Геологическое строение и история развития

Фундамент Сибирской платформы, занимающей большую часть страны, сложен метаморфизованными архейскими и протерозойскими осадочными породами, которые нередко прорваны допалеозойскими интрузиями гранитов. Местами породы докембрийского фундамента выходят на поверхность, образуя Анабарский кристаллический массив на севере, Алданский щит на юго-востоке и отдельные участки Енисейского и Туруханского поднятий.

В нижнем палеозое Сибирская платформа и прилегающие к ней складчатые области были заняты морем, на дне которого происходило накопление мощной (от 1500-2000 до 6000 м) толщи отложений. Процессы прогибания платформы, сопровождавшиеся накоплением морских осадков, указывают на то, что еще в нижнем палеозое этот участок земной коры испытывал движения значительной амплитуды. В дальнейшем они проявлялись в виде медленных сводовых поднятий и дислокаций дизъюнктивного характера. Лишь на севере, в горах Бырранга, складкообразовательные движения происходили в герцинское время, а в низовьях Лены — в мезозое.

На юге Сибирской платформы, в основании нижнепалеозойских отложений, залегают базальные конгломераты, галька которых доит из гранитов, гнейсов и мраморизованных пород. Нижнекембрийские породы, состоящие в основном из конгломератов, песчаников и карбонатно-сульфатных пород, отличаются большой фациальной изменчивостью и представляют собой осадки мелководных бассейнов, располагавшихся по соседству с участками интенсивно размывавшейся суши. Опускания среднекембрийского времени обусловили накопление сравнительно однородных толщ известняков, залегающих обычно горизонтально или с очень небольшими (3-4°) углами падения. Затем размеры моря сократились, оно стало мелководным, и терригенные верхнекембрийские отложения состоят преимущественно из красноватых песчаников, иногда с прослоями гипса.

Среди отложений ордовика и силура преобладают оолитовые песчаники, доломиты и известняки. В конце силура море ушло с большей части территории Сибирской платформы. В это время произошли мощные складкообразовательные движения в горах Бырранга и Северной Земли и началось заложение предгорных впадин, в частности Вилюйской синеклизы.

В верхнем палеозое на севере страны установился озерно-болотный режим, в условиях которого накапливались отложения тунгусской свиты. Нижняя ее часть представлена песчаниками, конгломератами, глинистыми и углистыми сланцами, в которых заключены мощные горизонты каменного угля. Во время формирования угленосных пород озерно-болотные равнины севера Средней Сибири были покрыты лесами из древовидных папоротников, плаунов и хвощей. Породы этой продуктивной толщи слагают территорию Тунгусской синеклизы, в пределах которой располагается Тунгусский каменноугольный бассейн.

Образование отложений верхней части тунгусской свиты, состоящей на западе страны главным образом из траппов — магматических пород основного состава: диабазов, долеритов, габбро-диабазов, базальтов, залегающих среди вмещающих их вулканических туфов в виде лавовых покровов, пластовых интрузий, даек, штоков, связано с интенсивными вулканическими процессами пермского и триасового времени. Благодаря значительной устойчивости этих пород по отношению к выветриванию они образовали серии структурных террас на склонах (отсюда и их название: «трапп» по-шведски — лестница). В Средней Сибири область распространения траппов занимает более 1 млн. км². Наиболее значительные мощности вулканогенных пород (до 1800-2000 м) наблюдаются в Тунгусской синеклизе.

После окончания вулканического цикла геологическая структура страны существенно изменилась, так как траппы, пронизывающие породы платформы, создали ее своеобразный «жесткий» каркас. В мезозое и кайнозое территория Средней Сибири, большая часть которой представляла обширное плоскогорье, испытывала поднятия в результате колебательных движений. Отложения этого времени сохранились только в Предверхоянском, Присаянском, Предтаймырском и Лено-Хатангском прогибах, а также в Вилюйской синеклизе.

В конце палеогена, когда исчезло море с территории Западно-Сибирской равнины и начались поднятия Средней Сибири, происходит интенсивное врезание гидрографической сети, что привело к постепенному исчезновению озер. В неогене здесь повсюду преобладали широколиственные леса из листопадных древесных пород (граб, липа и др.). Однако в конце этого периода широколиственные леса постепенно сменились темнохвойной тайгой, первоначально состоявшей главным образом из североамериканских пород. Судя по находкам в районе Мамонтовой горы на Алдане, в состав тайги помимо ели, сосны, лиственницы входили и некоторые теплолюбивые деревья: тсуга, птерокария, грецкий орех, дуб, лещина и т. п.

