Вечная мерзлота

Глава 1 Сведения о вечной мерзлоте

 

1. Понятие вечной мерзлоты «Вечная мерзлота» (многолетняя криолитозона, многолетняя мерзлота) — часть криолитозоны, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общей площадью 35 млн км². Распространение — север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана.
2. Причины возникновения вечной мерзлоты Главная причина возникновения многолетней мерзлоты : это исключительно холодный климат, в условиях которого породы имеют температуры ниже точки их замерзания. Однако в деталях различные физические факторы, от которых зависит температура породы, сложны и в большинстве случаев пока не поддаются количественной оценке. Тепловой поток обычно направлен из внутренней части Земли к ее поверхности, однако он незначителен и поэтому температура на глубине нескольких сотен футов определяется прежде всего количеством солнечной радиации, поглощаемой поверхностью, и теплопроводностью пород. Направление теплового потока, а отсюда и ориентировка изотермических поверхностей зависит от пространственного распределения скальных и осадочных пород с различной теплопроводностью, конрисурации дневной поверхности, переноса тепла циркулирующими водами и температуры поверхности.

Тепловой  эффект ускоренной инфильтрации или  дренирующихся с большой скоростью подземных вод — наиболее важные факторы в районах островного распространения многолетнемерзлых пород. Ускоренная инфильтрация воды происходит через осыпи, песчаные дюны, валунные поля и покрытые гравием террасы. Наиболее значительная локальная инфильтрация вод наблюдается на осыпях под тающим снегом. Тепла, поступающего с водой в толщу пород, может оказаться достаточным, чтобы предотвратить их замерзание на данном участке и обеспечить прямую инфильтрацию в водоносные горизонты, залегающие ниже многолетнемерзлой толщи. В других случаях вода, инфильтрующаяся через осыпи, проникает лишь на небольшую глубину, вследствие чего образуются локальные зоны, свободные от многолетней мерзлоты. Необходимо отметить, что многие большие родники, появляющиеся летом, возникают просто в результате неглубокой циркуляции талых снеговых вод, замерзающих зимой.

 

1.3Районы многолетней мерзлоты - верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2—3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0 °C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, её глубина иногда превышает 1 000 метров.

 Вечная мерзлота образовалась в более суровых климатических условиях, чем современные (в четвертичный период), но она образуется и в настоящее время. Условиями для ее образования являются: низкая средняя температура зимних месяцев, большая продолжительность холодного периода, малая мощность снежного покрова, короткое прохладное лето с небольшим количеством осадков.

Вечная мерзлота широко распространена в Северной Америке, на севере Европы и Азии. Южная граница ее в Сибири проходит по 49° с. ш. и спускается в Монголии до Улан-Батора. Мощность ее различна в разных местах — от 60—70 м (Воркута, Забайкалье) до 320—400 м (Шпицберген, Амдерма). Вечная мерзлота определяет все особенности ландшафта тех районов, где она распространена. Растительность отсутствует или развиваются угнетенные формы в том случае, когда верхние горизонты почвы летом оттаивают. Создаются благоприятные условия для заболачивания, так как вода не просачивается на глубину

1.4Распространённость - Многолетняя мерзлота (общепринятое название — вечная мерзлота, «многолетней» вечную мерзлоту впервые стала именовать петербургская географическая научная школа) — явление глобального масштаба, она занимает не менее 25% площади всей суши земного шара. Материк, где вечная мерзлота отсутствует полностью — это Австралия, в Африке возможно её наличие только в высокогорных районах. Значительная часть современной многолетней мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьируется от нескольких процентов до 90%. В многолетней мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидратов, в частности — гидрата метана.                                                                                                                                   По характеру распространения выделяют три типа многолетней мерзлоты:                                                                                                             1.Сплошная мерзлота, распространённая в северной части Большеземельской тундры, на Полярном Урале, в тундре Западной Сибири, в северной части Среднесибирского плоскогорья, на Таймырском полуострове, архипелаге Северная Земля, на Новосибирских островах, Яно-Индигирской и Колымской низменностях, в дельте р. Лены, на Центральноякутской равнине, Приленском плато и в области Верхоянского, Черского, Колымского (Гыдан) и Анадырского хребтов, а также Юкагирского плоскогорья, на Анадырской равнине. Мощности толщ колеблются от 500 м и более до 300 м; температуры от —10 °С и ниже до —2 °С.   

2. Мерзлота с островами талых грунтов, преобладающая в Большеземельской и Малоземельской тундре, на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуски, в южной части Приленского плато, в Забайкалье. Мощности толщ иногда достигают 250—300 м, но чаще от 100—150 м до 10—20 м, температуры от —2 °С до 0°.

3. Мерзлота с островами талых грунтов, преобладающая в Большеземельской и Малоземельской тундре, на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуски, в южной части Приленского плато, в Забайкалье. Мощности толщ иногда достигают 250—300 м, но чаще от 100—150 м до 10—20 м, температуры от —2 °С до 0°.

1.5 Изучение    Одно из первых описаний многолетней мерзлоты было сделано русскими землепроходцами XVII века, покорявшими просторы Сибири. Впервые на необычное состояние почвы обратил внимание казак Я. Святогоров, а более подробно изучили первопроходцы из экспедиций, организованных Семёном Дежнёвым и Иваном Ребровым. В специальных посланиях русскому царю они засвидетельствовали наличие особых таёжных зон, где даже в самый разгар лета почва оттаивает максимум на два аршина. Ленские воеводы П. Головин и М. Глебов в 1640 г. сообщали: «Земля-де, государь, и среди лета вся не растаивает». В 1828 г. Федор Шергин начал проходку шахты в Якутске. За 9 лет была достигнута глубина 116.4 м. Шахта Шергина шла все время в мерзлых грунтах, не вскрыла ни одного водоносного горизонта. В 40-х годах XIX-го века А. Ф. Миддендорф измерил температуру до глубины 116 м. С этого времени вопрос о существовании «вечной мерзлоты» уже всерьез не поднимался.

