Что такое многолетняя мерзлота. Территориальные особенности вечной мерзлоты. Как проявляется вечная мерзлота

– это промороженные в течение длительного времени, от нескольких до десятков и сотен тысяч лет, . Иногда многолетнюю мерзлоту называют «подземным оледенением». Лед, цементирующий горные породы, встречается там в самых различных формах: линзы, жилы, пятна, клинья, огромные пласты, так называемый ископаемый лед. В России общая площадь мерзлых пород составляет около 11 млн. кв. км. Таким образом, многолетняя мерзлота распространена почти на 2/3 территории страны. Мерзлые грунты обнаружены даже под водой, на шельфах . В целом распространение многолетней мерзлоты соответствует районам резкоконтинентального с холодными и малоснежными зимами. Вместе с тем, принято считать, что резкоконтинентальный климат лишь способствует сохранению мерзлоты, образовавшейся во время четвертичных оледенений. Меньшее распространение мерзлоты в западной части страны объясняется наличием покровного ледника, который препятствовал глубокому промерзанию почвогрунтов. В разных частях страны мощность многолетнемерзлых грунтов различная: она колеблется от нескольких десятков метров до километра. На глубоких слоях мерзлых грунтов практически не сказываются сезонные колебания температуры. На огромных просторах российского Севера и Сибири в глубине залегает единый замороженный монолит. Однако состояние мерзлых грунтов не постоянно. В настоящее время можно утверждать, что холод постепенно отступает из недр планеты. Существует несколько зон распространения многолетней мерзлоты.

Зона сплошного распространения многолетней мерзлоты

В данной зоне находятся северо-восточная часть Западно-Сибирской равнины, большая часть и Северо-Восток Сибири. В условиях многолетней мерзлоты образуются своеобразные мерзлотные, или криогенные (созданные льдом) формы микрорельефа. При сильных морозах грунт с поверхности растрескивается и в морозобойные трещины проникает вода. Замерзая, она расширяет эти трещины и образуются своеобразные решетчатые полигоны. Иногда, образующаяся на некоторой глубине линза льда, приподнимает находящиеся выше грунты, и возникает бугор вспучивания называемый гидролакколитом. В Центральной Якутии подобные бугры достигают 40-метровой высоты. Когда давление льда и заключенной в нем воды прорывает грунт, вода вырывается на поверхность, образуя грунтовую . На склонах гор Бырранга и распространены каменные осыпи. Кроме того, под влиянием попеременного промерзания и оттаивания горных пород на склонах, они начинают стекать вниз. Процесс течения почвогрунтов называется солифлюкцией (от латинских слов «почва» и «истечение»).
Зона прерывистого распространения многолетней мерзлоты.

К югу от зоны сплошного распространения многолетней мерзлоты расположена зона ее прерывистого распространения. То есть среди мерзлых грунтов встречаются непромерзшие участки. Наиболее характерной формой в данной зоне являются термокарстовые котловины или аласы. Они образуются в местах проседания грунта, возникшего из-за таяния мерзлоты. Нередко подобные котловины заняты озерами. Интересно, что подобные озера недолговечны. Вода из них по трещинам в ледниковых жилах может стекать в русло соседней реки, а на месте озера образуется заболоченная низина.

Зона островного распространения многолетней мерзлоты

Эта зона охватывает Прибайкалье и юг . Здесь распространены те же формы микрорельефа, что и в предыдущей зоне, но встречаются они значительно реже, и приурочены к «островам» многолетней мерзлоты.

Многолетняя мерзлота и ее особенности

Замечание 1

Многолетняя мерзлота (или вечная мерзлота, многолетняя криолитозона, многолетне-мерзлые породы) – это часть криолитозоны, для которой характерно отсутствие периодического протаивания. Общие территории многолетней мерзлоты планеты составляют 35 млн. кв. км. Это около 25 % всей суши. Полностью вечная мерзлота отсутствует в Австралии. В Африке многолетняя мерзлота встречается только в высокогорных районах.

Самые обширные территории вечной мерзлоты:

• север Аляски;
• север Европы;
• Канада;
• Север Азии;
• Антарктида;
• Острова Северного Ледовитого океана.