В нижнечетвертичное время отступили моря на севере, что было связано с поднятиями Среднесибирского плоскогорья и гор Бырранга. Климат стал более континентальным и холодным, в результате чего произошло вымирание североамериканских хвойных пород и началось формирование своеобразной темнохвойной тайги, по своему составу близкой к современной темнохвойной тайге Западной Сибири. Однако в лесах Приангарья и низовьев Алдана еще сохранялись некоторые растения неогена (тсуга, дуб и т. д.).

Среднечетвертичное время на севере Средней Сибири было эпохой бореальной трансгрессии и оледенения. Террасы речных долин этого возраста (высотой от 15 до 60 м) формировались в условиях сурового и довольно засушливого климата. Тектонические поднятия плоскогорья сопровождались в это время значительными опусканиями Таймырской низменности, которая покрывалась водами холодного моря: следы бореальной трансгрессии встречаются здесь на высоте до 200-220 м над уровнем Карского моря. Северная Земля и невысоко приподнятые тогда горы Бырранга были островами.

Трансгрессия моря на севере послужила одной из важных причин четвертичного оледенения северных районов Средней Сибири. Появление ледников было вызвано как понижением летних температур, так и несколько большим увлажнением по сравнению с нижнечетвертичным временем. В эпоху максимального Самаровского оледенения фирновые поля и ледники занимали Северную Землю, западные районы гор Бырранга и Путорана; они встречались также на Анабарском массиве и наиболее повышенных участках Оленёкского плато. Большинство исследователей севера Средней Сибири считает, что здесь были три самостоятельные ледниковые эпохи.

После первого оледенения на севере произошла регрессия моря; Северная Земля в связи с этим превратилась в полуостров и причленилась к Таймыру. Значительные изменения были и во внутренних провинциях Средней Сибири. Тайга, например, вслед за отступавшим морем продвигалась к северу, а вечная мерзлота постепенно распространялась на юг. В это же время происходило формирование лесостепных ландшафтов Центральноякутской низменности, а в бассейне Ангары господствовала елово-кедрово-пихтовая тайга с примесью некоторых широколиственных пород — дуба, граба, липы. В послеледниковое время климатические условия изменялись сравнительно мало и были близкими к современным.

Рельеф

Геологическое строение и история развития определяют многие особенности современного рельефа Средней Сибири.

На севере страны поднимаются горы Бырранга, простирающиеся в почти широтном направлении от Енисея до восточных районов полуострова Таймыр; горные массивы занимают и большую часть островов Северной Земли. По возрасту тектонических структур острова Северной Земли и невысокие массивы северной половины гор Бырранга входят в состав зоны байкальской складчатости, южные же районы Бырранги сформировались в эпоху герцинского орогенеза. В настоящее время все они представляют собой либо средневысотные горы (высотой до 800-1000 м), либо низкогорные массивы.

Между южным склоном гор Бырранга и подножием Среднесибирского плоскогорья располагается холмистая Таймырская низменность, протягивающаяся от низовьев Енисея на западе до устья Оленёка на востоке.

Большая часть Средней Сибири занята Среднесибирским плоскогорьем. Для его поверхности характерны значительные колебания высот — от 150 до 1700 м. В связи с этим рельеф в отдельных местах приобретает горный характер. Однако обширные участки плоскогорья, расположенные в бассейнах Нижней и Подкаменной Тунгусок, Ангары и Вилюя, отличаются преобладанием широких междуречных плато с отдельными невысокими грядами и сопками, сложенными диабазами и базальтами.

На востоке страны располагается Центральноякутская низменность. Ее территория совпадает с Предверхоянским тектоническим прогибом и Вилюйской синеклизой, заполненными юрскими и меловыми отложениями мощностью до 5-8 км, и отличается плоским равнинным рельефом.

На юго-западе Средней Сибири поднимается среднегорный Енисейский кряж, протягивающийся от отрогов Восточного Саяна на северо-запад, к низовьям Подкаменной Тунгуски. Наконец, крайняя южная часть страны, прилегающая к Восточному Саяну, представляет собой пониженное пространство предгорного прогиба, заполненного континентальными юрскими и более молодыми отложениями. Средние высоты здесь колеблются от 200-300 м в районе Канска до 400-500 м на востоке.

