Они, по-видимому, возникают совсем другим образом.

За последнее время выдвигались самые разнообразные теории для объяснения этого своеобразного явления, но, поскольку я с ними знаком, ни одна из них не кажется мне вполне удовлетворительной.

Что и эта форма полигональных грунтов возникает, несомненно, под действием мороза, можно заключить уже из того, что она встречается исключительно в местностях с низкой годовой температурой и даже преимущественно там, где снежный покров не достигает сколько-нибудь значительной мощности, то есть где почва не защищена от действия мороза.

Это обстоятельство исключает все теории, строящиеся на таких факторах, которые действуют также в более теплых областях, как, например, проточные воды, извержения грязи, которая давлением воды выталкивается из-под камней, и т. п.

Некоторые из этих факторов являются исходной причиной возникновения более крупных трещин; однако упомянутое выше часто наблюдаемое явление – рассеянные или изолированные каменные кольца – совершенно ими не объясняется.

Насколько мне известно, среди теорий, опирающихся на действие мороза, наибольшее число сторонников имеет до сих пор теория, выдвинутая впервые Бертилем Хёгбомом в 1910–1914 годах.

Хёгбом исходит из того, что оправленные камнями полигоны («каменные сети», как он их называет) могут образовываться только там, где плоская почва состоит из смеси крупных и мелких камней с насыщенным водой гравием или глинистой массой. Он предполагает, что вследствие расширения этой влажной массы при замерзании камни выжимаются на поверхность и собираются в кольца, которые в свою очередь соединяются в сеть колец и образуют полигональные поля.

Мороз как бы сортирует смешанный материал грунта, способствуя выделению более крупных камней на поверхность, где они и образуют кольца. Я не стану подробно описывать, как Хёгбом представляет себе самый процесс, так как не считаю его объяснения исчерпывающими – прежде всего по той причине, что каменные кольца и зачатки каменной сети встречаются также на участках щебня и на каменистой почве, где нет мелкого пропитанного водой материала – песка или ила. Значит, возникновение их не ограничивается грунтами, состоящими из смешанного материала, как это предполагает Хёгбом.

Во-вторых, если бы его объяснение было правильным, каменные кольца и сети должны были бы встречаться на Шпицбергене повсюду, где грунт состоит из смешанного материала и имеет достаточно плоскую поверхность, чтобы движением своих слоев не мешать процессу образования колец. Однако этого нет в действительности. Как на Шпицбергене, так и на северном побережье Сибири я встречал древние плоские террасы с глубокими слоями смешанного материала, но нигде не было никакого намека на такие каменные кольца или оправленные камнями полигональные поля.

Судя по наблюдениям, сделанным мною на Земле Принца Карла, я думаю, что каменные кольца и окаймленные камнями полигональные поля возникают примерно следующим образом.

Там, где поверхностная горная порода под влиянием мороза трескается и раскалывается на обломки и где она покрыта слоем мелких или крупных камней, таяние снега происходит неравномерно – в углублениях снег будет летом лежать дольше.

Таким образом, тающие снежные пятна будут все время увлажнять камни, лежащие по краям или под снегом, а это, способствуя быстрому морозному выветриванию, измельчит камни.

Тающий снег постоянно поддерживает температуру около нуля, поэтому оттаивания и замерзания будут чередоваться часто – быть может, даже по несколько раз в сутки, особенно когда солнце светит ярко, вызывая большую разницу температур в тени и на солнце.

Эти снежные пятна будут каждый год образовываться на прежних местах и способствовать формированию углублений в каменистой почве; морозное выветривание, раскалывая и кроша более крупные камни, приведет к тому, что останутся почти исключительно мелкие камни и песок, которые вскоре могут превратиться в землистую массу.

Я наблюдал на Земле Принца Карла зарождающиеся каменные кольца на поверхности растресканной известняковой породы, на невысоких горных грядах, которые тянутся к югу внутрь страны от Песочной бухты, слегка возвышаясь над окружающими плоскими каменистыми грунтами и полигональными полями. Часть каменных осколков и щебня сохранила здесь свое первоначальное положение на поверхности горы, другие были, наоборот, смещены в стороны и образовывали зачатки колец из более крупных камней вокруг бывших снежных пятен, местонахождение которых отмечено скоплением более мелких камней и гравия.

Камни в кольцах имеют тонкие трещины, вследствие чего должны становиться легкой добычей морозной эрозии каждый раз, когда они покрыты тающим снегом.

Пока снежный покров еще достаточно мощный, он, скорее, является защитой для подстилающего его грунта, поддерживая более ровную температуру его, вследствие чего морозная эрозия действует главным образом по краям снежных пятен. Но так как эти пятна в течение лета постепенно уменьшаются и дольше всего держатся – уже в виде тонкой ледяной корочки – в самой середине углублений, то там именно дольше и сильнее всего и будет сказываться морозная эрозия. Таким образом, в середине углублений материал становится наиболее измельченным.

