Оценка площади, температурного режима и мощности многолетнемерзлых пород при геоэкологических исследованиях

Площадь, которую ММН занимают в пределах той или иной территории, в первую очередь, влияет на напряженность экологических ситуаций в связи с мерзлотными условиями. С юга на север в криолигозоне последовательное увеличение площади ММП означает все больший удельный вес мерзлотного фактора в интегральной оценке экологической ситуации. В геокриологии используется типизация ММП в зависимости от занимаемой ими площади (Методика…, 1970) от сплошной мерзлоты до островной. Детально эта характеристика рассмотрена в главе 2. На карте (см. рис. 2.1) представлено распространение типов ММП в России. К югу от границы сплошного распространения ММП весьма важным при площадных оценках является анализ причин возникновения талых пород (сквозных и несквозных таликов) в естественных условиях с целью прогноза глубокого техногенного протаивания. Проблема особенно остра в зоне прерывистой мерзлоты, где увеличение мощности снега, обводненности поверхности, уничтожение растительности, удаление верхнего слоя грунтов приводит к возникновению тепловых, гидрогенных и радиационных таликов, сопровождаемых термокарстом и термоденудацией. Классификацией таликов занимались многие ученые (И. А. Некрасов, Н. Н. Романовский, С. М. Фотиев и др.). Из последних публикаций следует воспользоваться работой С. Н. Булдовича (2001), в которой рассмотрены талики различного генезиса, их распространение, устойчивость. В табл. 3.1 приведены основные генетические типы таликов в областях с различным распространением ММП, которые могут возникать при хозяйственной деятельности и осложнять экологическую ситуацию. Важно отмстить, что в двух южных областях образование таликов происходит только в массивах и островах мерзлых пород, т. к. основные площади ландшафтов здесь сложены талыми породами.

В областях массивно-островной и особенно островной мерзлоты весьма актуальными является не только протаивание ММП и замещение их талыми участками, но и опасность новообразований, перелетков ММГ1 при уменьшении мощности снега и главным образом при дренировании болот и спуске озер, что приводит к большей интенсивности площадного пучения и локально к образованию бугров пучения.

Температурный режим ММП прежде всего оценивается по значению их среднегодовой температуры, относительно которой есть общепринятая классификация, предложенная В. А. КудрявцеТаблица 3.1.

Классификация техногенных таликов (по С. Н. Булдовичу, 2001).

вым. Она основана на двух принципах, равно важных для экологических оценок: возможность перехода среднегодовой температуры через 0 °C, с которой связано многолетнее протаивание (или промерзание талых пород), а также зависимость несущей способности пород от температуры. Чем ниже температура, тем меньше вероятность оттаивания мерзлых пород и более надежным фундаментом оснований инженерных сооружений они являются. Пять градаций естественных значений температуры мерзлых пород: 0…-1⁰; −1…−2⁰; −2…−5°; −5…−10°; ниже -10° использованы для выделения мерзлотно-температурных зон и при классификации сезонного иротаивания и промерзания. Наиболее экологически важными являются: 0°, -1° и -5°С. Нуль означает пограничное состояние мерзлых и талых пород, когда даже незначительное изменение природных условий чревато новообразованием перелетков мерзлоты или ее исчезновением. Температура не ниже -1°С означает, что эти породы не только неустойчивы в про;

странстве и времени, но и характеризуются вязко-пластичными свойствами, представляя угрозу надежности инженерных сооружений. В интервале -2 … -5° С мерзлые породы являются нс очень надежным основанием сооружений, т. к. сохраняют пластичность, но опасность их протаивания становится все меньше.

По мере накопления информации о температурном поле ММП России и его картографировании эти градации температур нс всегда используются буквально. Вместо них типы мерзлых пород характеризуются региональными значениями температур. Однако, это нс уменьшает принципиальность подхода к обоснованию температурных рубежей ММП. Для экологических целей это чрезвычайно важно. Принципиальным положением о связи температуры ММП и их реакцией на техногенные нагрузки является следующее: чем ниже температура, тем более устойчивыми к нарушениям являются мерзлые породы. Низкотемпературные породы будуг существовать и при значительных тепловых нагрузках, тогда как сохранение высокотемпературных пород требует разработки специальных мелиоративных и инженерных решений.

Мощность ММП является следующей важной характеристикой при мерзлотных исследованиях. В геокриологии нет универсальной шкалы мощности ММП, но в экологическом контексте можно считать маломощными ММП до 50 м, средней мощностью ММП от 50 до 100−200 м, мощными — 200−500 м и более. Изучение мощности ММП особенно важно при малых и средних ее значениях из-за опасности полного или глубокого оттаивания мерзлоты, а следовательно, значительных термокарстовых осадок. На севере изучение мощности мерзлоты менее актуально, за исключением таких типов освоения территории, как создание водохранилищ при строительстве ГЭС, добыча полезных ископаемых в шахтах, а также бурение глубоких скважин на нефть и газ. Водохранилища в любой части криолитозоны приводят к протаиванию ММП — полному на юге (Братская, Усть-Илимская. Зейская ГЭС) или столь глубокому в центральных и северных регионах (Хантайская, Вилюйская, Колымская ГЭС), что это приводит к значительному сокращению мощности ММП. Подземная добыча полезных ископаемых также требует оценки мощности мерзлоты и особенностей ее выдержанности в разрезе, т. к. наличие межмерзлотных таликов в подавляющем большинстве случаев связано с циркуляцией подземных вод.

Комплексная оценка экологической опасности по рассмотренным выше характеристикам мерзлоты не проста. Для экологических целей важны следующие положения. Уязвимость мерзлых пород с севера на юг возрастает из-за повышения температуры и сокращения мощности. Вместе с тем, уменьшение площади ММП локализует криогенные процессы, связанные с деградацией мерзлоты. Одновременно в пределах островной криолитозоны сохраняется опасность новообразования мерзлоты, пучения и выпучивания.

В пределах прерывистых и сплошных ММН их суровость возрастает с запада на восток, что означает большую вероятность изменения мерзлотных условий в европейской крисшитозоне по сравнению с азиатской при близких по типу техногенных воздействиях.

На севере криолитозоны температура и мощность мерзлоты тормозят деградацию мерзлых пород и потому уменьшают экологический риск. Вместе с тем повсеместное или широкое распространение мерзлоты приводит к почти повсеместной активизации криогенных процессов, а следовательно, к осложнению экологической ситуации. Изменение собственно мерзлотных условий связано с нарушением ландшафтной ситуации в целом. Например, в зонах массивно-островной и островной мерзлоты западного сектора самыми опасными являются изменения, связанные с нарушением растительного и снежного покровов, торфянистого горизонта и обводненности поверхности, тогда как в среднетаежных ландшафтах Восточной Сибири это, прежде всего, — уничтожение растительности, а в степном Забайкалье — изменение гидроморфности ландшафтов, т. к. дренирование ведет к исчезновению мерзлоты.