КРИОЛИТОЗОНА, МАТЕРИКОВЫЕ И ШЕЛЬФОВЫЕ ЛЕДНИКИ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
Вводные замечания. Геофизические методы изучения мерзлотно-гляциологических явлений давно применяются в практике инженерной и поисковой геологии, при изучении природы вечной мерзлоты и связанных с ней динамических процессов, протекающих на земной поверхности и на территории шельфовых морей. С их помощью изучаются сложнейшие объекты и явления природы, каковыми являются многолетнемерзлые породы, мощность которых изменяется от первых метров до многих сотен. К ним относятся и грунты с сезонным режимом промерзания-протаивания, льдистые породы, пластовые и жильные льды, покровные и горно-долинные ледники.
Физические свойства льдов и промерзших пород определяются их температурой, литологией, структурой, текстурой, пористостью, водонасыщенностью, минерализацией подземных вод и др. параметрами. Геолого-геофизические разрезы в районах распространения вечной мерзлоты характкризуются большой изменчивостью в пространстве и во времени. Поэтому мерзлотно-гляциальная геофизика относится к недостаточно эффективным прикладным направлениям геофизических методов исследований.
Тем не менее, в ряде случаев геофизические методы могут быть весьма эффективны. Их можно применять для решения следующих основных задач: а) картирования мерзлых и талых отложений и б) расчленение мерзлых и талых грунтов по глубине. В первом случае производят выявление литологических контактов, тектонических нарушений, зон трещиноватости, участков сквозных и не сквозных таликов, подземных льдов, обводненных зон. Во втором производят выявление строения многолетней мерзлоты, поиски межмерзлотных и подмерзлотных подземных вод, то есть – определение кровли и подошвы мерзлых пород, изучение распространения на глубине мерзлых и талых пород, сквозных и несквозных таликов.
|
|
|
Особая группа задач связана с изучением мерзлотных процессов и явлений. Производят наблюдение над динамикой сезонного промерзания и оттаивания, процессами наледеобразования, пучения, термокарста, морзобойного растрескивания и др. Для этих целей применяют специальные режимные геофизические измерения. При гляциологических исследованиях геофизические методы используют для определения мощности ледников и морфологии подледного рельефа, изучения внутреннего строения ледников. Их используют для обнаружения скрытых трещин, выявления строения и других характеристик подстилающих пород. Методы геофизических исследований применяют также при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.
Что же такое криолитозона, многолетне мерзлые грунты или вечная мерзлота, где она распространена на Земле и когда образовалась, каковы же диагностические признаки ее проявления на земной поверхности и особенности строения, физические свойства и методы их изучения? На все эти вопросы мы постараемся ответить в данном лекционном курсе.
|
|
|
Общие понятия в науке о мерзлых породах
Любая наука оперирует определенным арсеналом понятий и терминов. Общий понятийный язык дает возможность устанавливать связи между знаниями в смежных научных направлениях. Не является исключением и мерзлотоведение, использующее семантику географических, геологических и геофизических знаний.
Мерзлые породы и льды являются неотъемлемыми элементами природной среды, в которой мы живем. Различные криогенные образования содержатся в природных условиях в трех оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере. Часть этих оболочек является составляющими криосферы Земли. Основным признаком наличия мерзлоты являются воды в твердом состоянии, при температуре ниже 0°С. Границы криолитосферы Земли варьируют в соответствии с сезонными и более долговременными изменениями температуры.
Наука о криолитосфере Земли называетсягео криология. Важнейшими ее составляющими являются гляциология и геокриология или мерзлотоведение. Такие объекты как атмосферные льды, наземное оледенение, снег, льды акваторий изучает гляциология, то есть те, которые отделены от литосферы рельефом земной поверхности. Их динамика в большой степени зависит от рельефа. Многолетняя и сезонная мерзлота изучается наукой геокриологией или мерзлотоведением. Её объекты исследования распологаются ниже поверхности рельефа или в криолитозоне. Таким образом, криология объединяет эти две крупные науки, индикаторами становления и развития которых является рельеф земной поверхности.