Когда же гравий измельчает настолько, что может впитывать в себя воду вследствие капиллярности, он будет оставаться влажным и после того, как сойдет снег. Стало быть, условия для морозной эрозии будут становиться все благоприятнее, зерна все мельчать, превращаясь постепенно в ил; крупные же камни по краям, увлажняемые этим илом, будут все сильнее растрескиваться. Таким образом, объем рыхлого грунта будет с каждым годом расти.

Обширную сеть крупных каменных колец, очевидно образовавшихся вышеизложенным образом, я наблюдал на острове Амстердам, сложенном гранитами и гнейсами. Камни колец были часто очень крупные.

Я встретил здесь все переходные стадии: от крупных осколков без особого намека на зачатки колец и до вполне развитой сети с крупными полями.

В долине Сигне перед одноименной бухтой, в Кросс-фьорде я также наблюдал зачатки пятен или колец из более мелкого материала на грунтах, представлявших смесь щебня с крупными осколками кристаллического сланца.

Представим себе дальнейшее развитие этих округленных наподобие чаш углублений, где залеживается снег. Мелкий насыщенный водой материал на дне углубления будет там осаждаться, особенно при замерзании, а при оттепели впадина будет наполняться пропитанным водой снегом, который, вновь замерзая, будет оказывать сильное боковое давление на камни и, постепенно отодвигая их, окружит углубления каменным валом.

При оттепели снег прежде всего тает по краям, так как камни быстрее проводят тепло вглубь, чем лед, и между последним и камнями появится вода. При следующих заморозках этот слой холодной воды немедленно замерзнет и расширится, вследствие чего камни окажутся сдвинутыми еще немного дальше. При дальнейшем таянии снега и частых незначительных колебаниях температуры эта ледяная масса в углублении будет попеременно то оттаивать, то замерзать, и вследствие этого камни как по краям снежной массы, так и под ней будут растрескиваться и крошиться все больше, одновременно продолжая собираться по краям, где валы или кольца будут расти (верхний рис.).

В этом отношении весьма интересны мощные каменные валы, найденные Гулем и Хольтедалем вокруг открытых ими вулканических источников в Вуд-фьорде. Эти валы, частично состоящие из крупных камней, очевидно, возникли таким же образом; вода теплых источников зимой замерзает и расширяется, и чем чаще это повторяется, тем дальше отодвигаются эти каменные валы.

Сеть трещин.

Вверху – поперечный разрез; косой штриховкой обозначен оттаявший слой грунта, горизонтальной – мерзлый

Насыщенный водой песчаный и землистый грунт в наших впадинах вследствие повторных расширений и сжатий при замерзании и таянии будет каждое лето и каждую осень понемногу отодвигать от себя окружающие валы или кольца.

Таким образом, последние будут развиваться и увеличиваться, пока не столкнутся с соседними кругами; вследствие возникшего при этом сильного давления каменные валы нагромождаются высотой до нескольких дециметров, и даже выше.

Если камни плоские, то они обычно становятся ребром и укладываются в кругах очень плотно.

Так как боковое давление наименее сильно в самых мелких кольцах, то они постепенно затираются более крупными. Это со временем приводит к образованию поля с каменными кольцами, мало различающимися по величине. Иногда могут встретиться зачатки более мелких колец внутри больших.

При постоянном измельчении каменистого материала будет образовываться все больше песка, ила и грязи, главная часть которых остается лежать в углублениях. Здесь этот материал постоянно промывается водой, в связи с чем растрескивание продолжает развиваться, тогда как крупные камни в кольцах легче обсыхают, и морозная эрозия здесь менее интенсивна. Образующийся там более мелкий материал будет легко смываться водой, протекающей между крупными камнями.

Вследствие постоянного выветривания углубления могут с течением времени совсем заполниться песком и глинисто-землистой массой.

Возможно также, что небольшую часть мелкого материала приносят извне вода и ветер, и эта часть отлагается в ямах. Но количество такого наносного материала, по-видимому, совсем невелико – попадающиеся нередко в измельченной массе грунта осколки и камни настолько крупны, что едва ли могли быть занесены сюда водой или ветром.

Кроме того, ледники, а также снежные покровы этих местностей не несут настолько значительных осадков пыли, чтобы перенос их ветром мог считаться здесь существенным фактором.

Когда измельченная масса грунта в кольцах при замерзании расширяется и нажимает на окружающие камни, то это радиальное давление скажется всего сильнее в центре массы; последняя поэтому начнет двигаться по линии наименьшего сопротивления и вздуваться внутри каменного круга наподобие закипающей каши или теста, выпирающих из горшка.

