Геологические процессы в зоне вечной мерзлоты

дождевой водой, грунт приобретает  способность перемещаться, «стекать»  при очень малых (доли градусов) углах  наклона. Этот широко распространенный в районах развития ММП процесс носит название солифлюкции (от лат. «Солюм» — грунт и «флюкос» — течь).

В результате образуются характерные натечные формы  — солифлюкционные террасы. При обилии на склонах каменного материала, преимущественно в горных и плоскогорных районах, где близко к поверхности залегают скальные породы, деятельный слой может течь по тонкому увлажненному субстрату, образуются подвижные каменные россыпи — курумы. Обломочный материал курумов образуется при периодическом сезонном промерзании и оттаивании скальных пород или в результате их морозного выветривания. Местами курумы образуют сплошные каменные поля, размеры которых могут достигать нескольких десятков квадратных километров.

В областях распространения ММП широко развиты  процессы деградации

мерзлоты, к которым относятся  термоабразия, активно протекающая на озерных и морских берегах, термоэрозия, вызванная отепляющим воздействием движущихся водных потоков, и термокарст.

Термоабразия не относится к ведущим мерзлотным процессам криолитозоны, и проявления ее достаточно локальны. Льдистые крутые берега рек, озер или морей в результате совокупного механического и теплового воздействия воли нередко быстро отступают, образуя термоабразионные ниши или нависающие над водоемами козырьки.

Термокарст  (термический карст) — процесс вытаивания подземного льда, заключенного в верхней части многолетнемерзлой зоны, и связанного с этим проседания поверхности с образованием отрицательных форм рельефа — западин, термокарстовых озер. Сегодня справедливо считается, что явление термокарста — самый распространенный и один из самых динамичных процессов современной криолитозоны.

Под термокарстовыми  озерами вследствие отепляющего  воздействия

воды могут возникать подозерные талики. Основными причинами, инициирующими термокарстовые процессы, принято считать потепление климата и антропогенное нарушение естественных ландшафтов (рытье каналов, вырубка леса, распашка, образование искусственных водоемов, прокладка трубопроводов, строительство дорог и других объектов инфраструктуры). Формы термокарстового рельефа различны (мелкие западины, неглубокие озера, крупные котловины) и зависят от того, какие типы льдов и льдистых отложений подвергаются оттаиванию. При миграции или осушении термокарстовых озер образуются так называемые аласные котловины, или хассыреи, разделенные буграми останцев пород, вмещавших вытаявшие ледяные жилы.

Сегодня собраны  многочисленные данные о естественной цикличности

термокарстового процесса. Нередко  на месте высохшего озера начинается вытаиваиие вновь образовавшегося льда, постепенно приводящее к появлению нового водоема, который, в свою очередь, с течением времени начинает мелеть, сначала разбиваясь на группу более мелких озер, а впоследствии и полностью пересыхая, опять образуя аласную котловину. Продолжительность такого цикла в естественных условиях составляет первые сотни лет. В то же время при активном

антропогенном воздействии на ландшафт скорость процессов способна очень резко возрастать.

Термоэрозия, так же как и термокарст, представляет собой ведущий процесс преобразования первичного рельефа земной поверхности. Специфика разрушительной работы рек и ручьев в криолитозоне связана не только с их отепляющим воздействием, по и с влиянием на эрозионные процессы морозобойного растрескивания грунтов. Морозобойные трещины во многом предопределяют характер, и даже рисунок гидросети. Поверхность практически всех уровней рельефа в криолитозоне разбита сетью морозобойных трещин на полигоны, поперечник которых варьирует в широких пределах от 10 до 500 м, а иногда и до 1,5-2 км. К разделяющим полигоны морозобойным трещинам обычно

приурочены ледяные жилы. Первичная  эрозионная сеть непременно наследует сеть морозобойных трещин, благодаря чему сама приобретает полигональный характер.

В целом полигональные структурные формы очень широко распространены

практически во всех областях криолитозоны. Образование подобных структур может быть, как вызвано растрескиванием грунта па мелкие полигоны, так и связано с неравномерным промерзанием деятельного слоя или развитием локальных очагов напряжений, нередко дизъюнктивного характера.

Пятна-медальоны  развиваются в дисперсных породах в результате прорывов па поверхность, по трещинам внутри полигонов, испытывающего гидростатическое давление разжиженного грунта верхней части сезонно-талого слоя.

Еще одним  типом полигонально-структурных  форм являются каменные

кольца и многоугольники. В результате неоднократного промерзания и протаивания рыхлых пород, содержащих каменные обломки, происходит

«вымораживание» крупного обломочного  материала на поверхность и его постепенное перемещение в сторону пониженных трещинных зон. Интересно, что сегодня остатки древних каменных полос можно обнаружить на поверхности Земли далеко от современной границы многолетней мерзлоты. Очевидно, что подобные структуры сформировались в более древние геологические эпохи, когда холодный субарктический климат распространялся существенно южнее, нежели в настоящее время.

