Уже не один десяток лет при изучении Земли применяются аэрофотоснимки земной поверхности.
Все, даже самые удаленные, территории были отсняты с самолетов, и полученные аэрофотоснимки используются для самых различных целей. По ним составляются карты, изучается геологическое строение территорий, снимки закладываются в специальные приборы — стереоскопы, позволяющие специалистам увидеть объемное изображение земной поверхности — как бы пролететь над отснятыми районами.
Землю фотографируют не только в черно-белом изображении, появились цветные и спектрозональные снимки. В настоящее время ни одна из экспедиций, собирающихся проводить геологическую съемку какой-либо территории, не выезжает в поле без предварительных работ по дешифрированию аэрофотоснимков.
С того момента, как аэрофотоснимками всерьез заинтересовались исследователи ископаемой мерзлоты, начинается принципиально новая глава в изучении ее древних форм. Дешифрирование снимков — занятие, требующее определенных навыков и большого опыта работы. Поэтому одни видят на снимке меньше, другие — больше деталей строения поверхности участка. В основном специалисты дешифрируют определенные комплексы форм, например ледниковые, пустынные (эоловые), флювиальные.
Дешифрировать древнюю мерзлоту еще недавно не умел и не пытался почти никто. Да и просто не предполагалось, что ископаемая мерзлота может быть видна на снимках тех районов, где мерзлотные условия существовали более 10 тыс. лет назад. Поверхность таких территорий моделирована современными рельефообразующими процессами, а также хозяйственной деятельностью человека.
Исследованиями аэрофотоснимков центральных районов европейской части СССР А. А. Величко, Н. Трескин и некоторые другие ученые установили, что на фоне распаханных полей и открытых участков прослеживаются темные пятна, которые образуют то правильную решетку, то сложную систему ломаных линий, пересекающихся под разными углами. Мерзлотные формы, в первую очередь системы древних полигонов, оказались хорошо выраженными на аэрофотоснимках современной поверхности!
Не только полигональные образования, но и бугры, западины, термокарстовые просадки — словом, все или почти все образования, свойственные областям многолетней мерзлоты, оказалось возможным найти на аэрофотоснимках. Материалы дешифрирования были получены также для тех районов, для которых уже имелись данные о следах мерзлоты в многочисленных разрезах.
Для районов Брянщины, Северной Украины и всего Северного Черноземья имелись наблюдения над так называемой пятнистостью почвенного покрова. На незасеянных полях наблюдалось чередование светлых и темных пятен размером 15—20 м и разделяющих их полос, создающее общий пятнистый фон. В отдельных местах мозаика на полях выстраивалась в четкую картину почти правильной решетки с темными разделяющими полосами.
Сопоставление этих материалов и привело к выделению А. А. Величко в 1964—1965 гг. комплекса форм древней мерзлоты, выражающихся на современной поверхности. Было установлено, что темным полосам на аэрофотоснимках — полигональной решетке — на местности могут соответствовать неглубокие (0,5 м) ложбины древней полигональной сети. Дальнейшее изучение аэрофотоснимков позволило составить каталог ряда форм древнего микрорельефа. Полигональные, полигонально-блочные, бугристые и бугристо-западинные, крупноблочные и западинные формы были найдены на снимках и впоследствии определены на поверхности земли в различных литологических и геоморфологических условиях.
Это были первые шаги выявления следов древней мерзлоты на современной поверхности. Далеко не все исследователи восприняли новые материалы положительно. Например, почвоведы считали, что пятнистость почвенного покрова имела иное происхождение, темные полосы — ложбины вполне могли быть остатками границ старых земельных наделов — межами.
Да и специалисты по современной мерзлоте пожимали плечами: действительно, в разрезах мерзлота есть, клинья встречаются, но это же древняя мерзлота, ее возраст — десятки, а может, и сотни тысяч лет, ее место на глубине, в толще отложений, при чем же тут современная поверхность?
В начале лета 1966 г. небольшой экспедиционный отряд автора выехал на полевые работы в Ярославскую область и прилегающие районы. Заранее были подготовлены и отобраны аэрофотоснимки, на которых в пределах этих территорий наиболее четко и характерно дешифрировались основные типы древней мерзлоты. Работы получили название «Крупномасштабный палеокриогенный анализ».
Аэрофотоснимок всегда должен быть «привязан» к местности, т. е. на земле следует определить основные объекты, изображенные на снимке: светлая ровная линия, пересекающая квадрат снимка, — это дорога, по которой мы приехали, вытянутые темные прямоугольники вдоль нее — это дома деревни, темный массив с неровными краями — это лес, он тянется до края (рамки) аэроснимка. Осветленные площади, пересекающиеся совсем светлой извилистой линией, — это поля и грунтовая дорога. По правой стороне ближнего поля видна темная прерывистая полоска — на местности это группа невысоких деревьев, стоящих прямо перед нами.
