Геокриологические процессы и явления

В странах, прилегающих к Арктическому побережью, и в высокогорных условиях широко распространены опасные геокриологические процессы, к которым относятся морозобойное растрескивание, морозное пучение, термоабразия, термоэрозия, термокарст, гравитационные процессы и др. Развитие этих процессов существенно интенсифицируется под влиянием деятель­ности человека, а в последнее, время в результате потепления климата, влияющего на температурный режим в мерзлых горных породах.

Увеличение мощности сезонного протаивания и деградация вечной мерзлоты со­провождается массовым развитием опасных процессов. Для России, 64% территории которой занято многолетнемерзлыми породами, эти процессы имеют исключительно важное значение. Широкое их развитие приурочено, прежде всего, к районам ин­тенсивного техногенного воздействия на толщи мерзлых пород. Многолетние наблю­дения, например, в Воркуте показали, что на застроенной территории среднегодовая температура грунтов выше на 1—2°, мерзлая толща на этих территориях потеряла примерно 25% запаса холода, большая часть застроенных площадей оказалась пора­женной геокриологическими процессами. В результате около 60% зданий и соору­жений, построенных в городе до 1977 г., пришло в аварийное состояние. Подобная ситуация наблюдается также в Игарке, Мирном и других северных городах.

Морозобойное растрескивание связано с изменением напряженного состояния мерзлых массивов пород в переменном температурном поле. Развитие этого процесса приводит к формированию полигональных форм рельефа с размерами полигонов в поперечнике от 6—9 до 20—30 м и полигонально-жильных структур. Из практики строительства сооружений на севере известно много случаев деформаций и разрывов зданий и линейных сооружений (дорог, трубопроводов) при пересечении их морозобойными трещинами. Так, например, в Якутске образование морозобойных трещин наблюдается в основании почти 50% зданий с вентилируе­мыми подпольями. Нередко их проявление приводит к деформациям свайных растверков и стен зданий.

Многолетние и сезонные морозные пучения дисперсных пород обусловлены увеличением объема замерзающей влаги и льдонакоплением (вследствие миграции воды) при промерзании. При его развитии образуются бугры пучения высотой до 2—4 м (при многолетнем промерзании) и шириной десятки и даже сотни метров.

Бугры пучения, образующиеся на дорогах, трассах трубопроводов, оказывают отрицательное воздействие на эти сооружения. При сезонных процессах промерза­ния и оттаивания процессы пучения и осадки сопровождаются выпучиванием (вымораживанием) крупных твердых тел (слабозаглубленных свай, валунов, столбов). Так, например, на трассах магистральных трубопроводов в Западной Сибири часто наблюдается увеличение в 1,2—1,6 раза глубин сезонного оттаивания пород, развитие термокарстовых просадок глубиной до 1—2 м, заболачивание территории. Это приводит к неравномерному пучению пород в зимнее время, что служит причиной выпучивания труб газопроводов, появления на них дополнительных изгибов.

В основе термокарстовых явлений лежат процессы вытаивания подземных льдов, уплотнения и осадки оттаивающих пород с образованием в рельефе просадочных и провальных форм. Форма и размеры образующихся просадочных понижений зависят от рельефа, условий залегания и мощности подземных льдов. Довольно часто встречаются заболоченные западины и термокарстовые озера глубиной от 0,5 до 20 м. Одной из причин современной активизации термокарста является деятельность людей, приводящая к разрушению почвенно-растительного покрова и резкому увеличению глубины сезонного протаивания. При этом провальные формы рельефа, опасные для любых инженерных сооружений, могут образовываться за несколько лет и обусловливать быстрое развитие крайне опасных ситуаций.

