июля 2022 г., мы группа мерзлотоведов изучили глубину протаивания мерзлоты окрестности нашего села Крест-Хальджай. В первую очередь были на местной метеостанции и для сравнения взяли данные средней температуря воздуха июля и глубину оттаивания мерзлоты за последние пять лет.

Дальше решили сравнить глубину протаивания мерзлоты лиственничного леса и мерзлоту такого леса после пожара 2021 года. А в 2023 и 2024 году решили сравнить глубину протаивания мерзлоты с горелого леса для сравнение с предыдущими годами. Дополнительно для сравнения измерения температуры в мерзлоте в этом году мы с научными сотрудниками мерзлотоведами поставили в горелом и естественном лесу два логгера «HOBO», данные получим со следующего года.

По всей Якутии, и в Крест-Хальджае за последние 30 лет наблюдается повышение среднегодовой температуры воздуха, со средней скоростью 0,5С/10 лет (рис1). Изменения климатических условий, на ряду с возрастающим антропогенным воздействием оказывает влияние на параметрах являются – температуры и глубина протаивания. Это особенно наглядно для территории Центральной Якутии и Крест-Хальджайе в частности, где приповерхностном слое грунты содержат большое количество льда-цемента.

При деградации грунтового льда наблюдаются необратимые последствия – быллары, просадки грунта, разрушения дорог и сельхоз угодий и т.п. (Общее мерзлотоведение, 1974). Свидетельство тому наблюдается повсеместно. В рамках данного проекта мы постарались рассмотреть факторы оказывающие влияние на глубину протаивания, проанализировать текущие темпы изменения и оценить возможные сценарии для многолетнемерзлых пород окрестностней Крест-Хальджая.

Мы решили выкопать 1 шурф от базы лагеря 50 метров где-то в 15 метрах от дороги в сосново-лиственничном лесу. При раскопке шурфа в лиственничном лесу нам было очень интересно так как почва здесь была рыхлая, копать было не трудно. Мерзлоту мы обнаружили на глубине 95 см.

Строение почв в лиственничном лесу:

1. Почвенно-растительный слой 0-10 см.
2. Песчаный грунт с включением больших корней 10-45 см.
3. Серая глина 45-95 см.
4. На глубине 95 см обнаружена мерзлота. Она представлена мёрзлыми глинами с чешуйками

2 шурф выкопали в лесу после верхового пожара в 50 метрах от дороги местности Ударник. В сгоревшем березово-лиственничном лесу. При раскопке шурфа в горелом лесу нам было трудно, так как вся почва была глинистая.

Строение почв в горелом лесу:

1. Почвенно-растительный слой 0-3 см.
2. Светло-серая глина 3-140 см. Последние 20 см влажный грунт.
3. Мерзлота обнаружена на глубине 140 см.

В июле 2023 года мы продолжили исследование мерзлоты в лесу после верхового пожара в 50 метрах от дороги в местности Ударник. В сгоревшем берёзово-лиственничном лесу. В этом году мы копали шурф в том же месте, где копали в прошлом году и пришли к таким выводам.

Строение почв в горелом лесу:

1. Почвенно-растительный слой 0-5 см.
2. Светло-серый суглинок 5-143 см.
3. Мерзлота обнаружена на глубине 143 см.

В июле 2024 года мы продолжили исследование мерзлоты в лесу после верхового пожара в 50 метрах от дороги в местности Ударник. В сгоревшем берёзово-лиственничном лесу. В этом году мы копали шурф в том же месте, где копали в прошлом и позапрошлом году и пришли к таким выводам.

Строение почв в горелом лесу:

1. Почвенно-растительный слой 0-5 см.
2. Светло-серый суглинок 5-102 см.
3. Мерзлота обнаружена на глубине 102 см.

Для определения глубины протаивания в естественном и нарушенных условиях было выбрано две площадки - в лиственничном и горелом лесу. Прослеживается четкая динамика возрастания глубины летнего оттаивания в гари. На начало июля 2022 года, разница между площадками составила 45 см. В 2023 году эта разница составила уже 48 см, то есть мерзлота растаяла еще на 3 см глубже.

В 2024 году сроки наблюдения не совпали с предыдущими годами: июль в 2022 и 2023 гг., июнь в 2024 году. Но даже в июне – в начале цикла протаивания мерзлых грунтов – глубина протаивания в гари была на 7 см больше, чем в естественном лесу в июле – в середине цикла сезонного протаивания мерзлых пород.