На снимке видно, что к полосе деревьев вплотную подходит поле, на котором выделяются ограниченные светлыми линиями ячейки более темного тона — изображение древней полигональной системы. Границы полигонов упираются в темную полосу нераспаханной земли, занятой лесом.
На поле, вдоль лесной полосы, мы отмерили 40-метровую линию, поставили два колышка — начало и конец канавы — и взялись за лопаты. Идея заключалась в том, чтобы пересечь геологической канавой — непрерывным разрезом длиной 40 м — различные участки полигональной системы и, таким образом, получить данные о его геологическом строении. Положение канавы на поле было выбрано так, что она непременно пересекала три светлые полосы, видимые на аэрофотоснимке, и заключенные между ними части блоков.
После того как канава глубиной около 2 м была прорыта, выяснилась следующая картина. С поверхности под тонким (0,2 м) пахотным горизонтом залегает слой мелкозернистого песка мощностью 0,3—0,5 м. Ниже располагается метровый пласт безвалунного светло-коричневого суглинка.
На глубине 1,3—1,5 м начинался горизонт малиново-красного моренного суглинка с большим количеством гравия и крупных (0,5 м) валунов. На границе светло-коричневого суглинка и малиновокрасного моренного горизонта (глубина 1,4—1,8 м) выделяется горизонтальная зона, деформированная волнообразными смятиями, которые подчеркиваются линзами серо-голубого суглинка и включениями темно-коричневого гумусированного материала.
В трех местах разреза, соответствующих положениям полос полигонов по снимку, т. е. в зонах ложбин, разрез коренным образом менялся. Это были зоны разрывов горизонтов светло-коричневого и малиново-красного суглинка, имевших ширину в верхней части от 2 до 5 м. Границы этих зон разрывов имели клиновидные, сужающиеся книзу очертания, ниже 1,7—2,0 м продолжались узкими клиньями и заканчивались на глубинах 2,5—3,5 м.
Это были типичные клиновидные структуры, впервые вскрытые на участке древнего полигонального микрорельефа, определенного по аэрофотоснимку. Подтверждением их мерзлотного происхождения служило следующее:
1) система жил, вскрытых на участке, имеет полигональное расположение в плане с размерами блоков по горизонтали 15—20 м;
2) в зонах, соответствующих ложбинам, расположены клиновидные структуры, проникающие в глубину до 3,5 м;
3) для всех структур характерно двучленное строение с расширенной верхней (до глубины 1,4—1,7 м) и резко суженной нижней частями, форма структур асимметричная.
Реликтовый мерзлотный микрорельеф состоит из двух взаимосвязанных частей: верхней, которая может быть выражена на современной поверхности, и нижней, имеющей определенное строение в геологическом разрезе. Нижняя часть является как бы фундаментом более хрупкой поверхностной постройки — самого микрорельефа. Для полигональных, блочных, бугристых типов микрорельефа такими «корнями» служат системы клиновидных земляных или грунтовых жил. При пересечении плоскостью разреза, т. е. стенкой карьера или геологической канавы, жилы разрезаются либо поперек, либо под каким-то углом и приобретают V-образную, клиновидную форму, почему и называются клиньями или клиновидными структурами. Истинная форма и размеры клиновидных грунтовых жил получаются при пересечении жил строго под прямым углом — «вкрест простирания». Высота клиньев достигает 4—5 м, а на поверхности, даже в зоне современной мерзлоты, микрорельеф едва ли достигает 0,5—0,75 м. Следовательно, «фундамент» намного основательнее и, можно сказать, прочнее, долговечнее самого строения.
Работы по изучению древней мерзлоты чем-то напоминали на этом этапе реконструкции разрушенных зданий по их фундаменту, когда конечная цель — полный эскиз здания. Наблюдавшиеся ранее клиновидные формы располагались на самых различных глубинах, а обнаруженный микрорельеф и верхние элементы его геологического фундамента залегали на глубине 0,5—1,0 м! Практически мы ходили по реликтам древнего мерзлотного рельефа.
Так и хотелось повесить табличку: «Осторожно: ископаемая мерзлота!»
В Горьковской области мы работали на участке, где при строительстве полотна дороги бульдозер сдвинул верхнюю полуметровую толщу песков и обнажил рисунок полигональной сетки: ярко и четко выделялись на фоне красных глин, вмещающих отложений, светло-желтые полосы и пятна песков — выполняющие отложения.