Районы вечной мерзлоты занимают верхнюю часть земной коры. Температура на этих территориях не поднимается выше 0 ºС (на протяжении нескольких тысячелетий). Грунтовые воды данной зоны постоянно пребывают в виде льда. Почва промерзает до 1 км в глубину. Рекордная глубина промерзания – 1370 м.

В многолетней мерзлоте образуются залежи гидрата метана.

По разным данным, от 60% до 65% территории России – вечная мерзлота. Более широко она распространена в Забайкалье и Восточной Сибири. Высший предел вечной мерзлоты находится в Якутии в верховьях реки Вилюй.

Учет вечной мерзлоты очень важен при проведении геологоразведочных, строительных и других работ в северных регионах.

Изучение многолетней мерзлоты

Одни их первых описаний вечной мерзлоты сделали, покорявшие просторы Сибири, русские землепроходцы XVII века. Впервые на состояние почвенного покрова обратил внимание Я. Святогоров. В дальнейшем грунты изучали первопроходцы Иван Ребров и Семен Дежнев. Они указали на наличие особых таежных зон, в которых почва не оттаивает даже летом. В 1640 году М. Глебов и П. Головин подтвердили, что земля среди лета не оттаивает.

Как особое геологическое явление понятие «вечная мерзлота» было введено в употребление основателем школы мерзлотоведов в Советском Союзе М.И. Сумгиным в 1927 году. Он указывал, что данное понятие подразумевает мерзлоту почвы, которая сохраняется от двух лет до нескольких тысячелетий.

Термин «мерзлота» часто подвергался критике, поэтому были предложены альтернативные варианты: многолетняя криолитозона и многолетнемерзлые горные породы. Но эти варианты не получили широкого распространения.

Понятие «мерзлые породы» по длительности существования пород в мерзлом состоянии подразделяется на такие понятия, как:

• кратковременномерзлые породы (сутки, часы);
• сезонномерзлые породы (месяцы);
• многолетнемерзлые породы (десятки, сотни и тысячи лет).

Между этими видами есть взаимные переходы и промежуточные формы. Так, сезонномерзлая порода в течение лета может не протаять и просуществовать несколько лет. Такие формы называют «перелетками».

Многолетняя мерзлота по происхождению является реликтом ледниковых эпох четвертичного периода. В послеледниковое время наблюдалось потепление климата, что обусловило оттаивание мерзлых пород и сокращение мест их распространения. Это доказывает островной характер распространения вечной мерзлоты, существование в толще мерзлых пород отдельных видов и частей флоры и фауны, активный процесс оттаивания.

С такой точкой зрения согласны не все ученые. Некоторые считают, что вечная мерзлота – явление современное. В доказательство они приводят наблюдения за развитием мерзлоты на островах, недавно образованных в дельтах крупных рек Сибири. Главная причина возникновения мерзлоты – длительные малоснежные зимы с низкими температурами и кратковременное лето, во время которого лед накапливается в почве, так как не успевает растаять.

Почвенный покров территорий многолетней мерзлоты

На территориях вечной мерзлоты формируются специфические структуры почвы, включающие каменные и торфяные круги, каменные гирлянды, полигональные трещины, каменные полосы. Эти структуры, образованные под влиянием криогенных процессов, находятся на вершинах многих гор.

В почвах, находящихся в зоне постоянной или длительной сезонной мерзлоты, протекает совокупность процессов, зависящих от воздействия низких температур. Над мерзлым слоем – водоупором – вследствие коагуляции органических соединений наблюдается накопление гумуса, или надмерзлотная регенерация гумуса, оглеение даже при малом годовом объеме осадков.

Образование шлиров (слоев льда) в почве способствует разрыву капилляров, в результате чего останавливается подтягивание воды из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою.

Кольцевые структуры могут возникать в результате как промерзания почвы, так и замерзания воды. При замерзании воды образуются главным образом торфяные круги, которые связаны с переменным оттаиванием и замерзанием воды, разрывом и раздвижением почвенного слоя. При промерзании почвы и появлении трещин просадки образуются каменные кольца. Весенние талые воды стекают в трещины, вынося тонкозернистый материал и оставляя грубый обломочный материал на поверхности. Так формируется полигональная система трещин.