Образование окаймленного камнями многоугольника. Нанесенные горизонтальной штриховкой слои на рис. I и II – пятна снега в углублениях, образовавшихся в каменистом грунте. Косой штриховкой показаны слои твердых горных пород (или мерзлые пласты)

Многоугольники, окаймленные камнями на равнине перед лагуной Ричарда

Вследствие непрерывного измельчения камней массы грунта могут настолько увеличиться в объеме, что почти покроют каменные кольца, которые тогда лежат в углублениях, словно вдавленные между этими вздувшимися массами. В таких случаях гравий и более мелкие частицы начнут также скапливаться между камнями колеи. Это явление наблюдалось нами при экскурсии внутрь страны к лагуне Ричарда (нижний рис.).

Можно было бы ожидать, что при дальнейшем измельчении камней и увеличении объема грунтовых масс каменные кольца в конце концов покроются сплошным ровным песчаным или илистым слоем и постепенно вовсе исчезнут с дневной поверхности.

Однако этому мешает способность мороза или мерзлой почвы «выжимать» камни на поверхность. Это явление общеизвестно, но оно не вызывается, как многие думают, боковым давлением внутри почвы вследствие замерзания. Объяснения скорее следует искать в том обстоятельстве, что камни – лучшие проводники тепла, чем рыхлые слои грунта, независимо от того, насыщены последние водой или нет.

Когда наступают морозы и почва постепенно охлаждается от поверхности в глубину, то охлаждение быстрее проникает сквозь камни, лежащие в земле, чем сквозь соседние с ними рыхлые слои грунта.

Поэтому нижняя поверхность камней становится холоднее, чем окружающий ее грунт, и водяные пары пористых слоев грунта будут осаждаться на этой поверхности, превращаясь в иней или ледяные кристаллы, как только температура упадет ниже нуля.

Осенью и зимой, пока длится охлаждение грунта, нижние части камней будут постоянно холоднее прилегающих с боков и подстилающих пористых землистых слоев, и количество инея на нижней поверхности камней будет беспрерывно возрастать за счет водяных паров рыхлой почвы.

Это будет продолжаться и тогда, когда охлаждение нижней поверхности камня передастся в глубину. Увеличиваясь, ледяные кристаллы образуют сплошной слой льда вокруг нижних частей камня, и этот слой будет толще всего под его нижней поверхностью, где температурная разница в период охлаждения наивысшая. Силой кристаллизации нарастающего слоя льда камень будет выжиматься кверху. В Сибири мне самому довелось наблюдать, как сваи моста вследствие подобного образования льда были в течение одной зимы приподняты на 31 сантиметр[82].

При наступлении оттепели грунт начинает постепенно оттаивать от медленно проникающего с поверхности вглубь тепла, которое опять-таки гораздо быстрее проходит сквозь камни, и поэтому прежде всего должен растаять верхний слой ледяного покрова нижней части камней, после чего таяние будет медленно продвигаться в глубину. В наполненные водой полости, образующиеся при этом вокруг камней, может просачиваться грязь из прилегающих талых почвенных слоев и частью заполнять эти полости; камни же нижней своей поверхностью все еще будут покоиться на нерастаявшем льду. Это и мешает камням опуститься на свое старое место.

Если это явление повторяется из года в год при всех более длительных промежутках между заморозками и оттепелью, то камни постепенно выжимаются на дневную поверхность, а если камни уже находятся на самой поверхности, они там и останутся, тогда как мелкозернистый материал или ил будет, так сказать, всасываться под камни.

Это объясняет, почему кольца или «петли сети» из крупных камней на окаймленном камнями полигональном поле могут покоиться на слоях более мелкого материала и ила. На верху колец будут лежать самые крупные камни, а дальше вглубь камни все мельчают, переходя постепенно в мелкий гравий и ил.

Иными словами, мороз имеет известную способность сортировать материал в вертикальном направлении на такую глубину, до которой оттаивает летом, и выжимать самый крупный материал наверх.

Процесс этот, как и на ледниках, направлен против силы тяготения; здесь, собственно говоря, следовало бы ожидать, что камни, удельный вес которых гораздо больше, чем вес рыхлого грунта или содержащей воду грязи, с течением времени должны провалиться сквозь слои последних. Тем не менее в иных местах, как, например, в Северной Сибири, часто можно наблюдать, что тяжелые камни лежат на поверхности мягкой глинистой массы.