|
|
|
Географическое распределение мерзлых пород на Земле. Мерзлые породы не встречаются только в тропическом и субтропическом климатичесих поясах. Кратковременное промерзание почвы связано с ночными заморозками. Сезонное промерзание пород вызывается наличием отрицательных температур почво-грунтов зимой, в связи с сезонными колебаниями климата. Причиной существования многолетних мерзлых пород является продолжительное существование отрицательных среднегодовых температур пород под влиянием вековых колебаний температур на поверхности Земли, периодически создающих отрицательные температуры в верхних слоях литосферы
|
|
|
География льдов и мерзлых горных пород на земном шаре весьма широка. Распространение льдов и мерзлых пород обуславливает их влияние на структуру и стратегию хозяйственной деятельности Человека. Общая площадь криолитозоны Земли составляет около 25% суши. В России она занимает примерно 65% территории. В ее пределах находятся многие важнейшие горнорудные, нефтяные, угольные и другие районы разведки недр, разработки и добычи полезных ископаемых. Область вечной мерзлоты (терминология пионера мерзлотоведения М.И. Сумгина, понимая ее как вековую, охватывающую понятие «геологический век») занимает более 50% территории Канады и около 80% штата Аляска в США. Она покрывает всю Антарктиду и Гренландию, развита широко в странах Скандинавии, в северных и горных районов Китая, Монголии и даже на горе Килиманджаро в тропической Африке (Рис.1, 2).
На территории России вечная мерзлота распределена очень неравномерно (Рис.3). Она охватывают территории Кольского полуострова и Большеземельской тундры. Далее, восточнее, она отпускается языком к югу по Уралу (почти до 60°с.ш.), продолжается в широтном направлении почти до 62 параллели от Урала до Енисея, затем поворачивает и продолжается южнее вдоль Енисея, захватывает Алтай и Саяны и уходит за пределы Российской Федерации. Вне области распространения многолетней мерзлоты, слой грунта замерзающего в зимнее время называют сезонной мерзлотой. В РФ она не возникает ежегодно лишь в некоторых местах (Черноморское и Каспийское побережья). На Крайнем Севере и Северо-Востоке России многолетняя мерзлота распространена повсеместно. Это зона сплошной мерзлоты и ископаемого или погребенного льда. Несколько южнее располагается зона, где мерзлота местами отсутствует, и залегают, так называемые, талики – это зона многолетней мерзлоты с островами талых пород. К ней с юга примыкают области, где «вечная» мерзлота распространяется лишь локально на общем фоне талых пород, - это зона островной мерзлоты и перелетков (линзы мерзлых пород, образующихся после суровых зим и сохраняющиеся в течение 2-3 и более лет). Верхний слой земной коры в районах распространения многолетнемерзлых пород в весенне-летний период оттаивает, а зимой замерзает. Если этот слой при промерзании зимой не сливается с толщей вечномерзлого грунта, то его называют сезоннопромерзающим, а если сливается – сезоннооттаивающим (деятельный слой). Мощность деятельного слоя в разных местах различна и зависит от климатических условий, рельефа, характера почвенного слоя, наличия растительности и ее вида, геологического строения, физических и тепловых свойств горных пород. В зависимости от сочетания указанных факторов, мощность слоя изменяется от долей до нескольких первых метров. На крутых склонах, сложенных коренными породами, где отсутствует снежный покров, максимальная глубина промерзания (и оттаивания), в зависимости от степени трещиноватости, выветрелости и влажности, может достигать 10м и более. В тонкодисперсных отложениях (суглинках, глинах) глубина сезонного промерзания (и оттаивания) редко превышает первые метры. Иногда на зачительной глубине наблюдается чередование прослоев талых и многолетне мерзлотных отложений. Подобное залегание называется прерывистой или слоистой мерзлотой. Причины ее образования достаточно разнообразны и полностью еще не изучены. Ниже деятельного слоя залегает горизонт многолетнемерзлых горных пород, в пределах которого происходят сезонные колебания отрицательных температур. Мощность этого горизонта изменяется в среднем от 1,5 до 10м. Но иногда она достигая даже 40м. Ниже слоя с сезонно меняющейся температурой залегают породы с отрицательной постоянной температурой. В районе Оймякона средне-многолетняя температура на глубине 10-15м равна –(10-12°) С, на севере Таймырского полуострова – около –(13-15°) С ниже нуля, в районе Якутска на глубине 10-12 м – около -4° С, в Чите – около -2° С.