Наличие мерзлого слоя вызывает такие процессы, как:

• солифлюкация – сползание по мерзлому слою со склонов почвенной массы, насыщенной водой;
• криотурбация – перемешивание массы почвенного покрова под воздействием разницы температур.

Особенно широко данные явления распространены в тундровой зоне. Криогенные деформации определяют образование пятнистых тундр и характерный бугристо-западинный рельеф, включающий бугры пучения и термокарстовые западины.

Криогенное оструктурирование почвы происходит под действием низких температур. Отрицательный температурный режим способствует переходу продуктов, участвующих в процессах почвообразования в более конденсированные формы, что сильно замедлят их подвижность. С воздействием криогенных явлений связано обогащение средней части профиля подзолотистых почв кремнекислотой. При этом белесая присыпка рассматривается как следствие мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

Мерзлотная коагуляция коллоидов предопределяет ожелезнение таежных почв.

На значительной части суши - на 25% ее площади, там, где средние годовые температуры отрицательные, на некоторой глубине от поверхности породы многие годы имеют отрицательную температуру. Слои пород с отрицательной температурой называются многолетнемерзлыми слоями - многолетней («вечной») мерзлотой. Многолетняя мерзлота может быть сухой, не содержащей воды, но значительно чаще она содержит замерзшую воду, а иногда в ней присутствует и жидкая вода.
Граница многолетней мерзлоты на материке Евразии делит Кольский п-ов на северную (большую) и южную (меньшую) части и от горла Белого моря по полярному кругу идет к Уралу. На Уральских горах граница резко изгибается к югу, а затем выходит на Западно-Сибирскую равнину и пересекает ее от Оби (г. Тобольск) до Енисея (устье Подкаменной Тунгуски). По правому берегу Енисея граница спускается на юг, захватывает часть территории Монгольской Народной Республики, снова выходит на территорию России у г. Благовещенска и, делая небольшой изгиб к югу, поворачивает к Татарскому проливу. Граница многолетней мерзлоты проходит по Камчатке таким образом, что за ее пределами остается только полоса вдоль берега южной половины полуострова. В Северной Америке многолетняя мерзлота занимает бассейны Юкона, Макензи, Гудзонова залива и северную половину Лабрадора (рис. 86).
Многолетняя мерзлота отмечена на арктических и антарктических островах. Вопрос о наличии многолетней мерзлоты на суше, покрытой материковыми льдами (Гренландия, Антарктида), пока нельзя считать выясненным.
Граница многолетней мерзлоты подвижна. В настоящее время отмечается некоторое отступление ее к северу.
На территории, расположенной внутри границы распространения многолетней мерзлоты, выделяются области со сплошной мерзлотой, области с таликами и островная многолетняя мерзлота.

