Первая классификация подземных вод области распространения ММП была предложена в 1941 г. Н.И. Толстихиным, которым по условиям залегания подземных вод относительно толщи многолетнемерзлых пород были выделены: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные подземные воды.
Во всех последующих классификациях представления Н.И. Толстихина главным образом уточнялись и детализировались. Н.Н. Романовский в 1966 г. предложил подразделять подземные воды в многолетнемерзлых породах на пять типов: надмерзлотные, межмерзлотные, внутримерзлотные, подмерзлотные и воды сквозных таликовых зон. В настоящее время именно это подразделение обычно используется при характеристике типов подземных вод области распространения ММП.
Условия залегания перечисленных типов подземных вод и их взаимодействие с многолетнемерзлыми породами показаны на рис. 12.2.
Надмерзлотными, согласно определению Н.И. Толстихина, называются подземные воды, залегающие над толщей многолетнемерзлых пород, над ее верхней границей. При неглубоком (до 10 — 15 м) залегании многолетнемерзлых пород их толща является обычно водоупорным основанием (подошвой) для надмерзлотных вод.
Рис. 12.2. Схема залегания различных по отношению к ММП типов подземных вод(по Н.Н. Романовскому, 1983): А — надмерзлотные воды СТС; Б — воды сквозного дождевально-радиационного талика; В — надмерзлотные воды подозерного несквозного талика; Г — воды сквозного подруслового талика; Е — межмерзлотные воды; Ж — подмерзлотные воды неконтактирующие безнапорные; 3 — подмерзлотные воды неконтактирующие напорные; И — подмерзлотные воды контактирующие напорные; К — надмерзлотные воды несквозного дождевально-радиационного талика; 1 — изверженные трещиноватые породы; 2 — щебень и дресва; 3 — суглинки; 4 — пески, галечники; 5 — многолетнемерзлые породы и их граница; 6 — обводненность пород постоянная(а), периодическая(6), 7 — стрелка — направление движения подземных вод; 8 — подошва СТС (6) и СМС(а); 9 — скважины, стрелкой показана глубина появления и установившийся уровень подземных вод
В соответствии с представлениями Н.Н. Романовского (1983) в качестве основных подтипов надмерзлотных вод должны рассматриваться воды сезонно-талого слоя (СТС) и воды несквозных таликов. Воды сезонно-талого слоя (слой сезонного оттаивания, деятельный слой и др.) формируются в самой верхней, оттаивающей в летний период части разреза и связаны, как правило, с рыхлыми четвертичными образованиями различного генезиса и состава. По условиям залегания они образуют первый от поверхности земли сезонно существующий горизонт безнапорных вод типа грунтовых. В связи с относительно малой мощностью и сезонным характером существования воды СТС в ряде случаев рассматриваются как "верховодка". Однако исходя из определения это неверно, так как верховодка формируется в зоне аэрации выше постоянно существующего уровня грунтового водоносного горизонта.
Мощность водоносного горизонта СТС в зависимости от климатических условий, рельефа, состава водовмещающих пород и других факторов изменяется от 0,1 — 0,5 м в северных районах до 2 — 3 м и более в южных районах распространения ММП. Время существования водоносного горизонта с севера на юг территории изменяется от 2 — 3 до 10 — 11 месяцев в году (Романовский, 1983).
Рисунок ‑ Ниагарский водопад в сильные морозы
Условия формирования вод СТС определяются условиями их залегания. Питание подземных вод (в летний период) происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации водяного пара. По данным В.В. Климочкина, В.Е. Афанасенко, И.Т. Рейнюка, величины конденсационного питания за летний период изменяются от 20 до 80 мм/год, что составляет до 7 — 30% от суммарной величины их питания. Разгрузка осуществляется в виде малодебитных источников, многочисленных высачиваний или фильтрацией в гидрографическую сеть. Залегая в самой верхней части разреза, подземные воды СТС обычно настолько тесно связаны с поверхностными водами (озера, болота, склоновый поверхностный сток и др.), что "переход" одного вида воды в другой осуществляется практически повсеместно.
Минерализация и химический состав подземных вод СТС определяются условиями их залегания и тесной связью с атмосферными и поверхностными водами. Как правило, эти воды характеризуются низкой минерализацией (от 10 — 15 до 200 — 250 мг/л, реже более) и преимущественно гидрокарбонатным составом. В специфических условиях формируются маломинерализованные гидрокарбонатно-кремнистые воды, в которых относительно высокое содержание SiO2 связано, как правило, с отсутствием в породах СТС карбонатных или сульфатных соединений (разрез представлен торфами или торфоминеральными образованиями с малым содержанием или отсутствием карбонатов). В целом для вод СТС характерно относительно повышенное содержание органических веществ и газов атмосферного происхождения (N2, O2, CO2).
