На 20-25% площади суши грунты на некоторой глубине от дневной поверхности летом не оттаивают и в течение длительного времени остаются в мерзлом состоянии или вечномерзлыми.
Термин «вечная мерзлота» неопределенный и условный. Вечной мерзлотой называют явление охлаждения горных пород до отрицательной температуры и сами охлажденные породы, и толщу земной коры, схваченную мерзлотой, и область распространения мерзлых грунтов.
Вечной или многолетней мерзлотой называют верхнюю часть коры выветривания крупных территорий, имеющих долгое время нулевую или отрицательную температуру. В этих грунтах вода находится в твердой фазе. Она и определяет физические свойства мерзлоты.
Южная граница вечной мерзлоты в Евразии проходит от северо-востока Кольского полуострова вдоль Полярного круга до Урала, затем следует на Березов и к устью Подкаменной Тунгуски, где резко поворачивает на юг вдоль восточного берега долины Енисея, захватывает часть Монголии, затем идет на восток, на Амур и середину Камчатки. В Америке вечная мерзлота охватывает бассейны Юкона, Макензи и Гудзонова залива, а также северную половину Лабрадора.
В этих пределах вечная мерзлота может быть сплошной, с таликами и островной. Сплошная мерзлота на глубине 10-15 м имеет температуру ниже –5 0С и распространена в Сибири севернее линии Салехард-Игарка-Чита- Анадырь. При температуре грунта от –5 0С до –1,5 0С среди вечной мерзлоты появляются участки талых грунтов, или талики. Они приурочены к районам, в которых физико-географические условия препятствуют сильному промерзанию.
Ниже дневной поверхности и до верхней границы постоянной мерзлоты залегает деятельный слой, подвергающийся сезонному промерзанию и оттаиванию. В нем протекают почвообразование, деятельность подземных животных и корней растений, физические и механические процессы, оказывающие влияние на развитие рельефа.
Мощность вечной мерзлоты весьма различна и уменьшается с севера на юг. В устье Лены она равна 600 м, на Вилюе – 800 м, на Европейском Севере (Амдерма) – 400 м, на Воркуте – 60 м, в Якутске – 215, в Забайкалье – 70.
О происхождении вечной мерзлоты существуют два мнения. Одни считают, что вечная мерзлота – реликт холодной ледниковой эпохи. Это мнение подтверждается многочисленными находками в мерзлых грунтах остатков мамонтов и шерстистых носорогов, живших в ледниковую эпоху. Мышечные ткани и кожа животных могли сохраниться только при непрерывности мерзлого состояния грунтов со времени его жизни.
Сторонники второго мнения считают вечную мерзлоту современным образованием. Этому свидетельствуют возникновение мерзлоты на вновь образующихся островах в дельтах сибирских рек, а также нахождение в мерзлоте предметов обихода людей и трупов домашних животных.
Вероятнее всего многолетняя мерзлота есть как древнего, так и современного происхождения. Процессы выхолаживания земной коры происходят в условиях малоснежной холодной зимы и короткого жаркого лета. Такие климатические условия возникли на севере Азии и Америки в плейстоцене и с небольшими колебаниями существуют до настоящего времени. Одна из отличительных особенностей этих районов – наличие «каменных», мертвых льдов, залегающих в виде крупных линз, слоев или тел неправильной формы. «Каменные» льды могут быть погребенными, т. е. покрытыми сверху слоем горной породы. Среди погребенных льдов есть скопления перенесенных ледниковых, речных, озерных и морских льдин, а также наледей и снежников. Большие массы подземного льда возникают также при многолетнем промерзании илистых озерно-речных и морских осадков.
Подземные воды областей вечной мерзлоты разделяются на позмерзлотные, межмерзлотные и надмерзлотные.
Надмерзлотные воды – залегают в деятельном горизонте. Там, где сезонная мерзлота сливается с постоянной, они зимой промерзают и не могут служить источником водоснабжения. При глубоком залегании мерзлых грунтов надмерзлотные воды образуют постоянный горизонт и используются для водоснабжения.
Процессы протаивания и деградации мерзлоты называются термокарстовыми. Результатом термокарста могут быть морозобойные трещины и небольшие озерные котловины. Понижения провального происхождения называются атласами. Их диаметр от нескольких десятком метров до 2 км. Некоторые атласы заняты лугами и озерами.
Зимой при замерзании грунтовой воды, скованной снизу вечной, а сверху сезонной мерзлотой, образуются бугры выпучивания в виде гидролакколитов. Их называют булгунняхами. Они достигают 40 м в высоту и 150 м в диаметре. Обычно возникают на заболоченных низких равнинах.
Межмерзлотные воды циркулируют в трещинах и водопроницаемых пластах земной коры. Питаются за счет надмерзлотных вод, проникают в толщу мерзлоты через талики.
Позмерзлотные воды залегают глубже нижней границы вечной мерзлоты. В областях распространения сплошной мерзлоты они артезианские (Якутский бассейн).