Температура многолетней мерзлоты на глубине 15-20 м изменяется в пределах от -0,1 до -1,2° в зависимости от комплекса условий (рельефа, растительности, высоты снежного покрова и др.). Под «полосами стока» (реки или грунтовые потоки) температура повышается и часто многолетней мерзлоты вообще нет или она залегает глубже, чем на соседних участках.
Мощность многолетней мерзлоты различна (от нескольких метров до 600-800 м). В общем мощность по направлению от средних, к высоким широтам увеличивается. Наибольшая мощность многолетней мерзлоты - 800 м - отмечена на побережье Хатангского залива. Нижняя граница многолетней мерзлоты зависит от прихода тепла из более глубоких земных слоев.
Выше многолетней мерзлоты, на поверхности, расположен слой сезонной мерзлоты, оттаивающий в теплое время года. Мощность этого слоя определяется климатическими условиями и достигает 5 м. При глубоком залегании многолетней мерзлоты от сезонной мерзлоты ее отделяет слой, вообще не замерзающий.
Подземные воды в условиях многолетней мерзлоты отличаются большим своеобразием. Образующийся при замерзании воды в порах породы лед цементирует породу, делая ее водонепроницаемой. Местами встречаются скопления подземного льда («каменный лед»): линзы, пласты, жилы, погребенные под слоем горной породы или вклинивающиеся в породу. В многолетней мерзлоте выделяют надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные подземные воды.
Надмерзлотные воды - воды слоя сезонной мерзлоты. Они питаются атмосферными осадками, водой тающих летом почвенных льдов и не обильны. Обычно эти воды слабоминерализованы, исключение представляют сильноминерализованные воды, скапливающиеся в бессточных котловинах. При понижении температуры ниже 0° надмерзлотные воды оказывают давление на еще не замерзшую воду, последняя скапливается в местах с наименьшим давлением и, замерзая, поднимает уже замерзшие верхние слои, образуя гидролакколиты и бугры (булгунняхи). Вода, прорвавшаяся на поверхность, превращается в ледяные бугры - наледи. Надмерзлотные воды в теплое время года выходят на поверхность многочисленными источниками.
Межмерзлотные воды находятся в самой толще мерзлоты и могут быть в незамерзшем состоянии только в том случае, если находятся в движении. Чаще их можно наблюдать на участках таликов. Межмерзлотные воды осуществляют связь вод надмерзлотных с подмерзлотными; при этом движение их может быть нисходящим и восходящим. В первом случае они питаются надмерзлотными водами и их качества (температура, соленость) обнаруживают зависимость от внешних условий; во втором - питаются подмерзлотными водами и имеют общие с ними свойства.
Подмерзлотные воды никогда не замерзают и часто имеют напор. Степень их минерализации различна, температура с глубиной повышается. От подземных вод областей, не имеющих многолетней мерзлоты, подмерзлотные воды отличаются условиями питания и разгрузки. Питаются эти воды через талики, а выходя на поверхность, образуют восходящие источники. Все три типа вод взаимодействуют под долинами крупных рек и в котловинах озер, т. е. там, где многолетняя мерзлота отсутствует.
Возникновение многолетней мерзлоты возможно в условиях низких температур при малой мощности снежного покрова, неспособного предохранить породы от промерзания. Такие условия существовали в ледниковую эпоху в областях, не покрытых льдом, и существуют в настоящее время там, где зима суровая и малоснежная, а лето такое короткое, что промерзший зимой слой не успевает оттаять (например, в Якутии). Многолетняя мерзлота могла сохраниться как реликт последней эпохи оледенения, но она может возникать и в современных условиях. Возникновение многолетней мерзлоты наблюдается на вновь образующихся островах в дельтах рек, впадающих в Северный Ледовитый океан.

Многолетняя мерзлота имеет широкое распространение и находится главным образом в криолитозонах-территориях в которых на некоторой глубине из года в год сохраняется отрицательная температура.Происхождение вечной мерзлоты до настоящего времени еще неясно. Первые исследователи считали вечномерзлые породы остатком древних оледенений. Наличие ископаемого льда и теория фазовой завесы могли служить подтверждением таких взглядов. Однако в настоящее время установлено несовпадение между границами оледенений и современными границами залегания вечномерзлых пород. Такие исследователи, как Мидендорф и Г.Вильде, связывали образование вечной мерзлоты с местными климатическими условиями.

Замечено, что выше уровня моря на каждые 200 м подъема среднегодовая температура падает примерно на 1 °С.Вечная мерзлота, по мнению Г.Вильде, могла образоваться в районах со среднегодовой температурой -2°С и ниже.Современные границы залегания вечномерзлых пород достаточно близко отвечают этому условию. М.И.Сумгин исходит из того, что в конце плиоцена начались сильные похолодания. Периодически повторяясь, эти похолодания вызвали дефицитный баланс тепла и обусловили появление многолетней мерзлоты. По времени эти похолодания могли быть связаны с оледенениями первой половины четвертичного периода.

Таким образом, М.И. Сумгин как бы обобщает предыдущие гипотезы.Однако следует считать, что происхождение многолетней мерзлоты пока еще не выяснено окончательно.Исследования, которые проводятся в настоящее время, вероятно, дадут возможность решить этот вопрос.