Такой результат объясняется тем, что после пожара в горелом лесу наблюдается более ранний сход снежного покрова и более раннее начало протаивания, отсутствует затенение типичное для лиственничного леса, а растительный покров уничтожен и не потребляет влагу из почвы что дополнительно увеличивает температуру в грунтах и ускоряет темпы протаивания.

Данные полученные с помощью прибора Decagon KD2 Pro -это портативный прибор для измерения тепловых свойств ( теплопроводности, тепловой диффузии, теплового сопротивления и удельной теплоемкости) веществ и материалов методом игольчатого зонда, который основан на теории нестационарного линейного источника тепла.

Глубина, см	Температура		Теплопроводность
	Гарь	Лес	Гарь	Лес
10	18,0	7,6	1,04	0,21
20	15,1	6,2	1,49	0,91
30	13,1	5,4	1,32	0,71
40	12,2	4,2	1,97	0,82
50	9,7	3,1	0,93	0,77
60	8,0	2,2	1,08	0,85
70	5,9	1,5	1,16	0,95
80	4,3	0,9	1,42	0,94
90	2,9	0,4	15,3	1,50

Здесь четко прослеживается разность термического состояния горных пород:
в горелом лесу температура и теплопроводность горных пород в несколько раз превышают
подобные характеристики, чем в ненарушенном состоянии.

В исследовательской работе и проекте по краеведению «Сравнительная динамика протаивания мерзлоты после верхового пожара местности Ударник Томпонского района» автор узнал много нового и интересного про вечную мерзлоту из литературы, интернет-ресурсов и из практических наблюдений.

Мерзлота — это замёрзшие горные породы внутри Земли. Основными признаками мерзлоты являются отрицательная температура и наличие льда в грунте. Она создаёт множество проблем, но от мерзлоты есть и польза. При строительстве зданий можно использовать сваи и укрепить мерзлотой, тогда дома будут надежно стоять. Издревле наши предки использовали мерзлоту для хранения продуктов в погребах. И хранили воду в виде льда в ледниках. Они пили чистую талую воду даже летом.

По итогам исследований получены следующие результаты:

1. Научился четырьмя способами определить до какой глубины протаяла мерзлота.
2. После исследования двух шурфов в 2022 году узнали, что после пожара вечная мерзлота растаяла на 45 см больше, чем в нетронутом от пожара лесу. В 2023 году в том же лесу после пожара мерзлота растаяла на 48 см, что на 3 см больше чем в прошлом году. В 2024 году сроки наблюдения не совпали с предыдущими годами, но даже в июне – в начале протаивания мерзлых грунтов – глубина протаивания в гари была на 7 см больше, чем в естественном лесу в июле – в середине цикла сезонного протаивания мерзлых пород. Это следствие того, что в лесу после пожара истончается растительный слой. До пожара крона деревьев давала больше тени, этот факт способствовал сохранению вечной мерзлоты.
3. После пожара в горелом лесу наблюдается более ранний сход снежного покрова и более раннее начало протаивания, отсутствует затенение типичное для лиственничного леса, а растительный покров уничтожен и не потребляет влагу из почвы, что дополнительно увеличивает температуру в грунтах и ускоряет темпы протаивания.

В дальнейшем, мы группа мерзлотоведов, планируем изучить ежегодно как идет восстановление мерзлоты в горелом лесу.

1. Вельмина, Н.А. К тайнам вечной мерзлоты: (кн. об основоположнике мерзлотоведения Михаиле Ивановиче Сумгине) / Н. А. Вельмина; Рос. акад. наук, Сиб. отд.-ние, Ин-т мерзлотоведения. - Якутск, 1994. - 135 с.
2. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток; [отв. ред. Романовский Н.Н., Логинов В.Ф.]. – М.: Недра, 1989. – 515 с.
3. Кузьмин, Р. П. Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия) / Р. П. Кузьмин, С. Г. Копылова, И. В. Кузьмина // Юный ученый, 2017. № 3.2 (12.2). стр. 26-28.
4. Луковцев, Ю.С. Живая природа Томпо // Томпонский Вестник, 2002. –№34.
5. Общее мерзлотоведение. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1974. – 290 с.
6. Соловьев, П. А. Шахта Шергина / Отв. Ред.: В.В. Куницкий, М.М. Щац: ин-т Мерзлотоведения им. П.И.Мельникова. 5-е изд. Испр. и доп. – Якутск: изд-во ИМЗ СО РАН, 2008-16с.
7. Скачков, Ю.Б. Климатические параметры / Ю.Б. Скачков // Обзор современных изменений климата и природной среды в Республике Саха (Якутия). – Якутск, 2010. – С.1