Еще шире распространена сезонная мерзлота, мощность которой редко превышает 2 м. Тем не менее, с ней связаны многие проблемы строительства и эксплуатации дорог, подземных коммуникаций, городов и поселков. Сезонная мерзлота в почве и грунтах развита в России и Канаде практически повсеместно. Если этот слой при промерзании зимой не сливается с толщей вечномерзлого грунта, то его называют сезоннопромерзающим, а если сливается – сезоннооттаивающим (деятельный слой). Мощность деятельного слоя в разных местах различна и зависит от климатических условий, рельефа, характера почвенного слоя, наличия растительности и ее вида, геологического строения, физических и тепловых свойств горных пород. В зависимости от сочетания указанных факторов, мощность слоя изменяется от долей до нескольких первых метров. На крутых склонах, сложенных коренными породами, где отсутствует снежный покров, максимальная глубина промерзания (и оттаивания), в зависимости от степени трещиноватости, выветрелости и влажности, может достигать 10м и более. В тонкодисперсных отложениях (суглинках, глинах) глубина сезонного промерзания (и оттаивания) редко превышает первые метры. Иногда на зачительной глубине наблюдается чередование прослоев талых и многолетне мерзлотных отложений. Подобное залегание называется прерывистой или слоистой мерзлотой. Причины ее образования достаточно разнообразны и полностью еще не изучены. Ниже деятельного слоя залегает горизонт многолетнемерзлых горных пород, в пределах которого происходят сезонные колебания отрицательных температур. Мощность этого горизонта изменяется в среднем от 1,5 до 10м. Но иногда она достигая даже 40м. Ниже слоя с сезонно меняющейся температурой залегают породы с отрицательной постоянной температурой. В районе Оймякона средне-многолетняя температура на глубине 10-15м равна –(10-12°) С, на севере Таймырского полуострова – около –(13-15°) С ниже нуля, в районе Якутска на глубине 10-12 м – около -4°С, в Чите – около -2° С. Мощность пород, скованных многолетней мерзлотой, колеблется в широких пределах, в отдельных участках достигая 300-400м и даже 900м.(хр. Удокан, Забайкалье).
Для горных районов в распространении различных типов многолетней мерзлоты наблюдается вертикальная поясность – с увеличением высоты местности мощность многолетне мерзлотных пород возрастает. В пределах территорий распространения многолетне мерзлотных пород широко распространены подземные льды – т.е. льды, находящиеся в толщахмноголетне мерзлотных пород. На приполярных низменностях они занимают иногда до 80% объема четвертичных пород. Горизонтально полосчатые и вертикально полосчатые повторножильные льды на пылеватых, глинистых равнинах и в торфяниках нередко составляют крупные массивы. В горах подземных льдов значительно меньше. Она охватывает значительную часть территории Западной Европы, Северной Африки, США, Аргентины, Китая, Японии и т.д. (Рис. 1.2).
Широко на Земле распространены и собственно ледяные образования. К ним относятся в основном живые ледники. Объем природных льдов на Земле составляет около 30 млн. км³. Все это вышесказанное выдвигает изучение мерзлых пород и льдов в число важнейших мировых нучно-практических проблем, реализуемых человечеством со второй половины восемьнадцатого столетия.
Различают сингенетический подземный лёд, возникший одновременно с промерзанием вмещающих отложений, и эпигенетический лед, образовавшийся в ранее промерзшей толще горных пород. Подземный лед подразделяется на три основных генетических типа: а) конституционнный, б) пещерно-жильный и в) погребенный. Конституционный лед образовался из воды при промерзании увлажненных горных пород, которая находилась в этих породах. Его представоляют следующие виды: а) лед-цемент, образующийся за счетзамерзания влаги в порах горных пород, б) сегрегационный лед выделяющийся внутри или на поверхности глинистых пород или торфа в результате кристаллизационной дифференциации с подтягиванием воды к фронту промерзания и возникновением здесь ледяного шлира и в)инъекционный лед, возникший в дисперсной среде по промерзшей породе при напорном внедрении и замерзании свободной воды.