Происхождение вечной мерзлоты

Мерзлые породы независимо от своего состава, как правило, водонепроницаемы.Поэтому подземные воды в областях залегания вечномерзлых пород можно разделить на три основных типа: подмерзлотные, межмерзлотные и надмерзлотные.
Подмерзлотные воды, залегающие ниже слоя вечномерзлых пород, по своим свойствам практически не отличаются от подземных вод в обычных условиях. В более северных широтах они развиты в коренных породах, а в более южных-в аллювиальных отложениях долин.Подмерзлотные воды часто обладают напором и могут быть использованы в качестве источника водоснабжения.

Межмерзлотные воды залегают в слое вечномерзлых пород.Как правило они приурочены к местным таликам и представляют собой изолированныескопления воды, иногда имеющие связь с подмерзлотными и надмерзлотными водами.Запасы межмерзлотных воды весьма ограничены, так как объем таликов, к которым они приурочены, незначителен.Вне таликов межмерзлотные воды могут встречаться в твердой фазе, образуя ископаемый лед.

В условиях слоистой серзлоты эти воды могут образовать сплошной водоносный горизонт и быть напорными или ненапорными, так же как и межпластовые воды в обычных условиях.В отдельных случаях возможно движение межмерзлотных вод по трещинам и другим нарушениям в толще мерзлоты. Такие воды могут быть уподоблены трещинным водам немерзлых зон.

Надмерзлотные воды представляют наибольший интерес. По характеру залегания они подобны грунтовым, так как имеют водонепроницаемое мерзлое ложе и свободную поверхность (рис-1).В районах сливающейся мерзлоты надмерзлотные воды являются сезонно промерзающими, превращаясь в зимнее время в лед.В районах несливающейся мерзлоты эти воды могут быть сезонно полупромерзающими, когда замерзает их только их верхняя часть находящаяся в деятельном слое, или непромерзающими в тех случаях когда весь водоносный горизонт находится в талике.

Рисунок-1. Схемы залегания надмерзлотных вод:

а-сезоннопромерзающая; б-сезоннополупромерзающая; в-сезоннонепромерзающая;

Движение надмерзлотных вод вызывается прежде всего теми же причинами и происходит по тем же законам, что и движение подземных вод в немерзлотных условиях и кроме того, давлением развивающимся в замкнутом пространстве, так как заключенная в нем вода замерзает и увеличивается при этом в объеме примерно на 9%.В мерзлотных условиях этот вид движения надмерзлотных вод имеет очень большое значение.

Известно, что вода замерзающая в замкнутом пространстве, может быть переохлаждена и находится в силу этого под большим давлением.Насколько велика сила давления переохлаждения, видно из известного примера с заготовкой льда в ящике. Для заготовки льда ящик размерами 30 х 10 х 6 м сразу заполнили водой, вместо того чтобы последовательно заливать ее и замораживать тонкими слоями. Вода начала замерзать сразу со всех сторон, а ее внутренняя часть оказалась под огромным давлением и, вероятно, в состоянии переохлаждения.

Произошел взрыв громадной силы, выбросивший глыбы льда объемом по несколько кубических метров на расстоянии до 20-30 м.Более мелкие куски льда были отброшены на еще большие расстояния.Из сказанного видно, что напор переохлаждения является достаточным для того, чтобы вызвать движение воды.

Инженерно-геологические явления в зонах залегания вечномерзлых пород

Наледи:

Как уже было указано, вода заполняющая поры нескальных пород, при замерзании играет роль достаточно прочного цемента и превращает породу в твердую монолитную массу.Этот процесс сопровождается изменением объема породы при замерзании и оттаивании и характеризуется величиной относительного сжатия δ.При переходе мерзлого грунта в оттаявшее состояние δ представляет отношение изменения толщины слоя грунта при оттаивании под нагрузкой к его первоначальной толщине и выражается формулой:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

где hm-толщина слоя мерзлого грунта; ht-толщина слоя того же грунта после перехода в оттаявшее состояние в условиях невозможности бокового расширения при заданном давлении; em-коэффициент пористости породы природного сложения в мерзлом состоянии; et-коэффициент пористоти породы природного сложения после ее перехода в талое состояние в условиях невозможности бокового расширения при заданном давлении. Для глинистых пород et определяется при влажности на границе текучести, для песчаных -при оттаивании образца безвстряхиваия в условиях свободного стекания талой воды. при достаточно больших значениях δ в случае оттаивания мерзлого слоя происходит резкое уменьшение занятого им объема, что в свою очередь, вызывает значительные просадки.