Термин  «вечная мерзлота» как специфическое  геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным. Он определял его как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий. Слово «мерзлота» при этом чёткого определения не имело, что и привело к использованию понятия в различных значениях. Впоследствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона, однако они не получили широкого распространения. По длительности существования мерзлого состояния пород принято подразделять «родовое» понятие «мерзлые породы» на три видовых понятия:

• кратковременномёрзлые породы (часы, сутки),
• сезонномёрзлые породы (месяцы),
• многолетнемёрзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Между этими категориями могут быть промежуточные формы и взаимные переходы. Например, сезонномерзлая порода может не протаять в течение лета и просуществовать несколько лет. Такие формы мерзлой породы называются «перелетками»

65% территории России — районы многолетней мерзлоты. Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье.

Самый глубокий предел многолетней мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания многолетней мерзлоты — 1 370 метров — зафиксирована в феврале 1982 года.

Учёт  многолетней мерзлоты необходим  при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере.

Многолетняя мерзлота создаёт множество проблем, но от неё есть и польза. Известно, что в ней можно очень долго  хранить продукты. При разработке северных месторождений мерзлота, с  одной стороны, сильно мешает, так  как промёрзшие породы обладают высокой  прочностью, что затрудняет добычу. С другой стороны, именно благодаря  мерзлоте, цементирующей породы, удалось  вести разработку кимберлитовых  трубок в Якутии в карьерах — например, карьер трубки Удачный — с почти отвесными стенками.

1.6 Почвы районов вечной мерзлоты.  В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мёрзлым слоем, который является водоупором, вследствие коагуляции органических веществ может происходить накопление гумуса, так называемая надмерзлотная регенерация гумуса, надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Образование слоев льда (шлиров) в почве приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою. Наличием мёрзлого слоя вызван целый ряд механических изменений в почвенном профиле, таких, как криотурбация — перемешивание почвенной массы под влиянием разницы температур, солифлюкция — сползание насыщенной водой почвенной массы со склонов по мёрзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), а также образование пятнистых тундр.

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 таёжных 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.

1.7 это все виды льда в мерзлых породах вне зависимости от ихобразования, размеров и условий залегания.Льды, формирующиеся в горных породах, могут бытьподразделены на четыре основные группы.

1. Погребенный лед, образующийся при захоронении снежников и подземных льдов.

2. Повторно-жильный лед, образующийся при неоднократном заполнении водой или снегом морозобойных трещин.

3. Инъекционный лед, возникающий в результате замерзания подземной воды, внедряющейся под напором в толщу мерзлых дисперсных пород.

4. Конституционный лед, образующийся главным образом при промерзании влажных дисперсных пород. Он подразделяется на: лед-цемент - мелкие кристаллы льда, заполняющие поры и небольшие трещинки во влажных породах при их замерзании, и миграционный лед, образующийся при замерзании воды, мигрирующей к фронту промерзания. В результате образуются ледяные шлиры (нитевидные включения), небольшие гнезда, линзовидные прослойки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Формы рельефа, связанные с вечной мерзлотой

 

Многолетняя мерзлота влияет на рельеф, так как вода и лед  имеют разную плотность, вследствие чего замерзающие и оттаивающие  породы претерпевают деформации. Важно  также то обстоятельство, что мерзлый  грунт не пропускает воду.

С вечной мерзлотой связано  распространение в полярных и  субполярных областях своеобразных форм рельефа, которые нигде больше не встречаются. Это гидролакколиты, торфяные бугры, мелкобугристый и медальонный  рельеф, полигональные почвы, наледи, пучины, термокарстовые формы и др.

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.

Если бугры пучения  образовались в пределах торфянистой  тундры, то их обычно называют торфяными буграми. Торфяные бугры представляют собой поднятия, обычная высота которых 3–4 м, реже 5–7 м, округлой формы, с довольно плоской вершиной. Распространены торфяные бугры на болотах и заболоченных участках, располагаются иногда поодиночке, но чаще группами.

Строение торфяных бугров следующее. Самым верхним слоем  является торф мощностью около 1 м. Торф — хороший теплоизолятор, мерзлота под ним сохраняется долго и нередко в тех местах, которые считаются свободными от многолетней мерзлоты, например на Кольском полуострове.

Под торфяным слоем располагается  ядро бугра, сложенное мерзлым торфом и почвой. Эти мерзлые ядра бугров сохраняются и летом, хотя почвы  вокруг бугров оттаивают. Иногда в ядре бугра встречаются и прослойки  льда.

Происхождение торфяных бугров объясняется исследователями по-разному.

Г. И. Танфильев развитие бугров объясняет следующим образом. В местах, несколько пониженных, при постоянном увлажнении развивается болотистая растительность, которая позднее заменяется сфагнумом. При быстром росте последнего (мха) толщина торфяного слоя увеличивается. Под толстым слоем торфа замёрзшая зимой почва не успевает оттаивать, развивается вечная мерзлота, от чего происходит дальнейшее выпучивание торфяных бугров. Форма бугра определяется неравномерным ростом сфагнума.

Другие исследователи  считают, что торфяные бугры являются своего рода останцами в результате эрозионного расчленения поверхности. Эрозионное расчленение вполне допускается, так как торфяные бугры располагаются вблизи водоемов, вода которых циркулирует по торфянику, расчленяя его поверхность.