Для дорог мягкие зимы опаснее суровых и холодных: при теплой погоде вода успевает подняться к покрытию дороги, а сильный мороз сковывает воду, и она долгое время никуда не перемещается. Повреждения дороги более значительны не тогда, когда держится сильный мороз, а когда цикл замерзания-таяния повторяется многократно.

Вода, замерзающая в расщелине скалы, расширяется, и расщелина одновременно и удлиняется, и расширяется. Размеры расщелины увеличиваются еще больше, если при замерзании в нее продолжает поступать вода. Однако при достаточно низкой температуре приток воды в трещину затруднен, поэтому быстрее всего скала разрушается, когда температура близка к точке замерзания. В большей мере растрескиванию подвержены осадочные горные породы, и в этом случае необходимости в повторении циклов замерзания-таяния нет. Раскалывание кристаллических горных пород — процесс гораздо более сложный, требующий, чтобы температура долго держалась ниже точки замерзания и вода поступала в трещину достаточно часто или непрерывно.

Пинго бывают по меньшей мере двух типов, и есть по крайней мере два механизма их образования. Бывают так называемые гидролакколиты — отдельные холмы, образовавшиеся при промерзании на месте выхода подземного источника, на дне озерной впадины или заболоченного понижения. Под дном озера может залегать полужидкий слой, со всех сторон, кроме верхней, окруженный вечной мерзлотой. Когда из озера уходит вода, уровень вечной мерзлоты начинает подходить к поверхности дна озера. Почва промерзает с боков и снизу, вода выдавливается и собирается в центре бывшего озера. Так поднимаются вверх холмы пинго, внутри которых при замерзании воды образуется ледяное ядро.

Мерзлотные бугры на склонах обычно образуются группами в результате гидравлического напора подземных вод, поступающих со склонов речных долин и соседних гор. Не до конца понятен механизм, заставляющий воду внутри холма подниматься вверх. Поднявшаяся вода замерзает и расширяется. Если почва в основании холма пористая, вода может подниматься вверх за счет капиллярных сил, то есть поверхностного натяжения. Это означает, что молекулярные силы, обеспечивающие сцепление воды с материалом поры, могут поднять вверх жидкость через небольшие пустоты в грунте. Однако иногда мерзлотные бугры на склонах встречаются и там, где пор в грунте нет.

Почему в некоторых местах Арктической низменности (низменность на севере Аляски, у побережья Северного Ледовитого океана) и в некоторых районах субарктической тундры земля покрыта мерзлотными полигонами — огромными многоугольниками изо льда? Ледяные блоки уходят на несколько метров под землю, а их ширина достигает ста метров.

ОТВЕТ • Когда температура почвы опускается ниже точки замерзания, поверхностные слои почвы уплотняются и проседают, за счет чего на поверхности возникают напряжения. В некоторых местах эти напряжения могут быть настолько велики, что земля, как высыхающая лужа грязи, растрескивается. Со временем трещина в земле растет и вертикально вниз, и, даже существенно интенсивнее, в горизонтальном направлении. Она сама является источником напряжений, раздвигающих грунт. Когда трещина приближается к уже существующей трещине, под действием этих напряжений она поворачивается и пересекается со старой трещиной под углом, близким к прямому. Если несколько трещин пересекаются друг с другом, образуются многоугольники.

Когда трещина образовалась, в нее набивается снег или ее покрывает изморозь, а иногда в трещину попадает талая вода, которая потом замерзает. Так формируются границы ледяных клиньев, из которых затем складываются многоугольники. Похожие многоугольники видны и на поверхности Марса, но там трещины заполнены песком, а не снегом или льдом. Эти гигантские полигоны образовались, вероятно, благодаря другим механизмам. Когда мы туда попадем, мы узнаем каким.

Почему зимой в местах с холодным климатом из земли «вырастают» камни? В некоторых районах, например в Новой Англии на северо-востоке США, «урожай камней» столь обилен, что их собирают и строят из них каменные заборы.

Почему кое-где «выбравшиеся» из-под земли камни образуют узоры в виде кругов, многоугольников и полос? Иногда эти узоры велики и столь упорядочены, что выглядят искусственными. Например, на норвежском острове Шпицберген можно видеть поражающие воображение каменные круги, внутри которых камней нет. Что является причиной образования этих различных по форме массивов камней?

ОТВЕТ • Появление камней на поверхности связано с выпучиванием на морозе, о котором говорилось выше. В начале зимы граница промерзания, глубина, на которой температура равна 0°C, постепенно опускается. Если на ее пути оказывается камень, это место она проходит быстрее, чем окружающую его почву. Это связано с тем, что у камня теплопроводность выше, кроме того, в почве имеется вода, которая при замерзании выделяет тепло. Когда граница промерзания опускается ниже камня, к нему примерзает вода из окружающей его снизу и с боков еще не замерзшей почвы. «Лишняя» вода, замерзая, расширяется и толкает камень вверх. Всякий раз, когда камень продвигается вверх, под него понемногу подсыпается почва, укрепляя его в новом положении, так что позже, когда лед растает, опуститься камень не может. После нескольких циклов замерзания-таяния камень достигает поверхности земли, и, возможно, там он пригодится кому-то для забора.

Мигрирующие вверх камни были обнаружены в вертикальных разрезах песчаного дна высохших в незапамятные времена рек. Вдоль стенок таких разрезов камни встречались на разной высоте. Над камнем песок был плотнее, а под камнем был заметен след, вероятно, отмечавший его путь наверх: камень поднимался, а песок заполнял пустоты.

Узоры из камней своим появлением обязаны выпучиванию на морозе, происходившему с завидным постоянством в течение веков. Когда камни выталкиваются из земли, они влияют на скорость, с которой граница промерзания под ними опускается, а это, в свою очередь, влияет на то, как движутся вверх другие камни. При образовании холма выпучивания (пинго) вдоль его склонов случаются обвалы, приводящие к скоплению камней. Другие камни скатываются с уже образовавшихся выступов из камней, удлиняя их. Когда камней очень много, из них формируются круги, многоугольники или лабиринты; если камней не так много, появляются каменные острова, а на склонах образуются каменные полосы. Похожие каменные узоры были обнаружены на Марсе. Считается, что это свидетельство существования там подземных вод и чередующихся процессов их замерзания и таяния.

Почему в районах с холодным климатом большие валуны, возвышающиеся на склонах, постепенно сползают вниз? След от такого камня напоминает борозду, оставленную великаном, вспахавшим поле: перед валуном возвышается земляной холм, а позади него большая вмятина.

ОТВЕТ • Процессы замерзания и таяния почвы вокруг валуна ослабляют его сцепление с землей. Когда вода в почве (как та, что изначально была вблизи камня, так и та, что поднимается к камню из нижних слоев) замерзает, она расширяется, и валун слегка приподнимается.