Очевидно что если известны величина относительного сжатия мерзлого грунта при оттаивании δ и мощность возможного протаивания мерзлоты h, то суммарная величина просадки при протаивании S=δh.В процессе перехода деятельного слоя из талого состояния в мерзлое и обратно возникает ряд инженерно- геологических явлений.Широко распространены наледи, ледяные бугры (булгуняхи),солифлюкция, термокарст и другие. Наледи образуются подземной водой, вырывающейся зимой на поверхность.В замерзающей надмерзлотной воде развивается высокое давление.

Переохлажденная вода взрывает образовавшуюся корку льдонасыщенной породы, вырывается на поверхность и в силу состояния переохлаждения немедленно замерзает.Наледи образуют громадные скопления льда в виде натеков и сталактитов по склонам местности, перекрывают полотно дорог.Отмечены случаи, когда замерзающие подземные воды прорывались в подполья и нижние этажи домов образуя в них наледи и вытекали из окон домов своеобразными ледопадами.

Образование наледей на проезжей части дорог объясняется тем, что за счет уплотнения снегового покрова увеличивается глубина промерзания и следовательно, увеличивается давление в замерзшей воде. Для борьбы с образованием наледей на дорогах рекомендуется прокапывать канавы или просто счищать снег вкрест потока подмерзлотных вод. В этих местах образуются зоны более глубокого промерзания, поток надмерзлотных вод будет задержан и образование наледей будет происходить в стороне от защищаемого места.

Наледи имеют самую разнообразную форму и по размерам занимают площади от нескольких десятков квадратных метров до нескольких квадратных километров.И.В. Попов указывает, что известна наледь площадью 20,5 км2 и мощностью 4,5-5,5 м. М.И. Сумгин отмечает в ходе развития наледей четыре стадии:

1) первые дни наледи -лед тонкий, размеры невелики;

2) наледь крепнет, быстро растет в длину и ширину, появляются ледяные бугры;

3) наледь достигает предельной длины и ширины; мощность ее продолжает расти; ледяные бугры раскалываются, из некоторых льется вода; при образовании трещин происходят взрывы, глыбы льда весом до 200 т отбрасываются на расстояние до 10 м и более;

4) наледь тает, рост прекращается, поверхность покрывается углублениями, каналами, рвами, бугры проседают; таяние начинается с весны, но в северных районах затягивается до июля и августа.Иногда наледи сохраняются до зимы и превращаются в многолетние.Если замерзающая вода, поднимаясь по трещинам, не может пробиться на поверхность, то она поднимает верхний слой земли, образуя бугор, (булгунях).Внутри такого бугра имеется купол льда (гидролакколит).

Иногда внутри гидролакколита имеется полость заполненная водой. Деревья поднятые с почвой при образовании бугра наклоняются в разные стороны, образуя пьяный лес. Размеры таких ледяных бугров в поперечнике достигают 80 м и более, а высота их доходит до 10 м в южных и до 30 м в северных районах.

В отдельных зонах залегают большие количества ископаемого льда перекрытого позднейшими отложениями осадочных пород.Ископаемый лед встречается на островах Ледовитого океана и на севере Азиатского материка.Так как отложения, перекрывающие его, по большей части являются моренными, то некоторые исследователи считают, что эти льды представляют погребенные остатки древних ледников.По мнению Попова И.В. , трещинный или жильный, ископаемый лед и ледяные клинья образовались параллельно с накоплением пойменных осадков аллювиальных долин в условиях суровых и малоснежных зим.

Вытаивание подземного льда и протаивание льдистых вечномерзлых грунтов в верхней части многолетнемерзлой зоны вызывают проседание поверхности и образование форм рельефа, по внешнему виду сходных с поэтому такие явления получили название термокарстовых. В зонах развития термокарста встречаются провалы и воронки размером от одного до нескольких метров в диаметре, западины, блюдца и ложбины -пологие понижения, достигающие сотен метров в диаметре и всего лишь десятков сантиметров в глубину, котловины оседания площадью до нескольких квадратных километров при глубине в несколько метров.