Как уже отмечалось, в условиях криолитозоны специфические черты приобре­тают явления на берегах водоемов и морских побережьях. Развивающиеся здесь процессы термоабразии и термоэрозии обусловливаются одновременным тепловым и механическим воздействием на породы. Как правило, в этих условиях развитие береговых процессов приобретает повышенные скорости (скорость отступления берегов достигает 10 и более метров в год) и приводит к образованию специфических форм рельефа — термоцирков. Наиболее интенсивно эти процессы развиваются на прибрежных низменностях северо-востока Сибири и западном побережье по­луострова Ямал. Изучение переработки берегов Хантайского водохранилища, по­строенного в криолитозоне, показало, что переформирование берегов геокриоло­гическими и эрозионными процессами прослеживается вглубь берега на 1—2 и более км. На некоторых участках скорость термообразионного отступления берега достигала 10—15 м/год.

Очень широко распространены в криолитозоне гравитационные процессы, к которым относится движение курумов и солифлюкция. Развитие этих процессов обусловлено периодическим изменением состояния пород при промерзании и от­таивании, приводящее к развитию пластично-вязких и текучих деформаций в сезоннооттаивающем слое под влиянием сил гравитации.

Курумы представляют собой скопление грубообломочного материала в виде каменных плащей и потоков, медленно перемещающихся по склону. Признаками, указывающими на движение курума, являются валообразный характер его фрон­тальной части и натечный характер курумного тела в целом. Большие площади, занятые курумами, встречаются на Урале, в Восточной Сибири и Забайкалье. Среди курумов выделяется несколько разновидностей, различающихся по строению, ме­ханизмам и скорости перемещения обломочного материала. Для наиболее подвиж­ных курумов характерно перемещение грубообломочного чехла на склонах крутизной до 25° со скоростью 1—3 и более см в год. Несмотря на относительно низкую подвижность, строительство на курумах представляет большую опасность: дороги, построенные на курумах, быстро разрушаются, размываются, заваливаются грубо-обломочным материалом и т. д.

Солифлюкционные процессы развиваются на некрутых склонах крутизной до 15° и приурочены к распространению переувлажненных глинистых пород (суглинков, супесей, пылеватых песков). На таких склонах возможно площадное смещение та­лого слоя пород по непротаявшей (мерзлой) подложке со скоростью 2—10 см в год.

На аккумулятивных равнинах севера России солифлюкционные склоны зани­мают до 15—20% всей площади. Наиболее крупные формы рельефа, образующиеся при солифлюкционных процессах, имеют форму террас длиной 1—1,5 км, шириной до 150—200 м и высотой фронтального уступа до 5—6 м.

Интенсивная откачка подземных вод и изменение установившегося гидроди­намического режима на территориях, пораженных древним карстом, может вы­звать нарушение их устойчивости и развитие так называемых карстово-суффозионных процессов, приводящих к образованию провальных воронок техногенно-природного происхождения. В некоторых районахэти процессы разви­ваются настолько быстро, что становятся опасными не только для зданий и со­оружений, но и для людей. Так, например, на одном из золоторудных месторож­дений Йоханнесбурга (ЮАР) в 1962-1969 гг. образовался ряд карстово-суффозионных воронок диаметром более 50 м и глубиной до 30 м. В одну из во­ронок провалился завод и погибло 29 человек, а в другую - жилой дом вместе с пятью жильцами. За последние 30 лет в северо-западной части г. Москвы образо­валось 42 карстово-суффозионных провала. Провальные воронки имели диаметр от нескольких до 40 м, глубину от 1.5 до 5-8 м. В результате пострадало три пяти­этажных здания, жителей которых пришлось переселить, а здания разобрать. В районе г. Уфы за последние 65 лет зарегистрировано более 80 карстово-суффозионных провалов. Еще более широкое развитие этот процесс имеет в рай­оне г. Дзержинска (Пермская область), где им поражено около 30% территории города.

Важнейшими причинами роста количества жертв и материальных потерь от природных катастроф является неудержимый рост человеческой популяции на Земле и быстрая деградация окружающей среды.

С древних времен до прошлого столетия население Земли изменялось незначи­тельно, оставаясь в пределах нескольких сот млн. человек. Однако с наступлением индустриального периода развития (1830 г.) оно стало расти быстрыми темпами и в настоящее время достигло 6 миллиардов. По прогнозам к 2029 г. достигнет 7.5 млрд. человек.