Пещерно-жильный лед образуется при замерзании воды или пара в готовых полостях или трещинах. Он включает следующие виды: а) жильный лед, заполняющий готовые трещины; б) повторножильный лед, образовавшийся в торфяно-пылевато-глинистых породах при заполнении морозных трещин, периодически возникающих в одном и том же месте, в)пещерный лед, заполняющий полости (пещеры, ниши и др.), возникающие при выносе части вещества из горных пород.
Погребенный лёд образуется в толще пород, сохранившийся в результате погребения наземных льдов. Он представлен следующими видами: а) конжеляционные льды - наледи, донные льды, промерзшие водоемы, речные льдины, озерные и морские, б) метаморфические льды - снежниковый, преобразованный в лед снежник или инфильтрация в него воды с последующей кристаллизацией. Различные типы льдов находят отражение в различных формах пучения и термокарстового рельефа.
Пионером науки о криосфере принято считать М.В.Ломоносова (О слоях земных, 1761), сделавших несколько теоретических предположений о природе образования «земли мерзлой», о создании запасов холода в толще Земли. В начальном периоде освоения северных районов Сибири изучение мерзлоты стало привычным делом для русских горных инженеров. Она обнаруживалась везде: при прокладке Транссиба и строительстве городов, шахт, прокладке тоннелей. В.И.Мушкетов, В.А.Обручев, А.И.Воейков, В.И.Вернадский в своих трудах уделяли большое внимание мерзлым породам. М.И.Сумгин во главе коллектива исследователей создал новое научное направление – мерзлотовеление (1940). Большой вклад в развитие исследований криолитозоны внесли А.А.Петров, А.Т.Акимов, Б.Н.Доставалов, Б.С.Эненштейн, Л.А.Добровольский и мн. др. Изучению физических свойств мерзлоты сделали Е.А.Коридалин, В.Ф.Бончковский, Ю.В.Ризниченко, Д.В.Левин, И.И.Гурвич и мн. др. Мощный рывок в изучении мерзлых пород был сделан после второй мировой войны Н.А.Цитовичем, В.А.Кудрявцевым, П.Ф. Швецовым, П.И.Мельниковым, С.П.Качуриным, Н.И.Толстихиным, С.С.Вяловым, А.И.Поповым и мн. др.
Физика криогенных пород как новая отрасль знаний возникла в это время тоже, в связи с решением важнейших инженерных проектов, когда были востребованы знания о важнейших проблемах распространения и закономерностях формирования криогенных пород, тепловой мелиорации, инженерного, агробиологоческого мерзлотоведения и других не менее важных аспектов знаний. Данное направление находится на стыке физики, химии, геофизики, петрофизике, геокриологии, гляциологии и геоморфологии. Оно в настоящее время включает в себя проблемы формирования физических свойств мерзлых пород и льдов в процессе их образования и эволюции. Экспериментальные и теоретические исследования в этой области позволило установить многие закономерности формирования и изменения фазового состава, различных физических – реологических, прочностных, упругих, тепловых, электрических и других, свойств, протекания физико-химических процессов и явлений в мерзлых средах, в зависимости от генезиса, состава, строения, температуры, напряженного состояния и др. свойств. По-видимому, физика криогенных пород как отрасль науки будет иметь все возрастающее число прикладных направлений, особенно в области адаптации и применения известных и новых геофизических методов и аппаратуры изучения распространения, залегания, состояния, состава и свойств криогенных пород и происходящих в них процессов.
Классификация мерзлых пород. Напомним, что к мерзлым породам относятся все породы, содержащие лед. По длительности существования мерзлого состояния пород мерзлоту принято подразделять на три видовых понятия: 1 кратковременные породы, мерзлое состояние которых измеряется часами или сутками; 2) сезонномерзлые породы, измеряемые месяцами и 3) многолетнемерзлые породы или область вечной мерзлоты. Межу этими категориями мерзлых пород могут быть и промежуточнык формы. Перелетковая мерзлота - когда сезонная мерзлота не успевает деградировать за один или несколько сезонов.
Особенности размещения вечной мерзлоты и сплошность промерзания пород по вертикали зависит от целого комплекса условий, включая и длительность охлаждения. Поэтому мощность кратковременной мерзлоты достигает немногих сантиметров, а максимальная мощность вечной мерзлоты выражается сотнями метров.