Образовавшиеся впадины могут заполняться водой, образуя термокарстовые озера, играющие существенную роль в дальнейшем развитие термокарста.Термокарстовое озеро является как бы тепловой защитой, вызывающей утепление донных отложений.В связи с этим увеличивается глубина донного протаивания, что в свою очередь вызывает развитие термокарста. Первопричиной возникновения термокарстовых явлений служит обнажение поверхности деятельного слоя в результате вырубки леса или распахивания почвы.

Эти явления могут также возникнуть в результате потепления климата. Термокарст в более слабой степени может наблюдаться во всех районах залегания ледяных линз и прослоек при их таянии. При оттаивании льдонасыщенные илистые и глинистые грунты переходят в разжиженное состояние.Такие грунты переувлажненные талыми и дождевыми водами, при углах склона 3-5° начинают течь, образуя натеки, уступы, борозды, террасы и другие формы микрорельефа.Такие явления называются солифлюкцией.

На Крайнем Севере, вдоль Северного побережья, солифлюкция является одним из важнейших факторов в переработке и выравнивании рельефа. В ряде случаев она вызывает образование сложных ступенчатых склонов -нагорных террас.Высота склонов таких террас достигает несколько десятков метров, а крутизна составляет 25-30° и в отдельных случаях доходит до 90 °. Горизонтальные площадки, покрытые солифлюкционными натеками мощностью до 4 м, простираются на сотни метров.

Инженерно-геологические условия строительства в криолитозонах

Своеобразный термический режим в криолитозонах требует особых методов строительства.В настоящее время, в зависимости от конструктивных и технологических особенностей зданий и сооружений, инженерно-геокриологических условий и возможности изменения свойств грунтов основания в требуемом направлении принимается один из следующих двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве основания зданий и сооружений:

принцип I-вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течении всего заданного периода эксплуатации здания или сооружения;
принцип II-вечномерзлые грунты основания используются в оттаявшем состоянии (с допущением оттаивания их в процессе эксплуатации здания или сооружения или и их оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения здания).

Выбор того или иного метода зависит не от желания проектировщиков, а от конструктивных и термических характеристик возводимых зданий и сооружений и от геоморфологических и геотехнических характеристик условий залегания толщи вечномерзлых грунтов (пород).Поэтому в итоге инженерно-геологические изучения толщ мерзлоты должны быть получены данные о возможности осуществления того или иного метода строительства.

Строительство с сохранением режима вечной мерзлоты является наиболее удобным во многих отношениях.Толщи вечномерзлых пород обладает многими свойствами скальных массивов, поэтому сооружения, фундаменты которых заделаны в мерзлую толщу, получают достаточную устойчивость. Однако любое здание или сооружение передает через фундаменты известное количество тепла.

В зданиях и сооружениях, выделяющих малое количество тепла, возможны такие конструктивные решения фундаментов, при которых температурный режим сжимаемой толщи грунтов практически не изменяется. Все эти конструктивные мероприятия сводятся к тому, чтобы тепло, выделяемое зданием, поглощалось в пределах деятельного слоя и не распространялось на мерзлую толщу.

Тем не менее даже в таких условиях деятельный слой непосредственно под зданием может зимой не промерзнуть.Такой участок будет более слабым по сравнению с окружающими, и в тех случаях, когда в данной местности возможно образование наледей, наледи будут прорываться в подполья и нижние этажи здания.Значительная часть промышленных и гражданских зданий выделяют такие количества тепла, которые неизбежно ведут к нарушению температурного режима мерзлых слоев.

Кроме того во многих промышленных зданиях возможны вибрации от установленных машин. Вибрационная нагрузка способна нарушать прочность льда и переводить его некоторую часть в такое состояние. В таких случаях строительство по методу сохранения температурного режима мерзлых толщ невозможно и следует предусмотреть возможность предварительного или последующего оттаивания. Оттаивание мерзлой толщи резко изменяет не только физико-механические характеристики пород, но и их объем.

Возникает проседание массы грунта под сооружением, в результате чего сооружение теряет устойчивость и прочность. При инженерно-геологических исследованиях в этих последних случаях возникают две задачи: установить возможность применения метода последующего оттаивания и установить зону (или как говорят, чашу) возможного протаивания(рис-2).