 

2.4. ПРОБЛЕМА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

 

На исходе XX в. проблема изменения климата в сторону глобального

потепления стала одной из центральных. Повышение температуры воздуха

большая часть ученых-климатологов связывает с возрастающими выбросами  в атмосферу двуокиси углерода, метана и других газов, вызывающих арниковый эффект. Учитывая, что более 60 % площади России занято многолетнемерзлыми породами, чутко реагирующими на малейшие изменения климата, проблема возможного потепления видится достаточно актуальной. В пределах криолитозоны России сосредоточено более 30 % разведанных запасов нефти страны, около 60 % природного газа, неисчислимые залежи каменного угля и торфа, не говоря уже о цветных металлах, золоте, алмазах и пр. Оттаивание мерзлых пород должно непременно сопровождаться просадками земной поверхности и развитием опасных криогенных геологических процессов: термокарста, термоэрозии, солифлюкции и т. д.

В связи с  этим может возникнуть угроза разрушения зданий и инженерных

сооружений, повышения уровня моря. Количественно оценить возможные изменения многолетней мерзлоты на любой срок времени и предотвратить многие их последствия реально, только если достоверно известны исходные климатические параметры. К сожалению, достоверность долгосрочных метеорологических прогнозов пока далека от совершенства.

Сегодня преобладает  точка зрения, что в ближайшие 50 лет температура

поверхности грунтов повысится  на 0,9-2,3°С, а глубина сезонного протаивания увеличится на 15-30 %. В результате южная граница криолитозоны России способна отступить к северу и северо-востоку на 50-600 км.

Ожидаемое к  середине XXI в. потепление климата и криолитозоны сопоставимо с потеплением в период климатического оптимума 4600-8000 лет назад, когда южная граница криолитозоны отступила к северу и заняла положение, близкое к прогнозируемому на 2050 год.

 

2.5. ЛЕДНИКОВЫЕ ПОКРОВЫ И МЕРЗЛОТА

 

Взаимоотношение между ледниковыми покровами  и многолетней

(«вечной») мерзлотой - одна из  острых проблем наук о Земле,  по которой

до сих пор имеются разные точки зрения. По одной из них, оледенение и многолетняя мерзлота - антагонисты, развивающиеся в различных природных условиях: первое - в приморских областях с холодным, но влажным (многоснежным) климатом, вторая - в резко континентальных условиях, для которых характерны низкие температуры и крайняя сухость климата. В качестве примера чаще всего указывают па контраст между плейстоценовой Северной Европой, оказывавшейся под Скандинавским ледниковым щитом, и Восточной Сибирью, где, по «классическим» представлениям, оледенения не было, а формировалась мощная криолитозона, или толща многолетнемерзлых пород. Другая точка зрения базируется на данных, полученных в ходе бурения современных ледниковых щитов, измерениях и моделях теплопотоков во льду и мерзлых фунтах. Они показывают, что мерзлота может существовать под мощными ледниковыми толщами и находиться с ними в термическом взаимодействии. Так, практически всю площадь Гренландского ледникового щита подстилают мерзлые породы с поверхностной температурой 11-13°С ниже нуля; талики образовались только под ледяными потоками. Таким образом, оледенение и мерзлота могут существовать совместно, закономерно взаимодействуя друг с другом. Есть основания считать, что криолитозона возникла раньше покровных оледенений и в силу ряда физических причин изменялась гораздо медленнее, чем оледенение. Ее присутствие должно было облегчать образование ледниковых покровов, создавая благоприятный температурный режим для накопления снега и льда. Последние же, вступив во взаимодействие с мерзлым ложем, как правило, повышали его температуру, что в одних случаях приводило к деградации подледной мерзлоты, в других — консервировало ее.

Очень часто  процессы консервации мерзлоты и  ее ликвидации получают

развитие под разными по динамике частями одних и тех же ледниковых покровов.

 

3.ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В КРИОЛИТОЗОНЕ

 

Криолитозона  занимает более половины территории России и как раз в местах, богатых  полезными ископаемыми – нефтью, газом, углем, различными рудами. Освоение этих территорий имеет громадное  значение для нашей страны.

Области распространения  многолетнемерзлых пород очень  чутко реагируют на любые природные  или техногенные вмешательства  Высокая льдистость

многолетнемерзлых пород и термическое равновесие, готовое сместиться от малейших изменений  определяет неустойчивое поведение  многолетнемерзлых пород. Любое  повышение температуры сразу  же повышает глубину сезонного протаивания, лед превращается в воду, которая  уходит, грунт уплотняется и проседает. Это явление, называемое термокарстом, сопровождает строительство, сделанное  без учета правил, предусмотренных для криолитозоны. А они заключаются, в первую очередь, в сохранении мерзлого состояния грунтов. Отсюда следует, что под каждым строением должно быть проветриваемое подполье, а сваи, на котором оно стоит, необходимо забивать в мерзлые породы ниже слоя сезонного оттаивания (рис.3.1.).