Таким образом, крупные орографические элементы Средней Сибири совпадают с определенными геологическими структурами. Эта связь особенно отчетливо выступает в окраинных районах — в горах Бырранга, на Енисейском кряже, Таймырской и Центральноякутской низменностях. Однако соответствие элементов тектонической структуры и рельефа наблюдается не везде. Так, высокие горы Путорана сформировались в пределах Тунгусской синеклизы; современный рельеф Анабарского кристаллического щита также не отражает резких амплитуд рельефа его фундамента; аналогичная картина наблюдается и на северном склоне Алданского плоскогорья. Это несоответствие объясняется тем, что участки новейших тектонических поднятий наиболее значительной амплитуды не совпадают здесь с элементами древних структур. Определенное значение имеет и литологический состав слагающих эти массивы отложений, среди которых преобладают трудно поддающиеся выветриванию кристаллические породы.

Поверхность Средней Сибири расчленена густой сетью речных долин; глубина их в наиболее приподнятых окраинных провинциях достигает 250-300 м, а местами и более. Многие среднесибирские реки имеют горный характер, отличаются быстрым течением и значительными уклонами. Там, где они пересекают выходы кристаллических пород, в русле образуются многочисленные пороги, водопады, шиверы; скорость течения в таких местах достигает 3-5 м/сек. Только в верховьях и в пределах низменностей реки протекают в широких долинах, а течение их становится медленным.

Долины крупных среднесибирских рек характеризуются большим морфологическим разнообразием, что чаще всего связано с их различным возрастом. На склонах речных долин иногда насчитывается до 6-9 эрозионных и аккумулятивных террас, причем высота верхних из них достигает 180-250 м над урезом воды в реке. Значительное количество террас в долинах свидетельствует об их древности и неоднократных тектонических поднятиях страны в неогене и четвертичном периоде.

Климат

Основные особенности климата страны определяются ее географическим положением в средней части Северной Азии, удаленностью от теплых морей и воздействием Северного Ледовитого океана. В целом климат Средней Сибири резко континентальный, с большими амплитудами температур теплого и холодного сезонов года, умеренным, а местами и небольшим количеством осадков, которые распределяются по сезонам очень неравномерно.

Зимой в связи с сильным охлаждением поверхности материка большая часть Средней Сибири оказывается в сфере воздействия области высокого давления азиатского антициклона. Преобладание над территорией страны масс холодного и сухого континентального воздуха обусловливает весьма низкие зимние температуры: январь здесь на 6-14° холоднее, чем в среднем на соответствующих широтах земного шара: средняя температура его от -17,4° (в Красноярске) до -43 — 45° (в районе Якутска). Погода зимой устойчива; характерны сильные морозы, обилие безветренных дней, а на юге — значительное число часов солнечного сияния.

Большое влияние на формирование климатических особенностей страны оказывают также высокое гипсометрическое положение ее территории и обилие понижений, в которых зимой происходит застаивание и выхолаживание воздуха. В таких местах часто наблюдаются температурные инверсии: вблизи Полярного круга протягивается полоса с особенно низкими температурами, опускающимися в отдельные дни ниже -65 -68°.

Летом над Средней Сибирью устанавливается пониженное атмосферное давление. Нигде на земном шаре в этих широтах летние температуры не бывают такими высокими, как здесь: даже у границы древесной растительности, местами севернее 70° с. ш., средняя температура июля равна 11-12°, а в районе Якутска (62° с. ш.) она достигает 18,9°.

Для Средней Сибири характерно значительное увеличение континентальности климата в восточных ее провинциях. В Якутии амплитуды абсолютных температур достигают 100°, а разница средних температур самого теплого и наиболее холодного месяцев — 55-65°. Заметно уменьшается на востоке и количество осадков. На западе Среднесибирского плоскогорья благодаря поступлению влажных атлантических воздушных масс осадков выпадает нередко даже больше, чем на Западно-Сибирской равнине, а мощность снежного покрова бывает почти максимальной для равнин Советского Союза — 80-100 см. Однако на востоке, в Центральноякутской низменности, сумма осадков уменьшается почти в 3 раза: в течение продолжительной зимы здесь выпадает лишь 10-20% годового количества осадков, а мощность снежного покрова обычно не превышает 25-30 см.

Большая часть осадков приходится на вторую половину лета: нередко в июле и августе их выпадает в 2-3 раза больше, чем за весь длительный холодный период. Типичны также сильные колебания количества осадков в различные годы. В Дудинке в засушливый год выпадает всего 125 мм, а в дождливый год — до 350 мм; в Красноярске годовая сумма атмосферных осадков колеблется от 127 до 475 мм.

Немного найдется на земле мест, которые могут соперничать со Средней Сибирью в отношении континентальности своего климата. Характерные для нее большие различия сезонов года существенно сказываются на развитии растительности, процессах выветривания и почвообразования, обусловливают многие специфические особенности ландшафтов.

