Мерзлотно-геологические процессы в криолитозоне

Рис. 9.3. Схема эпигенетического (А) и сингенетического (Б) роста повторно-жильных льдов (по Б.Н. Достовалову)

В зоне ММП наблюдается целый ряд геологических процессов. Повторно-жильные льды формируются в северной геокриологической зоне, где низкие температуры и небольшая мощность сезонноталого слоя, и достигают местами большой ширины и глубины по вертикали. Их развитие связано с морозобойными трещинами, образующими системы полигонов различной размерности и формы - тетрагональной (греч. "тетрагон" - четырехугольный) в однородных породах и неправильной - в разнородных. Основы современных представлений о развитии ледяных жил заложены работами Б.Н. Достовалова, А.И. Попова и др. Необходимыми условиями для образования повторно-жильных льдов являются: 1) многократное возникновение морозобойных трещин, проникающих в толщу ММП, глубже границы сезонного протаивания; 2) соответствующее многократное заполнение трещин льдом; 3) наличие достаточно пластичных или способных к уплотнению горных пород. При этом выделяются два типа роста жил: 1) эпигенетический, т.е. образующийся в пределах уже сформировавшихся горных пород (рис. 9.3, А); 2) сингенетический, т.е. формирующийся одновременно с накоплением осадков (рис. 9.3, Б). Это могут быть пойменный аллювий, делювиальные, болотные и другие отложения. В первом случае ледяные жилки а, б, в, г образуются при последовательных годовых циклах растрескивания и заполнения трещин льдом. При этом рост жил происходит главным образом в ширину, величина которой определяется условиями возможного напряжения сжатия расклинивающихся пород. Во втором случае, соответствующем сингенетическому росту, каждая последующая вклинивающаяся жила льда не доходит до конца предыдущей на величину h, равную накоплению осадка за год. Как видно из рисунка, по мере накопления осадка увеличивается вертикальная мощность повторно-жильного льда.

Рис. 9.4. Одна из псевдоморфоз повторно-жильного льда (по А.В. Кожевникову)

С разных точек зрения представляют интерес псевдоморфозы по ледяным жилам. При вытаивании ледяных жил образуются клиновидные полости, в которые происходит опускание, обрушение отложений, слагающих борта и кровлю трещин, испытывающих смятие, различные изгибы (рис. 9.4). Возникают своеобразные текстуры, называемые инволюциями (лат. "инволюцион" - изгиб, завиток) или криотурбациями. Такие псевдоморфозы встречены в ряде мест в четвертичных отложениях европейской части Союза и горных районах.

Морозное пучение характерно для различных районов криолито-зоны, хотя развито неравномерно вследствие локальных особенностей состава, строения и свойств пород. Небольшие бугры пучения могут возникать непосредственно за счет увеличения объема замерзающей воды в грунте. Но большие величины имеют миграционные бугры, когда к фронту промерзания мигрируют новые объемы воды из нижележащей талой части грунта, что сопровождается интенсивным сегрегационным льдообразованием (шлировым и линзовидным). Часто это бывает связано с торфяниками, к которым при промерзании мигрирует влага из пород со значительно большей влажностью. Такие бугры наблюдались А.И. Поповым в Западной Сибири.

Инъекционные бугры пучения образуются в условиях закрытой системы. Среди них выделяются бугры, возникающие в результате промерзания подозерных таликов и носящие якутское название "булгунняхи". К инъекционным буграм относятся также гидролакколиты (по сходству с лакколитами-одной из форм внедрения магмы в земную кору). Их формирование связано с внедрением различного типа трещинно-жильных вод. При этом образуется ледяное ядро, залегающее обычно на некоторой глубине от поверхности и приподнимающее кровлю. Такие многолетние гидролакколиты могут достигать высоты 10 м и более при ширине в десятки метров.

В криолитозоне развиты также мелкополигональные структурные формы, связанные с растрескиванием грунта на мелкие полигоны, неравномерным промерзанием сезонно-талого слоя и развитием в закрытых системах напряжений, а часто и разрывов. Среди таких мелкополигональных структур можно назвать пятна-медальоны в дисперсных грунтах. При промерзании сверху и по трещинам внутри полигона создается гидростатическое давление, происходит прорыв разжиженного грунта верхней мерзлотной корки и растекание по поверхности. Вторым типом полигонально-структурных форм являются каменные кольца и многоугольники. Это происходит в неоднородных по составу рыхлых породах, содержащих включения каменных обломков (щебня, гальки, валунов). В результате многократного промерзания и протаивания происходит "вымораживание" из породы крупного обломочного материала на поверхность и его перемещение в сторону пониженных трещинных зон, с образованием каменных бордюров. Процесс вымораживания крупного обломочного материала на поверхность подтверждается и строительной практикой в условиях развития ММП. Хорошо известны случаи строительства некоторых сооружений на сваях, установленных в сезонно-талом слое. Со временем происходило "вымораживание" свай, что, естественно, вызывало деформации сооружений.

