Геологические процессы в зоне многолетнемерзлых пород

Результатом возникновения мощных и неоднократных оледенений в четвертичный период было образование обширной зоны мерзлых пород, называемой.

криолитозоной (от греч. kryos — холод, lithos — камень). Она занимает сейчас более 60% территории России. Мощность криолитозоны колеблется от нескольких метров до сотен метров.

Что же представляет собой мерзлая горная порода? Она имеет температуру 0 °C или ниже, и для нее характерно присутствие льда в порах или в тонких трещинах. Под дном мелководных морей Северного Ледовитого океана — Баренцевого, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского — также присутствуют мерзлые породы, так как во время последнего оледенения ледя;

Рис. 3.27. Формы рельефа, созданные мерзлотно-геологическими процессами: а — каменные полосы; б — каменные кольца; в — каменные многоугольники ной панцирь покрывал нынешнее морское дно, и его породы промерзали на большую глубину.

Горные породы называют мерзлыми, если в них содержится лед, и морозными, если льда в них нет, но у них отрицательные температуры. Лед в породах может быть в виде как бы цемента, скрепляющего их зерна или располагающегося в их опорах. В поверхностной части многолетнемерзлых пород возникают трещины, в которых неоднократно образуется лед (рис. 3.27). Так возникают повторно-жильные льды. Нередко льды образуются в пещерах или сохраняются под засыпавшими лед обломками пород, осыпями, моренами. Их называют погребенными льдами. Но, конечно, наиболее распространен лед-цемент, слагающий основную массу многолетнемерзлых пород.

Большие участки суши, например в Западной и Восточной Сибири, заняты сезонной мерзлотой. Летом здесь грунт оттаивает, а зимой промерзает. В более северных районах летом оттаивает только поверхностный слой мощностью 1—1,5 м, и при этом происходит поглощение тепла, тогда как зимой во время промерзания тепло, наоборот, выделяется.

В зоне многолетнемерзлых пород вблизи дневной поверхности находится деятельный слой — оттаивающий летом и замерзающий зимой. Если в деятельном слое содержится вода, ее называют над мерзлотной. Роль деятельного слоя очень велика, так как летом, будучи насыщенным водой, он становится полужидким, очень подвижным, способным к течению. Ниже деятельного слоя располагаются уже сплошные многолетнемерзлые породы, но в них существуют участки с более высокими температурами — талики, в которых могут перемещаться межмерзлотные воды. Талики располагаются на разных уровнях, и содержащиеся в них воды могут быть напорными. Талики бывают в виде линз, каналов, труб или обладают неправильной формой.

Ниже многолетнемерзлых пород, там, где температура горных пород выше нулевой, снова может находиться вода — подмерзлотная, как правило, напорная. Например, в городе Якутске вода поступает на поверхность под естественным напором с глубины более 200 м. Это единственная возможность обеспечить лютой зимой водоснабжение большого города, так как поверхность и грунт вблизи нее — все сковано льдом.

В зимнее время в области развития многолетнемерзлых пород движение воды в реках или под деятельным слоем затруднено, и она вырывается на поверхность, образуя обширные наледи, которые коротким летом не могут растаять, а в следующую зиму вновь нарастают. Так образуются наледи площадью 10—15 км², называемые тарынами. Например, Момская наледь в Якутии имеет площадь 100 км². Наледи могут быть и подземными, когда замерзает грунтовая вода в речных аллювиальных отложениях. Тогда образуется подземный ледяной бугор, растущий год за годом и постепенно поднимающий над собой грунт, причем на поверхности образуется поднятие, мощность которого может превышать 10 м.

В области развития многолетней мерзлоты проявляются весьма своеобразные мерзлотно-геологические процессы, отсутствующие в других районах. Они связаны в основном с особенностями сезонного деятельного слоя, приобретающего летом полужидкое или, во всяком случае, пластичное состояние. Этот деятельный слой очень чувствителен ко всяким нарушениям его естественного состояния.

Здесь часто можно наблюдать термокарст — воронки протаивания, образующиеся при вытаивании подземных льдов, когда почва проседает и возникают овальные понижения, часто заполненные водой.

Если происходит таяние жильных льдов, то пространство между ними сохраняется в виде бугров, высотой в несколько метров. Их называют байджерахами.

Широко распространены разнообразные бугры пучения, особенно в торфяниках, так как под ними влаги всегда больше. Превращаясь зимой в лед, насыщенный влагой грунт увеличивается в объеме и приподнимается в виде бугра высотой 2—5 м.

На горных склонах оттаявший летом деятельный слой, насыщенный водой и состоящий обычно из тонких, даже пылеватых частиц, способен медленно течь. Поэтому на склонах образуется особый, солифлюкционный, натечный рельеф (от лат. solum — почва, fluctio — течение) с многочисленными оплывинами, уступами, террасами. Также очень характерны для горных склонов так называемые каменные реки, или курумы, — нагромождения каменных глыб, обычно в ложбинах рельефа, которые перемещаются также под воздействием подтаявшей почвы.

В поверхностном деятельном слое многолетнемерзлых пород перемещение талого грунта создает причудливые узоры в виде пятен-медальонов и каменных полигонов — овалов с глинистой жижей, обрамленной по краям скоплением обломков камней в виде валиков. Дело в том, что под камнями промерзание происходит раньше, и образовавшийся лед приподнимает камень. И так происходит несколько раз, пока камень не будет вытолкнут на поверхность, а оттаявшая летом жидкая почва как бы расталкивает камни в стороны.

Уже говорилось о том, что больше половины территории России занято многолетней мерзлотой. Особенно «повезло» Сибири: она практически вся попадает в эту зону. Сибирь, как Западная, так и Восточная, а также северо-восточные области России — это богатейший край, который еще ждет своего освоения. Здесь находятся месторождения нефти, газа, каменного угля, железа, золота, алмазов, олова и многих других полезных ископаемых. В Билибино работает атомная электростанция, на Енисее и Ангаре выросли гигантские гидроэлектростанции. Нефтеи газопроводы, железные дороги, аэродромы и города построены на многолетней мерзлоте. Однако все это строительство дается с большим трудом, так как при малейшем техногенном вмешательстве мерзлый грунт сразу же начинает таять, фундаменты построек «плывут», здания перекашиваются и разрушаются. Если забить телеграфные столбы на 1—2 м в грунт, то через несколько лет они окажутся «вытолкнутыми» и упадут. И таких проблем возникает множество. Поэтому геологи, специализирующиеся в области геокриологии, т. е. мерзлотоведения, разрабатывают научные основы хозяйственного освоения криолитозоны, дают рекомендации при строительстве.

Вопросы

• 1. Что такое криолитозона, или зона многолетней мерзлоты?
• 2. Чем отличается мерзлая горная порода от морозной?
• 3. Что такое деятельный слой?
• 4. Какого типа льды развиты в мерзлых породах?
• 5. Что такое талики? Почему они образуются?
• 6. Как формируются наледи?
• 7. Какие типы вод развиты в мерзлых породах?
• 8. Какие геологические процессы развиты в поверхностном слое мерзлых пород?
• 9. Что такое солифлюкция?
• 10. Какие трудности возникают при хозяйственном освоении областей распространения многолетнемерзлых пород?
• — ВЫВОДЫ —

Многолетнемерзлые породы занимают более 60% территории России, и возникли они во время последних оледенений. Летом в мерзлых породах оттаивает около 0,5—2 м грунта (деятельный слой), а мощность мерзлых пород на севере достигает 700 м. Мерзлые породы создают огромные трудности для строительства.