4.5. Промерзання ґрунту. Вічна мерзлота

У помірних широтах грунт замерзає спочатку на поверхні, а потім він промерзає до значної глибини. У ґрунтовій волозі є значна кількість розчинених солей. Тому грунт замерзає при температурі нижчій за 0⁰ С. Глибина промерзання ґрунту залежить від кліматичних умов місцевості, теплових властивостей ґрунту, його вологості, характеру рослинного покриву, товщини снігового покриву.

За холодної тривалої зими грунт промерзає на більшу глибину, ніж за теплої чи короткої зими. Вологі грунти промерзають менше, ніж сухі, оскільки при замерзанні води виділяється тепло, що уповільнює подальше промерзання, болота промерзають менше, оскільки вода має велику теплопровідність і надходження тепла знизу зменшує промерзання. Піщані грунти промерзають на більшу глибину, ніж глинисті, які ліпше проводять тепло. Сніговий покрив є добрим ізолятором, тому за більшої його товщини глибина промерзання грунту менша. Достатньо розвинутий рослинний покрив також запобігає великому промерзанню. У лісі грунт промерзає менше, ніж, наприклад, виоране поле, тому що в лісі є лісова підстилка з листя та дрібних гілочок.

У Києві промерзання грунту різко змінюється залежно від суворості зими. Коли зима тепла, то грунт промерзає до 10-20 см. В середньому у грудні грунт промерзає до 32 см, у січні до 58 см, у лютому до 82 см, у березні промерзання зберігається ще до 62 см. У холодні роки грунт у Києві промерзав до 150 см.

У високих широтах є райони, де грунт залишається мерзлим протягом багатьох років, тобто не тане влітку. Це шари багаторічної, або вічної мерзлоти. Вічна мерзлота поширена там, де середня річна температура повітря – 2⁰ С і нижча. Тут верхні шари земної поверхні перебувають постійно у мерзлому стані і інколи містять прошарки майже чистого льоду. Над ними є діяльний шар, що тане влітку на невелику глибину, яка залежить від клімату, і замерзає взимку. У зоні тундри під мохами і лишайниками грунт тане всього на кілька десятків сантиметрів, у зоні тайги талий шар може досягати кількох метрів. Під шаром мерзлоти температура вище 0⁰С, завдяки внутрішньому теплу Землі.

Багаторічною мерзлотою зайнято понад 21млн. км², що становить 11 % площі суходолу. Найбільші масиви її є в Росії – близько 11 млн. км² (більше половини території країни), на Алясці та в Канаді. У Південній Америці мерзлота займає близько 1 млн. км².

Вічна мерзлота є реліктом минулих льодовикових епох четвертинного періоду. Потепління клімату в післяльодовиковий час зумовило часткове відтавання мерзлих шарів і поступове скорочення ареалів їх поширення. Доказом цього є острівний характер поширення вічної мерзлоти на її південній периферії та знахідки в товщі мерзлих порід вимерлих видів флори та фауни.

Товщина шару вічної мерзлоти змінюється у великих межах. Поблизу південної межі її поширення вона становить кілька десятків метрів. У районах, де середня річна температура повітря опускається до -10⁰ С, її товщина збільшується до 400-500 м. Максимальна глибина вічномерзлого шару перевищує 600 м. Температура глибинних шарів грунту змінюється під впливом внутрішнього тепла Землі. Тут вона підвищується на 3,3⁰ С на кожні 100 м заглиблення. Тому на глибині 6000 м вона досягає близько 180⁰ С.

Вічна мерзлота зумовлює особливі вимоги до методів будівництва різних споруд, оскільки замерзання та розмерзання грунту призводить до їх деформації. Вона також створює особливі умови для розвитку рослин. Коріння рослин не може розповсюджуватись у шарі вічної мерзлоти. Дерева з поверхневою кореневою системою у тайзі легко вивертаються з корінням під час сильних вітрів. Зате в умовах досить сухого літа в Якутії посіви сільськогосподарських культур завжди забезпечені необхідною кількістю вологи. При підвищенні температури повітря шар мерзлоти тане більше і тала вода завжди доступна корінню рослин.