Геологическое строение большинства форм древней мерзлоты становилось ясным. В основе полигональных образований лежат системы древней трещинно-полигональной решетки. Но сохранность и выраженность в разрезе ее элементов бывает различной. Наиболее полное выражение имеют полигональные структуры, заложенные в плотных моренных грунтах. В супесях клиновидные структуры теряют четкие границы, становятся расплывчатыми.
В суглинистых отложениях встречено наибольшее разнообразие структур по их выраженности: от полно сохранившихся клиновидных форм со всеми деталями строения до практически не выраженных в разрезе ложбинных зон, нахождение которых можно только предполагать по остаточным, вторичным признакам. В период протаивания мерзлоты, на месте полигонов могли образовываться канавки с застойной водой, в которых обитали колонии моллюсков. При дальнейшем разрушении зоны ложбины и последующем погребении в толще отложений края канавки стали плохо выделяться на фоне коричневато-сизых суглинков, но маркирующая цепочка остатков раковин сохранилась. Так одна из деталей дает возможность воссоздать картину событий, происходивших несколько тысяч лет назад.
В некоторых случаях реликтовый микрорельеф поражал своей выраженностью на поверхности участков. При полевых маршрутах впечатление было настолько сильным, что, казалось, со времени формирования бугристо-западинного микрорельефа прошло всего несколько десятков или сот лет.
На соответствующих аэрофотоснимках хорошо видна система светлых четырех-шестиугольных ячеек, ограниченных более темными линиями, при пересечении которых образуются темные точки. При наземных маршрутах бугры и западины выявляются очень хорошо. Поверхность полей представляет собой чередование пологих бугров размером от 20 до 50 м в поперечнике с превышениями центральных частей относительно западин в 1,0—1,5 м. Наиболее отчетливо бугристо-западинный микрорельеф выражен на участках недавних вырубок. Бугры достигают 1,5 м в высоту и 20 м в диаметре; форма их чаще овальная, склоны бугров пологие. Бугры разделяются ложбинами и западинами глубиной около 1 м.
Чрезвычайно выразительным на современной поверхности оказался другой тип — крупноблочный рельеф. Участки крупноблочного рельефа мы изучали в пределах левобережья р. Волги на отрезке Углич — Рыбинск. Эти районы сложены с поверхности толщей разнообразных суглинков, на которых выделяется крупноблочный рельеф. Его блоки имеют размеры 50—100 м, ложбины и западины — от 5 до 20 м в поперечнике. Превышения центров блоков над днищами западин достигают двух и более метров.
На большинстве участков проводилась топографическая съемка. Но далеко не всегда древний реликтовый микрорельеф вырисовывается на планшетах в виде правильной системы. Оказалось, что во многих случаях четко видимые на аэрофотоснимке полигоны совершенно не выражены на поверхности, т. е. микрорельеф таких участков как бы утоплен в толщу грунта и захоронен. Полигональные жилы — особые геологические тела в толще вмещающих пород — просвечивают из-под маломощного (0,5—1,5 м) слоя перекрывающих осадков (часто песков). Приезжая на такой участок, находишь ровную или слабонаклонную поверхность поля, песочек, сосны по краю поля, но никакого микрорельефа не наблюдается.
С помощью топографической съемки удалось провести детальный анализ, выяснить «фотогеничность» ископаемой мерзлоты. Реликтовый микрорельеф может выражаться на современной поверхности различно: 1) он может быть захоронен таким образом, что характерные черты при топографической съемке не проявляются; 2) он может быть захоронен частично, так что при съемке микрорельеф обнаруживается как некоторые не связанные в систему и не имеющие определенного рисунка неровности земной поверхности; 3) микрорельеф может быть отчетливо выражен на современной поверхности. При топографической съемке выявляются все характерные черты и элементы.
В пределах Ярославской и восточной части Калининской областей, там, где расположены города Ростов, Углич, Рыбинск, Кашин, Калинин, была обследована территория, протянувшаяся почти на 100 км с севера на юг и приблизительно на 150 км с запада на восток площадью около 15 тыс. кв. км. Строение мерзлотных реликтов исследовалось в десятках разрезов, обнажений, геологических канав с применением бурения, геофизических методов топографической съемки и аэровизуальных маршрутов. В результате впервые была составлена крупномасштабная карта, показывающая распространение древнего микрорельефа на территориях бассейна Верхней Волги.