В качестве примера этого состояния рассморим карту распределения мерзлых пород (Рис.1, 2, 3). На ней мощности и температуры мерзлых толщ нужно понимать лишь как средние и типичные. Учитываются возможность вариации мощности в азональных условиях и историческое развитие мерзлых толщ, которое в различных геологических и географических условиях происходит неодинаково.
Рассматривая сплошность мерзлых пород по вертикали необходимо учитывать некоторые важные обстоятельства (Рис.4). Кратковременные и сезонномерзлые толщи представляют собой определенные по вертикали слои, верхняя поверхность которых соврадает с поверхностью рельефа. Нижняя же находится на некоторой небольшой (до первых метров) глубине. Залегание многолетней мерзлоты более сложное. Её верхняя поверхность залегает на различных глубинах ниже дневной поверхности, вследствие процессов сезонного протаивания.
Многолетнемерзлые толщи, верхняя поверхность которых совпадает с нижней поверхностью слоя летнего протаивания, называется сливающимися многолетнемерзлыми толщами. Если же их верхняя поверхность находится глуюже подошвы слоя сезонного протаивания-промерзания, то они называются несливающимися толщами. Наблдается также залегания двух и более слоев многолетнемерзлых пород друг над другом, разделенных талыми прослоями. В этом случае употребляется термин слоистые или многослойные мерзлотные толщи. Нахождение вечной мерзлоты на больших глубинах при бурении ставит вопрос о значительно более широкром ее распространении, нежели те данные, которые мы знаем на сегодня. Так на дне Бакала при бурении на глубине около 220 метров от поверхности дна была обнаружена вечная мерзлота. Изучение природы глубоко залегающей мерзлоты в других местах ставит перед геофизическими методами диагностики все новые задачи.
Латеральное распространение мерзлоты. Непрерывность мерзлых толщ по простиранию наблюдается только в самых северных районгах (Рис.5). Но и там под крупными водоемами и в местах усиленной циркуляции подземных вод можно встретить участки с сквозными протаиванием. Такие места называют таликами. При этом различают сквозные талики и несквозные или ложные талики. Количество и площадь таликов возрастают с северных территорий к южным. Мерзлые и талые грунты взаимно проникают друг в друга, что не позволяет проведения точной южной границы.
Выделяют понятие южной географической границы распространения вечной мерзлоты и геофизической. Географическую границу проводят по границе области распространения мерзлых толщ по геоморфологическим индикаторам. Геофизическая южная граница представляет собой среднее многолетнее положение нулевой геоизотермы у подошвы слоя сезонных колебаний температур. Контакт между мерзлой и талой зонами, независимо от географического положения последних, принято называть физической границей мерзлых и талых пород.
Геоморфорогическое строение и процессы рельефообразования криолитозоны определяет внешние признаки её географической границы. Криогенный рельеф – это природное образование, возникающее вследствие растрескивания, расклинивания, пучения, быстрого или медленного течения грунтовых масс в результате протаивания грунтов, механического воздействия движущихся ледяных масс и т.д., с образованием аккумулятивных или выработанных форм нана- , микро- мезо- макро- и мегарельефа.
Формы пучения, термокарст и термоабразия . Мерзлотные (криогенные) процессы связываются с литолого-морфогенетическими изменениями в промерзающих, протаивающих и мерзлых породах при колебании температуры и переходах ее через точку плавления льда. Эти процессы приводят к новообразованиям в толще горных пород и возникновению особых форм мезо- и микрорельефа. К криогенным процессам относятся следующие: а пучение и наледеобразование; б) криогенное выветривание, в) морозная сортировка, криогенный крип, солифлюкция и др., г) морозобойное растрескивание, д) термокарст и е) термоабразия. Часто в формировании большинства мерзлотных (криогенных) форм рельефа участвуют не один из перечисленных процессов, а их совокупность. Криогенным пучением называют поднятие поверхности почвы и породы, вызванное увеличением их объема при промерзании. Различают сезонное пучение, вызванное криогенными процессами, развивающимися в деятельном слое, и многолетнее, обусловленное процессами, происходящими в породах, залегающих глубже. В результате криогенного пучения возникают бугры пучени от метра до первых десятковметров высотой и сотни метров в поперечнике у основания, образовавшиеся вследствие сегрегационного льдовыделения, а также за счет внедрения воды в грунтовые массы с последующем ее замерзанием. Такие формы рельефа называют булгуняхами или гидролокалитами. Со временем, по мере развития, в верхней части бугров пучения после протаивания льдистого ядра возникают кратеры, западины и озера (Рис.6-19).