Сохраняя  многолетнемерзлые породы, не нарушая  их теплового равновесия, можно не допустить тепловую осадку грунтов, а затем и строения, которое  может спустя какое-то время просто разрушиться. Грунт, чтобы он не начал  таять, иногда даже специально замораживают с помощью охлаждающей системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1. Строительство в криолитозоне.

Дома стоят  на бетонных сваях, забитых в многолетнемерзлые породы, ниже деятельного слоя: 1 - отверстия для циркуляции воздуха, 2 – деятельный слой, 3 – многолетнемерзлые. 
Свайные фундаменты - это сейчас основной способ строительства в криолитозоне, хотя строят также и на подсыпных грунтах. В криолитозоне расположены такие города, так Якутск, Норильск, Билибинская АЭС, Анадырь и другие города. В свое время впервые свайное основание было опробовано при строительстве Якутской центральной тепловой электростанции, объекта, который выделяет большое количество тепла. У нее проветриваемое подполье достигает почти 2-х метров. Это сооружение построено в 1937 г. и с тех пор работает не деформируясь.

Особую сложность  составляет прокладывание в криолитозоне инженерных

коммуникаций – теплопроводов, канализации, обычного водопровода. Надо иметь в виду. Что и многолетнемерзлые  породы, на которых ведется строительство, обладают разными свойствами, которые  необходимо учитывать. Наука о мерзлых  грунтах чрезвычайно сложна, интересна  и необходима. Даже стандартный столб  высотой 6 м нельзя вкопать в оттаявший слой без того, что его через некоторое время выпучит из этого слоя, также как выпучивает из него камни. А поднимается он потому, что, будучи вкопанным в деятельный слой, при начале замерзания слоя с поверхности он, при увеличении объема водонасыщенного слоя, будет немного выдернут вверх примерзшим к нему грунтом. Естественно, что под столбом образуется полость, тут же заполняемая разжиженным грунтом, который впоследствии также замерзнет, увеличив свой объем. И так повторяется из года в год по несколько см и, наконец, столб рухнет, будучи полностью выпученным из грунта (рис.3.2).

 

 
Рис. 3.2. Схема, показывающая последовательные стадии (I - IV) выпучивания столба из слоя летнего оттаивания грунтов, сложенного влажными рыхлыми горными породами:

 1 - оттаявшая часть сезонноталого слоя; 2 – толща вечной мерзлоты; 3 – промерзшая часть слоя летнего оттаивания; 4 – полость под подтаявшим столбом, заполненная разжиженным грунтом; 5 – то же, заполненная замерзшим льдистым грунтом; 6 – то же, заполненная уплотнившимся грунтом

Вообще, пучение  грунта в области развития многолетнемерзлых  пород – это

бедствие, наносящее огромный урон всему хозяйству севера. Деформированные  насыпи железных и автомобильных  дорог, газо- и нефтепроводы, аэродромы, кабельные линии связи, водо- и  теплопроводы и многие другие сооружения испытывают на себе неравномерное пучение  грунта.

Огромные  проблемы возникают с проходкой  горных выработок и шахт, в

угленосных районах, в Воркуте, например, где все подземные сооружения – это источники тепла, а температура  многолетнемерзлых пород около 0°С.

Происходящее  изменение климата и природной  среды под влиянием техногенной  деятельности человека и впоследствии естественных причин, может доставить будущим поколениям немало хлопот в районах распространения многолетнемерзлых пород. Происходящее изменение климата и природной среды под влиянием техногенной деятельности человека и впоследствии естественных причин, может доставить будущим поколениям немало хлопот в районах распространения многолетнемерзлых пород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Итак, многолетняя  мерзлота - постоянное промерзание  горных пород в верхней части  земной коры, распространенное главным  образом в условиях холодного  климата в Северном полушарии. Мощность многолетнемерзлого слоя в районах  максимального ее распространения  может достигать 600 м. Для районов  многолетней мерзлоты характерно явление  солифлюкции. Многолетняя мерзлота создает значительные трудности  при всех видах хозяйственного освоения территории, особенно при строительстве.

Образование многолетней мерзлоты связано с  отрицательными среднегодовыми температурами  и выпадением малого количества снега  в зимний период. Вечная мерзлота является продуктом древнего и современного климата.

Многолетняя мерзлота оказывает существенное влияние  на формирование термокарстовых форм рельефа. Термокарстовый процесс –  процесс неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород  вследствие подземного льда.