Под действием мороза происходит криогенное оструктуривание почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность. Мерзлотной коагуляцией коллоидов обусловлено ожелезнение таежных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв, рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы и скелета почвы.
Основа почв Центральной Якутии сложена главным образом кембрийскими и юрскими песчано-глинистыми, известняковыми и песчано-глинистыми, известняковыми и песчаниковыми отложениями платформенного типа. Третичные песчано-глинистые отложения миоцена или плиоцена встречаются эпизодически.
Четвертичные отложения представлены аллювием разных фаций, от русловой песчано-галечной до пойменной-суглинистой и глинистой с растительными осадками и полигонально-жильным льдом. Аллювий слагает как древние террасы, обычно с цоколем из дочетвертичных пород, превышающие современный уровень Лены на 120 метров и более и имеющие несомненно плейстоценовый возраст, так и более низкие, позднеплейстоценовые и голоценовые, вплоть до современной поймы.
Кроме того, имеются маломощные делювиальные суглинистые отложения на склонах и маломощные иловатые аласные вторичные образования, т.е. пойменный аллювий, переотложенный в следствие термокарста. Торфянистые болотные отложения очень маломощны и весьма ограничены в своем распространении.
Весь район характеризуется суровым, резко континентальным климатом с очень суровой малоснежной зимой, вследствие чего распространение криолитозоны повсеместное (кроме подрусловых полос и днищ глубоких озер), мощность вечномерзлых толщ превышает 250-300 метров, температура в пределах от -2º до -6º. В вечномерзлом состоянии находятся все типы отложений. Все они весьма плотны вследствие низкой температуры.
Наиболее характерным является присутствие широко распространенного мощного, до 20 метров и более, полигонально-жильного льда в суглинках пойменной фации в составе всех террас, за исключением первой надпойменной и современной поймы.
Мощность сингенетического полигонально-жильного льда соответствует мощности пойменного аллювия. Криогенная текстура пойменного суглинка является или массивной, или мелкослоистой и мелкосетчатой (сингенетический тип).
Делювиальные, аласные и озерно-болотные отложения также характеризуются криогенной текстурой сингенетического типа. Иногда озерно-болотные, а отчасти аласные отложения характеризуются разреживающейся льдистой решеткой эпигенетического типа. Обычны ледяные ядра в многолетних (бугуняхи) и сезонных буграх пучения, чаще всего приуроченных к аласам.
Возраст вечномерзлых толщ наиболее высоких террас равнины -плейстоценовый, более низких террас - средне- и верхнеплейстоценовый и самой низкой надпойменной террасы и современной поймы - гоглоценовый. Присутствие полигонально-жильного льда, синхронного террасовым осадкам, позволяет считать возраст вечной мерзлоты Центральной Якутии достаточно древним - раннеплейстоценовым. Чем моложе терраса, тем моложе криолитозона.
Верхний почвенный слой многолетней мерзлоты, оттаивающий лишь в короткий летний период на глубину от 0,2 м на севере до 2,5 м на юге, называется деятельным слоем. Этот тонкий слой почвогрунтов, зимой смыкающийся с мерзлотой, за время короткого лета становится действительно деятельной средой многих жизненных процессов, которые протекают весьма бурно и активно. И несмотря на холод и наличие мощных толщ мерзлых пород, в Центральной Якутии широко распространены леса, зреют поля пшеницы, растут картофель, овощи.
II. Криогенные формы рельефа
Криогенный рельеф - комплекс форм рельефа, характерный для областей развития многолетнемерзлых пород. Криогенный рельеф Центральной Якутии генетически связан с процессами:
- морозобойного растрескивания (полигональный рельеф);
- пучения (бугры и площади пучения);
- криогенного выветривания (нивальные формы);
- сортировки материала (структурные грунты);
- термокарста (котловины, озера др.).
Рассмотрим некоторые характеристики и формы образования криогенных форм рельефа Центральной Якутии.
1. Морозобойные трещины.
Если снега мало или его вообще сдуло ветром, температура мерзлой породы понижается очень сильно, заметно уменьшается ее объем и образуются морозобойные трещины, уходящие вниз в несколько раз глубже, чем мерзлая порода может оттаять летом. Весной эти трещины заполняются водой, осенью вода замерзает и расширяет трещины, в которых постепенно образуются ледяные клинья, причем сами эти клинья с поверхности не видны. Но грунт, постепенно накапливающийся на таких клиньях, имеет совершенно другой режим увлажнения, чем между ними, поэтому полосы вдоль трещин хорошо выделяются по растительности и потому хорошо видны на аэрофотоснимках (рис. 51). Многоугольники (полигоны), ограниченные трещинами, имеют в поперечнике от одного двух десятков до нескольких сотен метров. В зависимости от состава грунтов, температурного режима полосы вдоль морозобойных трещин могут возвышаться над уровнем полигонов или быть ниже
2. Пучения (бугры и площади пучения).
Наиболее распространенный тип деформации мерзлых грунтов - пучение, связанное с увеличением объема воды при замерзании. Возникающие при этом положительные формы рельефа называются буграми пучения, высота их обычно не более 2 м.
Летом верхний слой многолетней мерзлоты оттаивает. Лежащая ниже мерзлота мешает талой воде просачиваться вниз, вода, если не находит стока в реку или озеро, остается на месте до осени, когда снова замерзает. Весной оттаивание шло сверху вниз, как результат выравнивания температур уже прогретого воздуха и еще холодного грунта; осенью изменение температур также быстрее происходит в воздухе и промерзание идет тоже сверху вниз. В результате талая вода оказывется между водонепроницаемым слоем постоянной мерзлоты снизу и постепенно нарастающим сверху вниз слоем новой, сезонной мерзлоты. Лед занимает больший объем, чем вода. Вода может не прорвать почвенный покров, а только приподнять, растекшись под ним. Замерзнув затем, она образует ледяное ядро бугра, постепенно нарастая, такой бугор может достигнуть высоты 70 м при диаметре до 200 м. Такую форму рельеф называют булгуннях. Они могут достигать высоты 30–60 метров при поперечнике 100–250 метров
3. Курумообразование.
Представляет собой сложный процесс криогенного выветривания крупнообломочного материала и его транспортировки вниз по склону. Суточные и сезонные колебания температуры приводят к циклическому расширению и сокращению обломков пород и пульсационному смещению их вниз по склону. Скорость транспортировки материала составляет обычно несколько сантиметров в год. На увлажнённых склонах материал движется в 3–4 раза быстрее, чем на сухих. Размеры курумов различны, площадь их может исчисляться многими квадратными километрами.
4. Термокарс.
Процессы рельефообразования, вызванные местным протаиванием многолетней мерзлоты, и все созданные ими формы называются термическим карстом, или (чаще) термокарстом (греч. therme - тепло). В областях распространения термокарста много округлых по форме западин, в них обычно располагаются озера, так как увлажнение избыточное, а лежащая ниже многолетняя мерзлота водонепроницаема. Термокарстовые озера отличаются от карстовых более правильной формой и меньшей глубиной.
Термокарстовый процесс - процесс неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда. В результате сформировались мерзлотные формы рельефа – аласы, быллары, булгунняхи, байджарахи.
В равнинных частях центральной Якутии часто встречаются аласы - плоскодонные термокарстовые котловины от десятков метров до нескольких километров в диаметре и глубиной до 15 - 30 м. Часто аласы заняты озерами, болотами, лугами, иногда они представляют собой котловины спущенных или заросших термокарстовых озер.