Рисунок-2. Образование чаши протаивания под зданием:

tп-температура в помещении; tм-начальная температура мерзлого грунта; b-ширина здания; hc-глубина протаивания под серединой здания; hk-глубина протаивания под краем здания; ξk-величина протаивания сбоку здания.

Для осуществления строительства по методу последующего оттаивания необходимо, чтобы в пределах чащи протаивания не содержалось отдельных скоплений льда в виде линз, штоков и прочее.Оттаивание таких ледяных включений приведет к местному резкому (примерно на 10%) уменьшению объема грунта и вызовет просадку соответствующей части здания или сооружения. Поэтому при исследованиях необходимо особо тщательное изучение строения мерзлой толщи.

Вода, находящаяся в недрах и на поверхности, промерзает на глубину до 500 м и более. Свыше 25% поверхности всей суши Земли заняты вечномёрзлыми породами. В нашей стране более 60% такой территории, ведь в зоне её распространения лежит почти вся Сибирь.

Это явление получило название многолетней, или вечной мерзлоты. Однако климат со временем может меняться в сторону потепления, так что термин «многолетняя» более подходит для этого явления.
В летние сезоны - а они здесь очень недолгие и скоротечные - верхний слой поверхностных грунтов может оттаивать. Однако ниже 4 м находится слой, который не оттаивает никогда. Грунтовая вода может находиться либо под этим мёрзлым слоем, либо сохраняться в жидком состоянии между многолетнемёрзлыми толщами (она образует водяные линзы - талики) или над мёрзлым слоем. Верхний слой, который подвержен промерзанию и оттаиванию, называется деятельным слоем.

ПОЛИГОНАЛЬНЫЕ ГРУНТЫ

Лёд в грунте может образовывать ледяные жилы. Часто они возникают в местах морозобойных (образующихся при сильных морозах) трещин, заполняемых водой. При замерзании этой воды грунт между трещинами начинает сдавливаться, ведь лёд занимает большую площадь, чем вода. Образуется слегка выпуклая поверхность, обрамлённая понижениями. Такие полигональные грунты покрывают значительную часть поверхности тундры. Когда наступает недолгое лето и ледяные жилы начинают оттаивать, образуются целые пространства, похожие на решетку из кусочков суши, окружённых водными «каналами».

Среди полигональных образований широко распространены каменные многоугольники и каменные кольца. При многократном промерзании и оттаивании земли происходит вымораживание, выталкивание льдом на поверхность более крупных обломков, содержащихся в грунте. Таким путем происходит сортировка грунта, поскольку его мелкие частицы остаются в центре колец и многоугольников, а крупные обломки смещаются к их краям. В результате появляются валы камней, обрамляющие более мелкий материал. На нем иногда селятся мхи, и осенью каменные многоугольники поражают неожиданной красотой: яркие мхи, иногда с кустиками морошки или брусники, окружённые со всех сторон серыми камнями, похожи на специально сделанные садовые клумбы. В поперечнике такие многоугольники могут достигать 1 -2 м. Если поверхность не ровная, а наклонная, то многоугольники превращаются в каменные полосы.

Вымораживание из грунта обломков приводит к тому, что на вершинных поверхностях и склонах гор и холмов в зоне тундры возникает хаотическое нагромождение крупных камней, сливающихся в каменные «моря» и «реки». Для них существует название «курумы».

БУЛГУННЯХИ

Этим якутским словом обозначается удивительная форма - холм или бугор с ледяным ядром внутри. Он образуется благодаря увеличению объёма воды при замерзании в надмерзлотном слое. В результате лёд приподнимает поверхностную толщу тундры и возникает бугор. Крупные булгунняхи (на Аляске их называют эскимосским словом «пинго») могут достигать до 30-50 м высоты.

На поверхности планеты выделяются не только пояса сплошной многолетней мерзлоты в холодных природных зонах. Существуют участки с так называемой островной . Она существует, как правило, в высокогорьях, в суровых местах с низкими температурами, например в Якутии, и является остатками — «островками» — прежнего более обширного пояса многолетней мерзлоты, сохранившейся со времени последнего .

Поиск по сайту.