Особой формой криогенного процесса, влияющего на рельеф,является наледеобразование. Его причины кроются в специфическом гидрологическом режиме подземных вод, связанным как с открытыми тектоническим разломами территории, так и с особенностями промерзания днищ речных долин. Достигая мощности в несколько метров, наледи на продолжительное время изолируют крупные участки долин от развития и проявления других экзодинамических процессов (русловых, биогенных). При неоднократном воздействии наледей на поверхность, образуются специфические расширенные многорукавные поймы. В зимнее время на них развиваются «наледные поляны». Они лишенны растительного покрова и сложены слабосвязанными грунтами. Ежегодное повторение наледеобразования ведет к дальнейшему расширению долины и росту наледной поляны.
С криогенным растрескиванием, т.е. расчленением трещинами массива мерзлых пород в результате морозногоусыхания, при понижении температуры связано образование системы трещин, как правило, имеющих полигональный облик. В пределах деятельного слоя интенсивному растрескиванию горных пород способствует частая смена фазовых переходов состояния воды через ноль градусов. В мерзлых пылевато-глинистых породах и торфяниках морозное растрескивание сопровождается проявлением сети жильных образований льда, составляющих объемную полигональную решетку в мерзлых отложениях. На дневной поверхности растущие жилы проявляются в виде полигональной сети иногда обвалованных трещин (полигонально-валиковый микрорельеф). Морозное растрескивание нередко определяет направление стока поверхностных вод по трещинам. В северных районах специфическое проявление эрозии обусловлено также наличием в осадочных породах подземного льда. В таких условиях формируется своеобразный останцово-полигональный микро- и мезорельеф.
Возникшие в слое сезонного промерзания и протаивания, вследствие криогенной сортировки обломочных пород, структурные группы обладают совокупностью характерных форм микрорельефа. Среди них наблюдаются: каменные кольца, округлые, ровные или слабовыпуклые участки, сложенные мелкоземом, окруженные невысоким бордюром из камней; каменные многоугольники, каменные полосы, каменные поля или потоки (курумы). Наиболее типичные участки пятнистой тундры приурочены к относительно холодным, выступающим формам рельефа (вершины холмов, бровки террас и пр.).
Термокарстовый процесс четко проявляется в формировании отрицательных форм рельефа. Это протаивание многолетнемерзлотных пород, содержащих лед, обязательно сопровождающееся деформацией пород с образованием провальных форм, полостей в них, возникновения просадок. Их размеры зависят от объемов вытаивающего подземного льда, на местах расположения которого частично сохраняются полости. Они определяют посткриогенную или криогенно-остаточную текстуру пород. В результате термокарста образуются вогнутые формы рельефа, провалы, воронки, ложбины, впадины и трещины небольших и средних размеров. Эти формы наиболее часто характерны для горизонтальных пологонаклонных поверхностей террас междуречьев. «Западинность» рельефа северных областей Западной Сибири, а также низин Восточной Сибири в значительной мере обусловлены термокарстом с образованием большого числа озер. Их площадь составляет от сотен квадратных метров до первых квадратных километров. Их специфические особенности составляют, прежде всего, угловатость и неопределенность очертаний впадин, а также наличие трещин и «пьяного» леса на берегах, небольшая глубина, островки дерна, торфа и почвенных слоев на дне озер, отсутствие типичной озерной флоры и фауны, малая мощность донных осадков и пр.В районы с долгоживущим термокарстом озера имеют округлую и овальную формы и визуально напоминают лунную поверхность. Изредка при таянии подземного льда возникают и положительные формы рельефа – байджерахи (земляные дайки). Это вытянутые по длинной оси микро-холмы (длиной первые десятки метров, при ширине 1,0–1,5м). Они возникают после вытаивания ледяных жил и клиньев за счет терригенного материала, заполнявшего трещины в ледяных прослоях и наледях. На склонах террас они образуют специфические бедленды.