Важнейшим следствием резко континентального климата страны является почти повсеместное распространение вечной мерзлоты. Ее формированию способствуют низкие температуры зимы и небольшая, особенно на востоке страны, мощность снежного покрова. В течение холодного времени года горные породы теряют здесь большое количество тепла и промерзают на значительную глубину, превращаясь твердую мерзлую массу. Летом они не успевают целиком оттаять, и отрицательные температуры сохраняются уже на небольшой глубине в течение сотен и тысяч лет: содержащаяся в них вода обычно образует линзы, прослои и прожилки льда, обильно насыщающие мерзлую породу. Особенно много таких ледяных включений (иногда до 40-50% объема породы) содержат глинистые и суглинистые отложения северных провинций, отличающихся наиболее низкими постоянными температурами (на глубине 10 м они достигают здесь -8 — 12°).

Южная граница распространения сплошной вечной мерзлоты проходит в Средней Сибири несколько севернее долин Нижней Тунгуски и Вилюя. К северу от этой линии мощность вечномерзлого слоя особенно велика: во многих местах она превышает сотни метров, достигая в бассейне Вилюя 600 м, на побережье Хатангского залива — 800 м, а в бассейне р. Мархи даже 1500 м. В южной половине страны среди участков, скованных мерзлотой, встречаются пространства с талыми грунтами, и распространение мерзлоты постепенно становится островным. На юге заметно уменьшается и мощность мерзлоты: в большинстве районов она уже не превышает 30-50 м, а на крайнем юге Красноярского края составляет всего 5-10 м.

Летом, когда поверхность почвы прогревается, верхний горизонт мерзлой толщи оттаивает. Глубина протаивания в разных районах различна — от нескольких десятков сантиметров на крайнем севере до нескольких метров вблизи южного предела распространения вечной мерзлоты. Мощность слоя талого грунта зависит, кроме того. от его механического состава и характера растительного покрова. Наименьшей она бывает на участках, сложенных торфом или глинистыми породами, особенно в том случае, если они насыщены влагой и покрыты толстым моховым покровом.

Вечная мерзлота оказывает большое влияние на формирование ландшафтов, особенно в северной половине Средней Сибири. Так, например, специфический характер приобретают берега северных морей, сложенные толщами ископаемых льдов; в тундровой зоне и Центральной Якутии образуются просадочные термокарстовые озерные котловины; во многих районах встречаются холмы с ледяные ядром (булгунняхи), морозобойные трещины и бугры пучения. Наличие мерзлоты определяет также особенности режима поверхностных и грунтовых вод. Препятствуя проникновению воды в грунт, она является водоупором и причиной заболоченности равнинных пространств. Весной талые воды быстро скатываются по мерзлому грунту в долины и вызывают высокий подъем уровня рек; летом вода, образующаяся за счет медленного оттаивания ледяных частиц верхних горизонтов мерзлой почвы, служит источником питания водотоков. С вечной мерзлотой связано также образование речных и грунтовых наледей, явлений солифлюкции и т. д.

Там, где мощность оттаивающего летом грунта невелика, он имеет низкую температуру и обильно насыщен влагой, что замедляет процессы разложения растительных остатков и образования почв. Поэтому мерзлотные почвы содержат много неразложившихся остатков растений, сильно увлажнены, а генетические горизонты в них выражены слабо.

Твердая поверхность верхнего горизонта вечной мерзлоты и низкие температуры талого летом грунта ограничивают возможность проникновения корней глубоко в почву. По этой причине они вынуждены распространяться в горизонтальном направлении, в верхних, лучше прогреваемых слоях почвы. Поверхностная корневая система, особенно у даурской лиственницы, делает деревья неустойчивыми против сильных ветров, чем и объясняется большое количество ветроповалов в среднесибирской тайге.

Вечная мерзлота осложняет хозяйственное освоение территории. Особенно много затруднений возникает при гражданском и дорожном строительстве, а также освоении месторождений полезных ископаемых. При выемке грунта даже в разгар лета нужно предварительно оттаивать мерзлую почву, а талая порода обычно представляет собой вязкий и липкий «плывун». При строительстве зданий приходится считаться с угрозой вспучивания их фундаментов или с их неравномерной просадкой, так как во время эксплуатации зданий нарушается температурный режим мерзлоты, грунты подвергаются деформациям, а ледяные включения в них вытаивают. Поэтому фундаменты и опоры здесь приходится заглублять в мерзлый грунт, а дома строить на сваях. Прокладывая железные или шоссейные дороги, строители вынуждены производить много дорогостоящих дополнительных работ, необходимых для того, чтобы избежать разрушения наледями дорожного полотна, и в особенности мостов. Сложны здесь и условия водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий.