Криосфера Земли. Мерзлотоведение и его связь с другими науками

Миграционные бугры пучения образуются при новообразовании мерзлоты вблизи южной границы или при промерзании таликов в ее пределах. Обычно бугры пучения имеют высоту 1,5-2 метра, редко 4-8 метров.

Инъекционные бугры пучения возникают если на ММТ существует водоем с относительно неглубокой чашей оттаивания. При зимнем промерзании такого талика обычно образуется замкнутая со всех сторон масса талого льда и воды. Гидростатическое давление возрастает и грунт выжимается в ослабленной зоне. Лед приподнимается и образуется бугор. Потом этот бугор промерзает и в нем оказывается льдистый грунт. Если летом он оттаивает, то бугор сезонный, если нет - многолетний. В Якутии они называются булгунняхами, в Америке - пинго.

Наледи

Наледи - плосковыпуклые ледяные тела, формирующиеся в результате послойного замерзания воды, многократно изливающейся на поверхность земли, льда, подземных, поверхностных или техногенных вод.

Излияние вод на поверхность происходит по двум причинам:

в результате повышенной гидродинамики напора.

возрастания гидростатического давления воды при промерзании озер и подозерных таликов. В результате воды приобретают напор, вырываются на поверхность, образуя слой наледного льда. На какое-то время давление уменьшается и излияние вод прекращается, однако при дальнейшем промерзании воды вновь прорываются на поверхность и образуется новый слой наледного льда. Таких циклов насчитывается до нескольких десятком. В процессе нарастания давления в водоносном тракте кровля наледного льда может изгибаться и образуется наледный бугор.

Периодичность наледного льда обуславливает отличную слоистость наледи. Для развития наледей благоприятен суровый резко континентальный климат с холодными и малоснежными зимами.

Классификация наледей.

Н. И. Толстихин - 1931г, Львов-1916г, Н.Н. Романовский- 1983г, Алексеев В.Г(1987)

На основе классификации Толстихина, Романовский сделал генетическую классификацию наледей.

Наледи классифицируются также по положению в рельефе: обычно выделяют наледи водораздельные, склоновые, террасовые, конусов выноса, пойменные, искусственных выработок; по залеганию:наземные, подземные; по времени образования: современные и древние (ископаемые); по длительности существования: сезонные (зима-весна), летующие, многолетние.

Наледи могут классифицироваться по размерам. Б.Л. Соколов 1984г.

Размер наледей связан с источниками питания. Встречены самые крупные наледи в России в Верхояно-Калымской горно-складчатой стране, где суммарный объем воды=30 км3.

Форма наледей зависит от морфологии участка и генезиса наледи. В узких долинах обычно формируются вытянутые, узкие наледи; на плоских участках - округлая форма.

Наледи имеют несколько циклов развития и по Толстихиным выделяется четыре периода:

1) Осень-начало зимы - характеризуется постепенным медленным темпом нарастания наледи, что обусловлено понижением температуры.

2) Соответствует стадии созревания наледи, отмечается равномерное нарастание площади и объема наледи, что обусловлено постепенным расходом

3) Начало весны - стадия зрелости - рост сначала замедляется, потом прекращается, наступает равновесие.

4) Стадия разрушения наледи под действием солнца и воды.

2. Полигональные системы жильных льдов

В области ММТ полигональные структуры имеют значительное распространение. Полигонально-жильные структуры образуются на основе морозобойного растрескивания за счет повторно-жильных льдов.

Полигональные жильные структуры делятся на две группы: первичные и вторичные.

Первичные образуются в результате повторного процесса морозобойного растрескивания и заполнения трещин сухим песком или водой, которая замерзая образует жилки конжеляционных льдов.

Вторичные образуются в результате оттаивания первичных, содержащих подземный лед. Вытаивающие полости заполняются грунтом. Такой процесс приводит к формированию различных микроформ рельефа.

.

Для возникновения подземных жильных льдов необходимо:

порода должна представлять собой сплошной, хрупкий, не пластичный массив.

Трещины возникающие в результате температурных градиентов, должны проникать в ММТ.