Карта микрорельефа, существовавшего 15—20 тыс. лет назад, имела высокую обеспеченность фактическим материалом и почти такую же степень детальности, как карты рельефа, составляемые для областей современного распространения многолетней мерзлоты! На карте бассейна Верхней Волги удалось провести палеомерзлотный анализ и выделить 4 палеокриогенных района, отличающихся по литологии и комплексу форм древнего рельефа.
Впоследствии проводились сходные работы на территориях Калужской и Смоленской областей, а также восточнее — в Горьковской области и Среднем Поволжье. Но все эти территории составляют лишь небольшие фрагменты обширной древней области многолетней мерзлоты.
Так, согласно «Схеме распространения реликтового микрорельефа на Русской равнине», составленной А. А. Величко, территория Верхней Волги относится к северной зоне — одной из трех, на которые поделена вся древняя область распространения мерзлоты. Именно северная зона в период существования мерзлоты обладала наиболее длительным и устойчивым мерзлотным режимом, все процессы здесь развивались полнее, чем в средней и южной зонах.
В районах развития мерзлотных реликтов могут отмечаться существенные особенности и в характере растительности. Так, на аэрофотоснимках, сделанных в весеннее и осеннее время, видно, что всходы на полях быстрее и сильнее поднимаются полосами, отвечающими рисунку полигональной сети (по ложбинам древнего микрорельефа). Однако эта особенность имеет и обратную сторону. По данным шведского исследователя Г. Свенсона, избыточное увлажнение в пределах ложбин полигонов в период созревания культур может привести к вымоканию, и в итоге растения ложатся вдоль полос.
Многие из вас летали на больших и малых самолетах, смотрели сверху на меняющиеся очертания лесов, полей, рек. Мы совершим небольшое путешествие в прошлое над одним из центральных районов европейской части СССР.
Представьте себе деревню на берегу Волги, затерянную в лесах между Угличем и Мышкином, поле за околицей деревни с диковинной машиной — вертолетом МИ-1. С собой берем карты и аэрофотоснимки: два места в тесноватой кабине за спиной пилота, треск и шум мотора, лопасти винта мелькают все чаще, и вот уже с провожающих слетают кепки, кто-то машет косынкой — полетели.
С высоты 100 м и при значительной скорости полета мы не успеваем почти ничего заметить. Показываем пилоту вверх. Высота 200 м, затем 300 м, кое-что видно, можно делать описание маршрута.
Полеты проводились осенью, поля еще не успели убрать полностью. Однако сразу бросается в глаза пятнистость на полях, «изломанность» современной эрозионной сети, бугристые, западинные системы, элементы крупных блоков. Мы пролетаем над моренной равниной. Когда-то эти территории покрывались ледником, и он сгладил неровности поверхности земли, затем талые воды принесли пески и супеси, отложившиеся сверху ледниковых толщ. В эпоху следующего оледенения ледник не достигал этих районов, и здесь формировалась многолетняя мерзлота. На высоких террасах и пологих склонах водораздельных поверхностей, с которых сдувался снежный покров, возникали полигонально-блочные, трещинные грунты. На более обводненных участках формировались бугры и западины…
Интересно, что при небольшой высоте полета почти не видны полигоны, и только с высоты 200—300 м расплывчатые пятна и полосы на полях начинают приобретать рисунок, характерный для полигональных систем. На отдельных участках они выглядят так же, как на увеличенных репродукциях с аэрофотоснимков земной поверхности. Сверху хорошо видны крупные блоки: полого-выпуклые поля и заболоченные западины, поросшие кустарником.
Внизу все чаще попадаются отдельные деревья, словно маленькие игрушечные макеты, вот они смыкаются, и мы пролетаем над лесом. Различаются только крупные бугристые и округлые западинные формы, а полигоны пропали.
Все новые и новые участки; на некоторых мы работали, другие знакомы по аэрофотоснимкам. Бугристо-западинный микрорельеф сверху похож на рыжеватые кочки, разбросанные на темном фоне. Возникает ощущение, что наш маршрут проложен где-то в зоне современной мерзлоты.
Кончается второй час полета, вертолет закладывает крутой вираж, и через 40 минут, слегка оглушенные шумом мотора, шагаем по знакомой дороге к лагерю. Кажется странным: много раз ходили и ездили по дорогам и полям, над которыми пролетели, и все было обычным: и лес, и убранные поля, овражки, ложбины, болота. Но стоило опуститься чуть ниже, на глубину 2—3 м, или подняться над землей, и открылся сложный мир прошлых ледниковых эпох, периодов возникновения и гибели древней мерзлоты — непрерывной жизни земной поверхности.