Рис. 9.5. Формы микро- и мезо-рельефа, связанные с мерзлотой в четвертичных отложениях (по С.Г. Бочу)

К склоновым процессам в областях развития многолетней мерзлоты относятся два типа: 1) солифлюкция (лат. "солюм" - почва, грунт и "флюксус"-течь) и 2) курумы (каменные потоки). Под солифлюкцией понимается медленное течение по склонам рыхлых сильно переувлажненных дисперсных отложений. При сезонном протаивании льдонасыщенных дисперсных грунтов сезонно-талого слоя они сильно переувлажняются талыми и дождевыми водами, утрачивают структурные связи, переходят в вязкопластическое состояние и медленно перемещаются вниз по склону. Таким путем образуются натечные формы в виде языков, или солифлюкционных террас. Курумы представляют каменные подвижные россыпи в горах и плоскогорьях Восточной Сибири и других районов, где близко к поверхности подходят скальные породы. Образование обломочного материала курумов связано с морозным выветриванием при периодическом сезонном промерзании и оттаивании и с другими процессами. Курумы местами образуют сплошные каменные поля (размерами от первых сотен квадратных метров до нескольких десятков квадратных километров). Местами они являются истоками курумных (каменных) потоков, движущихся по склонам, часто по днищам небольших логов и ложбин. Такие линейные курумы, по данным Е.Н. Оспенникова, Н.И. Труш, протягиваются местами на расстояния до 1-1,5 км и более. Движение курумов по склонам связывают с гольцовым льдом, который образуется при замерзании воды, проникающей в пустоты. Кроме того, в основании каменных курумов может находиться тонкий супесчано-суглинистый материал, переувлажняющийся при подтаивании гольцового льда и движущийся вниз. Все указанные формы, образующиеся в зоне ММП, видны на рис. 9.5.

Примеры деградации мерзлоты. Одним из наиболее известных и изученных примеров является термокарст, или термический карст. Такое название получил процесс вытаивания подземных льдов, сопровождающийся просадками поверхности земли, образованием западин, неглубоких термокарстовых озер, под которыми могут возникнуть подозерные талики (вследствие отепляющего воздействия воды озер). Термокарстовые процессы бывают связаны или с потеплением климата, или с нарушением существующих естественных условий (рытье каналов, вырубка леса и др.). формы термокарстового рельефа различны (от мелких западин до крупных котловин), что зависит от того, какие типы подземных льдов и льдистых отложений подвергаются оттаиванию.

Так, например, термокарст по отложениям с мощными повторно-жильными льдами, по данным В.А. Кудрявцева, приводит к образованию достаточно глубоких (от 3-6 до 10-20 м) термокарстовых озер, при миграции или осушении их образуются аласные котловины, разделенные буграми останцов пород, которые вмещали вытаявшие ледяные жилы. Такие остаточные бугры называют байджерахами. Другими примерами деградации мерзлоты являются термоабразия на берегах озер и морей и термоэрозия движущимися водами и отепляющим их воздействием.

ДАННЫЕ О ВРЕМЕНИ ОБРАЗОВАНИЯ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ

Исследованиями ряда ученых (Шер и др.) в бассейне р.Коль мы установлено, что следы многолетнего промерзания встречаются в отложениях, возраст которых по биостратиграфическим и палео-магнитным данным соответствует плиоцену (1,8-2,4 млн. лет). Сходные данные были получены американскими и канадскими исследователями, которые показали, что мерзлые толщи на севере Аляски и Канады начали образовываться почти 2 млн. лет назад. В отложениях плиоцена на Колыме были обнаружены грунтовые псевдоморфозы (клиновидные тела) по повторно-жильным льдам, но признаков непрерывного существования мерзлоты во вмещающих породах не было. Возможно, что мерзлые толщи с ледяными жилами, существовавшие в плиоцене, в последующем протаяли. Вместе с тем в районе Колымы в отложениях раннего плейстоцена (700-360 тыс. лет) было обнаружено несомненное непрерывное существование многолетней мерзлоты. В Центральной Якутии Е. М. Катасоновым было установлено непрерывное существование мерзлых пород среднего плейстоцена. Такие данные имеются и для позднего плейстоцена. Однако следует отметить сложность и изменчивость климатических условий в плейстоцене, которая периодически сказывалась на развитии мерзлоты. Эти изменения связаны с тектоническими причинами, вызывавшими увеличение площади суши и уменьшение акватории Мирового океана, и с неоднократными оледенениями и межледниковьями. Происходила периодическая смена резкого похолодания потеплением, сопровождавшимся повышенной влажностью. При периодическом потеплении климата происходила частичная деградация ММП, особенно в южных районах, а при резком похолодании климата, наоборот, аградация (лат. "аградацио"-поступление, увеличение) ММП.

Многолетнемерзлые породы занимают около 48% территории СССР и широко развиты в Канаде и Северной Америке. Мощность криолитозоны достигает 700-900 м, а местами и 1000-1500 м. Большое значение имеют различные типы льда: погребенный, повторно-жильный, миграционный. Среди подземных вод выделяются надмерзлотные, межмерзлотные, внутримерзлотные, подмерзлотные. Мерзлотно-геологические процессы и формы разнообразны: булгунняхи, гидролакколиты; мелкополигональные формы; каменные кольца и многоугольники. На склонах наблюдаются солифлюкционные террасы и курумы. Деградация криолитозоны приводит к проявлению термокарста (аласные котловины и байджерахи).

- ? -

1. Каково географическое распространение ММП? Какие намечаются закономерности изменения ММП при движении с юга на север?

2. Какие типы льда встречаются в зонах ММП?

3. Какие типы подземных вод в зонах ММП и каков их режим?

4. Как и где образуются мощные повторно-жильные льды?

5. Какие бугры пучения образуются в зонах ММП?

6. Что такое солифлюкция и курумы?

7. С какого времени существует многолетняя мерзлота и по каким данным об этом судят?

Литература

· Ершов Э.Д. Криолитогенез. М, 1982.

· Лессовые породы СССР/Под ред. Е.М. Сергеева и др. Т. I, II. М., 1986. Мерзлотоведение// Под ред. В.А. Кудрявцева. М., 1981.

· Оспенников Е.Н., Труш Н.И., Чижов А.Б., Чижова Н.И. Экзогенные геологические процессы и явления. Южная Якутия. М., 1980.