Явления, связанные стермоабразией, характерны исключительно для побережий морей, расположенных в высоких широтах. Здесь морские побережья сложены многолетнемерзлыми породами с включениями преимущественно полигонально-жильных, реже пластовых льдов. Жилы полигонального льда треугольного сечения с шириной 4-5м и реже 8м, располагаются в разрезе паралельно-перекрестными рядами, образуя полигоны размером от 10-12 на 15-16м. Пласты льда залегают, как правило, на уровне моря. Их мощность не превышает 20-30м. Протягиваясь вдоль берега на расстояние до нескольких сотен метром, они вдаются в глубь суши на первые десятки метров. Собственно процесс термоабразии обусловлен проявлением термомеханического воздействия морских вод на берег и береговой склон при волнении и вызывает их разрушение (Pис.2.67). При этом следует отметить, что помимо вышеперечисленных условий волновой режим имеет важное значение. В результате термоабразионные берега разрушаются со скоростью в среднем 5м в год, в отдельных случаях до 46м/год (по Симонову). В первую очередь, при этом, вытаивают ледяные жилы и пласты, а у подножья клифа формируется термоабразионная ниша (аналог ниши абразионной). Со временем происходит обрушение к подножью клифа заключенных в полигонах блоков мерзлых пород, нависающих над нишей. Некоторый промежуток времени эти блоки находятся на берегу, принимая на себя термомеханические воздействия волнений, они блокируют побережье. Затем процесс повторяется, на смену растаявшим льдам поступают новые – т.е. процесс термоабразии осуществляется последовательными микроциклами. Продолжительность их определяется льдистостью слагающих берег мерзлых пород, типом и размерами ледяных включений, температурой воды и режимом волнений и может достигать несколько лет. Существенное влияние на термоабразионный процесс могут оказывать ветровые нагоны, обуславливающие большую площадь контакта относительно теплых морских вод с мерзлым клифом.
В результате термического воздействия поверхностныхводотоков на берега и дно, сложенные мерзлыми породами образуются термоэрозионные формы (ложбины, овраги, долины). В условиях многолетней мерзлоты такие формы, как рытвины и овраги, растут очень быстро. Часто эрозионные формы закладываются вдоль термокарстовых понижений по трещинам полигональных грунтов. Отличаются и реки в областях распространения многолетнемерзлых пород. В летний период они многоводны, благодаря чему обладают большой живой силой. Это способствует интенсивному размыву берегов, что обуславливает расширение долин. Это приводит к тому, что речные поймы перестают заливаться даже в высокие половодья и превращаются в невысокие надпойменные террасы. В пределах участков субширотного и широтного течения рек четко выражена асимметрия склонов долин, обусловленная экспозицией, т.е. склоновые процессы на склонах северной и южной экспозиции протекают с разной интенсивностью.
Таким образом, территории распространения многолетнемерзлых пород характеризуются большим разнообразием и специфичностью форм рельефа. Криогенез и связанный с ним комплекс форм рельефа были широко распространены в перигляциальных областях в эпохи оледенений. Реликты этих форм отмечаются в пределах умеренного пояса, и ныне они находят отражение в субстрате в виде псевдоморфоз по ледяным клиньям и микрорельефе, четко проявляются в особенностях естественного и культурного почвенно-растительного покрова, позволяет дешифрировать рисунок контуров древних полигонов на аэрофотоснимках.
Криогенные породы, также как и криогенный рельеф, - природные образования, возникающие или возникшие вследствие замерзания воды или водных растворов на земной поверхности ли в земной коре. Отличительным признаком криогенных образований является наличие в горных породах кристаллического льда.
Криогенные породы подразделяются на две основные группы: ледяные образования и мерзлые горные породы.
Ледяные образования. По геолого-петрографическим закономерностям лед бывает в следующих формах:
- конжеляционные льды, образующиеся в резудбтате замерзания воды и растворов;
- осадочные льды – возникающие из парообразных и капельно-жидкой фаз – снег, град иней и др.;
- метаморфический лед – лёд ледников, фирн.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 512; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!