Воды с относительно более высокой минерализацией (2,0 — 3,0 г/л и более) сульфатно-хлоридного и хлоридного состава в условиях СТС могут быть связаны главным образом с участками разгрузки более глубоких (межмерзлотных, подмерзлотных) подземных вод; с элювиально-делювиальными отложениями, формирующимися на гипс-ангидритовых толщах или загипсованных карбонатных породах; с участками континентального засоления (Центральная Якутия, Южное Забайкалье); с отложениями современных и верхнечетвертичных морских террас (побережье северных морей); а также с участками интенсивного антропогенного загрязнения вод СТС.
Несквозными таликами называются, как правило, ограниченные по площади участки в пределах территории с неглубоким (1—3 м) сплошным залеганием ММП, на которых мощность талых (непромерзающих) пород больше (значительно больше) мощности слоя сезонного промерзания (от поверхности земли до кровли ММП). На таких участках в зимний период промерзает только верхняя часть разреза, а ниже (до кровли ММП) горные породы и содержащиеся в них подземные воды постоянно или в течение достаточно длительных (многолетних) периодов сохраняются в талом состоянии. Таким образом, несквозные талики представляют собой как бы "изолированные понижения" поверхности ММП, формирование которых обычно связано с воздействием местных отепляющих факторов (см. рис. 12.2).
Классификация и подробная характеристика таликов, в том числе и несквозных, приведены в работе Н.Н. Романовского (1983). По факторам, оказывающим местное отепляющее воздействие, им выделено семь типов таликов: радиационно-тепловые, гидрогенные (подводно-тепловые), гидрогеогенные (водно-тепловые), гляциальные, химогенные, вулканогенные и техногенные.
По условиям залегания подземные воды субаэральных несквозньх таликов являются, как правило, грунтовыми безнапорными; по характеру режима — постоянно (в течение длительного времени) существующими непромерзающими или частично промерзающими (O.K. Ланге, Н.И. Толстихин, О.Н. Толстихин). В отдельных случаях мощность подрусловых и подозерных несквозных таликов может достигать 40—50 м и более. Подземные воды подрусловых, подозерных и субмаринных несквозных таликов обычно обладают напором, величина которого определяется положением уровня поверхностных вод.
Условия питания и разгрузки подземных вод несквозных таликов, их гидродинамический режим, формирование химического состава и минерализации определяются типом (подтипом, классом) талика. Для субаэральных таликов они определяются главным образом условиями формирования атмосферного питания (инфильтрация, конденсация) и разгрузкой в виде источников, высачиваний, испарения и транспирации, русловой разгрузки в малые водотоки и др.; для субаквальных типов (подрусловые, подозерные др.) — уровенным режимом поверхностных вод, характером изменения расходов постоянных и временных водотоков, режимом промерзания поверхностных вод и др.
В большинстве случаев для несквозных таликов (кроме субмаринных, подозерных в котловинах соленых озер, некоторых типов химогенных и техногенных) характерно формирование слабоминерализованных (до 200—300 мг/л) подземных вод гидрокарбонатного кальциевого (Са—Mg) состава. Состав и минерализация подземных вод не отличаются принципиально от вод СТС и поверхностных вод территории. Исключение могут составлять участки разгрузки минерализованных межмерзлотных вод, трещинно-карстовые воды сульфатных пород, участки интенсивного антропогенного загрязнения и др. В котловинах перемерзающих и пересыхающих озер и под аласами в результате процессов криогенной метаморфизации (концентрирования) могут быть распространены преимущественно хлоридные воды с минерализацией до 20 г/л и более (Афанасенко, 2000). Алас представляет собой вытянутую пологосклонную и плоскодонную ложбину овальной формы диаметром до нескольких километров и глубиной до 30 метров. Образуется при вытаивании подземных льдов, усадке грунта и горных пород, суффозии, карсте и т. д. Низина аласа обычно покрыта заболоченным озером, а склоны лугово-степной растительностью. Алас являет собой автономный биотоп. Характерны торфонакопления. Сухие ареалы аласа обычно используются в качестве сельскохозяйственных угодий.
Самый крупный алас — Мюрю, находится в Усть-Алданском улусе Якутии. На его территории расположен улусный центр — село Борогонцы. В 2002 в Мюрю провели 73-километровый канал от реки Лена и заполнили речной водой обмелевшее природное озеро.
В южных районах распространения ММП при относительно более глубоком (до 10—15 м и более) залегании их кровли в верхней части разреза (выше кровли ММП) обычно формируется "нормальный" постоянно существующий горизонт грунтовых вод, для которого кровля ММП является нижним водоупором. По условиям залегания относительно толщи ММП подземные воды данного горизонта также являются надмерзлотными, однако условия их распространения и гидродинамический режим существенно отличаются от вод СТС и вод несквозных таликов. В зависимости от соотношения глубины залегания уровня грунтовых вод и мощности слоя сезонного промерзания грунтовые воды этого типа могут быть частично промерзающими или непромерзающими (O.K. Ланге, Н.И. Толстихин, О.Н. Толстихин).
При залегании кровли ММП на глубинах 100—200 м и более (реликтовые толщи ММП) подземные воды верхней части разреза по условиям залегания также являются надмерзлотными. Однако в этом случае гидрогеологический разрез над верхней границей ММП может включать не только грунтовые, но и залегающие ниже напорные водоносные горизонты.