Трещина должна обеспечивать возможность заполнения и цементации трещин льдом.

Процесс морозобойного растрескивания пород и цементации льдом должен периодически повторяться на одном и том же месте.

Глубина протаивания не должна превышать глубины промерзания.

Жильные льды распространены в северных районах и на участках рельефа, где есть возможность аккумуляции.

Полигональные формы, образовавшиеся в результате процессов растрескивания грунтов и промерзания закрытых систем.

Растрескивание СМС и СТС при наличии большого количества коллоидных частиц при промерзании и образовании замкнутых систем, развитие в этих системах напряжений и деформаций приводит к образованию полигональных форм микрорельефа: «пятнистые тундры», «каменные венки», «котлы кипения», «пятна-мидальоны».

При образовании таких форм отмечают следующую последовательность процесса:

растрескивание (морозобойное или вследствие усыхания) в тонкодисперсных грунтах в СТС.

Образование на этой основе закрытых систем при неравномерном промерзании СТС.

Развитие в закрытых системах напряжений деформаций и часто разрывов.

Для образования «каменных венков» дополнительными условиями являются: 1)неоднородный состав тонкодисперсных пород 2) процесс морозной дифференциации породы вследствие вымораживания каменного материала 3) перемещение каменных обломков от центра глинистых пятен к переферии.

3. Термокарсты

Термокарст образуется в результате процесса вытаивания подземных льдов, который сопровождается проседанием земли и возникновением отрицательных форм рельефа.

Для образования и развития термокарста необходимо:

Наличие подземных льдов, (сегрегационный лед) при оттаивании которых происходит осадка.

глубина сезонного протаивания должна превышать глубину льдистых грунтов.

Наличие льда в МТ является необходимым условием только для начала создания термокарста озера. В случае сухого термокарста в силу второго условия процесс термокарста может останавливаться даже при наличии подземного льда. Отсюда вытекает, что борьба с вредным воздействием термокарста должна предполагать его осушение. Наблюдается множество форм рельефа: блюдца протаивания, термокарстовые западения, мелкие озера. В зависимости от условий стока могут быть сухими и заполненными водой. Формы, образованные термокарстом называются байджерахами.

Стадии развития термокарста:

1)Начальная стадия

2)Стадия зрелого термокарста

3) Стадия древнего (реликтового) термокарста.

4)Термоабразия и термоэрозия.

Разрушение мерзлых берегов морей, водохранилищ, берегов озер -называется термоабразией. Чем больше льдистость, тем интенсивнее термоабразия. Наиболее быстро разрушаются берега, сложенные полигонально-льдистыми грунтами. Скорость разрушения берегов зависит от направления ветра и от состава пород.

Термоэрозия - это процесс разрушения мерзлых горных пород временными водотоками.

Склоновые криогенные процессы.

В области распространения М.М.Т приобретают определенную специфику, это: на крутых склонах в результате выветривания происходит интенсивное разрушение скальных и полускальных пород.

Среди основных склоновых криогенных процессов выделяют курумообразование, криогенную дисерпцию (сползание дисперсных грунтов) и солифлюкцию.

Курумы образуются в результате комплекса криогенных процессов (выпучивание, вымораживание). Курумы обладают пористостью и внутри него в порах образуется конденсат (гольцовый лед).

Солифлюкция- пластично-вязкое течение увлажненных грунтовых масс на склонах в слое сезонного промерзания или сезонного оттаивания.

Обычно для развитии солифлюкции необходимо:

Наличие пылеватых отложений с включением обломочного материала.

Высокая влажность отложений.

Наличие уклонов, обеспечивающих течение увлажненных пород по склонам.

Различают медленную и быструю солифлюкцию.

Для того, чтобы масса двигалась по склону, должно выполняться условие:

- касательное напряжение.

- длительное сопротивление сдвигу.

- длительное сопротивление сдвигу на разрыв дернового покрова.

- объемный вес породы.

- глубина оттаивания

- угол наклона поверхности.

Быстрая солифлюкция развивается на крутых склонах, сложенных пылеватыми супесями или суглинками.