На равнине, идущей внутрь страны от Песочной бухты в южной части Земли Принца Карла, мы могли на большом пространстве наблюдать все описанные здесь стадии развития каменных колец и окаймленных камнями полигональных полей, начиная с выстланных мелким песком углублений на поверхности известняковых гряд. На расстоянии нескольких метров от них материнская горная порода была покрыта россыпью камней, частью очень крупных, и кругом виднелись многочисленные углубления, обведенные кольцами из камней. Углубления были разбросаны здесь без всякого порядка, но на некотором расстоянии от гряды коренных пород они попадались все чаще и чаще, образуя зачатки сплошной сети.

Еще на несколько метров дальше, на краю этого каменистого поля, каменные кольца были выполнены мягкой глинистой грязью и вскоре переходили в обычные, оправленные камнями полигональные поля. Из-за оплывов грунта, о которых мы сейчас будем говорить, многоугольники были вытянуты в длину.

Вся местность так ярко демонстрировала развитие этих своеобразных форм, что у меня не осталось никаких сомнений относительно ее возникновения.

Каменные кольца могут, разумеется, образоваться не только на каменистом грунте путем морозного выветривания материнской породы, но и на моренном материале, и тогда мы находим в кольцах камни различных горных пород.

Наиболее благоприятные условия для образования колец будут встречаться повсюду, где скалистая поверхность первоначально была покрыта лишь тонким слоем рассыпанных камней, так что сама скала представляла основу для снежных и ледяных пятен, а также для скоплений гравия и водяных луж, которые являются первопричиной образования колец. Напротив, на более мощном слое крупных камней, между которыми вода легко просачивается, не образуется углублений с застоявшейся водой.

Основание каменных колец, окаймляющих полигональные поля, могут, конечно, представлять и слои более мелкого материала, задерживающего воду и при замерзании воды приобретающего те же свойства, что и коренная горная порода. Поскольку более крупные камни тех слоев, где они были смешаны с мелким материалом, будут «выжиматься» морозом на дневную поверхность, и здесь с течением времени возможно образование каменных колец и сетей.

Около мыса Меррей на плоской прибрежной полосе, обнажающейся во время отлива, я наблюдал, как упоминал уже раньше, круглые водяные лужи, окруженные валами из гравия и камней. Они имели известное сходство с каменными кольцами и сетями и, должно быть, возникли подобным же образом вследствие того, что вода в лужах при каждом замерзании расширяется и отодвигает эти маленькие валы из более крупного материала.

Так как прибрежная полоса дважды в сутки заливается морем и снова обсыхает, эти лужи во время морозов развивают неустанную деятельность, в результате которой появляются такие валы, которые, однако, частично смываются достающим до них прибоем.

На поверхности известняковых пород близ залива Бломстранда[83] я видел много круглых, имеющих форму чаши углублений, весьма напоминающих своими очертаниями каменные кольца. В некоторых стояла вода, но ни в одном не было измельченного выветриванием материала; быть может, его смыло.

Впрочем, эти углубления могли возникнуть и вследствие растворения извести в содержащей углекислоту воде. Возможно также предположение, что вызванное снежными пятнами морозное выветривание, а также расширение воды в лужах и в насыщенных ею снежных слоях способствовали при замерзании образованию в материнской породе углублений таким же образом, как при образовании каменных колец.

Из всего вышеизложенного ясно, что как сети трещин, так и каменные сети обязаны своим возникновением морозу; первые образуются путем сжатия рыхлого грунта при таянии, вторые – путем расширения его при замерзании.

Это не мешает тому, что встречаются и сочетания обоих видов этих образований.

Глинистые массы грунта внутри полей каменно-кольцевой сети могут, сжимаясь при таянии снегов, образовывать трещины вдоль колец. Тогда их камни кажутся как бы вдавленными в широкие трещины наподобие того, как мы это наблюдали в сетях из трещин. Далее грунтовые массы могут растрескиваться и образовывать правильные сети из трещин внутри каменных колец большого диаметра. Развитие колец тогда тормозится, так как изрезанная трещинами масса уже не может при замерзании развивать сколько-нибудь значительную радиальную силу, которая была бы в состоянии выжимать наверх каменные кольца; развитие последних продолжалось бы разве только в том случае, если бы края трещин сначала плотно сошлись, но это невозможно, поскольку они наполнены водой.

Хочу еще упомянуть здесь о несколько иной форме колец, которые я видел на берегах мыса Меррей. Они имели вид круглых выпуклостей с углублением в середине, наполненным грязью из более мелкого материала. Высокие края этих углублений состоят из более грубого материала, смешанного со сравнительно крупными камнями, и образуют круглый вал, выжатый наверх находящейся в середине грязью, которая обильно пропитана водой и потому сильнее расширяется при замерзании. Однако наружная сторона этого круглого вала была обведена несколькими более или менее концентрическими трещинами, очевидно возникшими при сжатии всей массы этого поверхностного слоя грунта во время его оттаивания.