Вопросы истории развития ММТ

Восстановление истории возможно из геологических данных, палеогеографии, палеоклимата и т.д. Эти знания относительные. Анализируя эти данные имеются собственные точки зрения на развитие ММТ.

1. Краткая история возникновения и развития криолитозоны Земли

В истории Земли прослеживается несколько периодов интенсивного возникновения и существования ММТ, чередующиеся с периодами их исчезновения.

В первой половине истории Земли ММТ отсутствовали (так как не было гор, но были велики дозы радиоактивного тепла). Уже в раннем PR мерзлота существовала на материке Северная Америка и в южной Африке. В среднем PR мерзлота была в пределах Северной и южной Америки, русской платформы, Урала, Казахстана, Китая и Кореи. В PZ мерзлота с перерывами захватывала центральную и южную Африку, Бразилию, Антарктиду, Аравийский полуостров. В MZ и раннем KZ площадь распространения ММП существенно сократилась, а в позднем KZ - вновь похолодание. Районами наибольшего распространения ММП явились Азия, Европа, Гренландия, Антарктида. Наиболее древние следы ММТ документально зафиксированы в раннем плейстоцене (колымская низменность, Аляска, Канада).

Основные черты последнего периода следующие:

С начала KZ происходит направленное похолодание климата.

На фоне похолодания происходили колебательные изменения климата. Эти ритмические изменения связывают с колебанием солнечной активности и с неодинаковым поступлением солнечной радиации на поверхность Земли. В результате чередовались эпохи похолодания и потепления климата.

Как направленные, так и ритмические изменения климата бывают повсеместными, но разномасштабными.

Поднятие поверхности Земли и похолодание сопровождалось повышением сухости климата, но и здесь также наблюдались разнонаправленные изменения

Направленное похолодание началось со второй половины олигоцена, сопровождалось колебательными изменениями климата.

О соотношениях между похолоданиями, оледенениями суши и моря и развитием мерзлых толщ.

Из рассмотренных предыдущих глав следует, что для появления отрицательных температур горных пород и развития ММТ необходимы низкие температуры воздуха, малые количества осадков и высокая континентальность климата. Для образования ледников необходимы отрицательные температуры, выпадение большого количества осадков, превышающее величину их испарения.

Вопросы соотношения и динамики ММТ должны рассматриваться с учетом оледенения моря. При понижении температуры воздуха увеличивается ледовитость океана, поэтому климат морских бассейнов, покрытых льдом становится сухим и холодным. Увеличение сухости уменьшает возможность питания ледников, сокращая площадь и мощность их развития. С другой стороны континентализация благоприятствует развитию ММТ.

Влияние новейших тектонических движений, регрессий и трансгрессий моря на развитие мерзлых толщ.

Новейшие движения в кайнозое, как указывалось выше привели к увеличению площади суши, повышению континентальности климата и его суровости. мерзлая порода криолитозона грунт

Новейшие движения имеют унаследованный характер: горы, образовавшиеся в более древние эпохи, продолжают расти; межгорные впадины и низменные равнины опускаются. Вследствие этого увеличивается контрастность рельефа. Значительное поднятие гор приводит к перехватыванию воздушных масс, образованию ледников, формированию мощных ММТ.

При регрессии бассейна в аспекте развития ММТ происходит следующее:

1) выходят из под уровня моря морские отложения и быстро понижается их температура;

2)промерзание пород происходит по эпигенетическому принципу;

3) формируются на территориях, прилегающих к бассейну более молодые МТ;

4) широко формируются криопеги;

5) на участках молодых морских равнин сингенетическое промерзание имеет ограниченное развитие (так как есть колебательные движения).

Трансгрессия моря приводит:

1) к абразивной обработке верхних льдистых горизонтов

2) к повышению температуры верхних горизонтов горных пород

3) к деградации ММТ как сверху, так и снизу

4) к замещению пресных подземных вод солеными морскими водами.

Степенью деградации МТ, погруженных под уровень моря зависит от времени существования и увеличивается от побережья к акватории.

1. Размещено на www.allbest.ru