вечной мерзлоты

Рельефообразование в областях распространения

Мерзлота – этогорная порода в мерзлом состоянии, т.е. грунт, имеющий температуру не выше 0^оС и содержащий лед. Иначе – это агент, активно воздействующий на земную поверхность, а также материальный субстрат (мерзлый грунт, ископаемый лед), который участвует в строении форм рельефа.

Различают сезонную мерзлоту, существующую только зимой, и многолетнюю мерзлоту, так называемую “вечную” мерзлоту, которая сохраняется круглый год и на протяжении многих лет. широкое распространение “вечной” мерзлоты вызвано оледенением. Особенно широко многолетняя мерзлота развита в Сибири и на Дальнем Востоке. Вечная мерзлота – длительное оледенение приповерхностных толщ и подземных вод, т.е. подземное оледенение. область распространения многолетнемерзлых пород с прослоями и линзами льда называется криолитозоной (геокриозоной).

Основные черты строения криолитозоны

и рельефообразующие процессы

Подземное оледенение в плейстоцене возникло одновременно с поверхностным и сохраняется по сей день. Геокриозона занимает 26% всей суши, преимущественно в Северном полушарии. В России около 50% территории покрыто вечной мерзлотой. Она имеет сплошное площадное распространение и мощности от нескольких до сотен метров, достигая, например, в Якутии 1000 м.

В вертикальном разрезе геокриозоны выделяют три слоя:

1) верхний, иначе деятельный или сезонно-талый слой – сезонного промерзания и протаивания, мощность 1-4 м. Для него характерны криотурбации – специфические формы мерзлотного микрорельефа, образующиеся при перемешивании грунта за счет перехода его из мерзлого в талое состояние и обратно.

2) средний – многолетнего промерзания, испытывающий сезонные колебания отрицательных температур.

3) нижний – не подверженный этим изменениям. отрицательная температура сохраняется постоянной на протяжении всего года. Это собственно вечномерзлый слой.

Летом эти слои отличаются друг от друга, зимой они не имеют четко выраженной границы.

Лед в мерзлом грунте присутствует в различных формах: ледяного цемента, ледяных включений и крупных ледяных линз или жил. Вечномерзлые грунты могут быть сингенетическими и эпигенетическими.

Сингенетические образуются одновременно с осадконакоплением.

В эпигенетических мерзлота возникла уже после накопления осадков.

Важное значение имеют подземные или грунтовые воды, которые подразделяются на надмерзлотны е, межмерзлотные и подмерзлотные. Для процессов рельефообразования наиболее существенное значение имеют надмерзлотные воды, циркулирующие в пределах деятельного (сезонно-талого) слоя. С ними связаны иглавные процессы: 1 )локального таяния мерзлых пород; 2) морозного трещинообразования (вымораживания); 3) пучения. Влияние их на рельеф часто бывает комплексным.

1) Локальное таяние приводит к формированию и развитию таликов – талых зон и толщ талых пород, залегающих ниже слоя сезонного промерзания и не замерзающих в течение года и более длительных сроков. С развитием и отмиранием (промерзанием) таликов связано возникновение ряда характерных криогенных форм рельефа: бугров пучения и наледных бугров западин.

2) Морозное трещинообразование связано с формированием, развитием и заполнением трещин сначала кристаллами глубинной морозной изморози, а затем, в периоды сезонного протаивания, талыми водами. Если лед в трещине не успевает растаять за лето, то к зиме сохраняется ледяная жила, которая в условиях растяжения подвергается растрескиванию. Затем под воздействием таяния и замерзания трещины расширяются и углубляются, а жилы разрастаются. По отношению к вмещающим породам трещины могут быть эпигенетическими и сингенетическими глубиной до первых метров.

3) Процессы пучения приводят к увеличению объема мерзлых пород и сочетаются с морозной сортировкой и трещинообразованием, особенно в глинистых и песчано-суглинистых толщах в пределах сезонно-талого слоя. Для криогенного рельефа равнин наиболее характерно образование бугристых форм. Строение и размеры бугров зависят от состава пород, их насыщенности водой, источника обводнения, растительности, создающих неоднородные условия льдообразования.

Процессы локального таяния мерзлых пород, вымораживания и пучения, а также развитие морозобойных трещин приводят к образованию криогенного рельефа.

Криогенные деформации и криогенные формы рельефа

Для микро- и мезорельефа областей с вечной мерзлотой характерны структурные грунты – формы рельефа, возникающие в результате сортировки влажного грунта при многократном его замерзании и оттаивании. К ним относятся:

1) каменные многоугольники – слабо выпуклые участки в виде пятен мелкозема, окруженные валиками (бордюрами) камней.

2) каменные кольца образуются, когда каменные валики не касаются друг друга. Размеры этих форм 1-2 м в поперечнике в тундрах, а в горах 0, 25-0, 5 м. При их образовании за счет вымораживания более крупных обломков и смещения их к краям пятен, состоящих из мелкозема, материал сортируется.

3) каменные полосы образуются на поверхностях с крутым уклоном. Под влиянием солифлюкции многоугольники удлиняются, вытягиваются и превращаются в полосы, которые чередуются с полосами мелкозема. Ширина до 5 м.

При неоднократном замерзании и оттаивании глинистых грунтов часто образуются пятна–медальоны – глинистые, лишенные растительности (“голые”) пятна округлой либо неправильной формы размером от полуметра до нескольких метров. Они рассеяны по тундре, покрытой растительностью. Тундра с таким рельефом называется пятнистой или медальонной.

Полигональные грунты тоже относятся к структурным грунтам. Это своеобразный комплекс криогенных форм, обусловленный процессами растрескивания, вымораживания и пучения. Приурочены к горизонтальным поверхностям платформенных низменных равнин (Печорская равнина). Из-за неравномерного сокращения объемов воды в неоднородных по составу породах под воздействием промерзания криогенные толщи подвергаются большим напряжениям, что вызывает деформации растяжения с возникновением новых и развитием старых морозобойных трещин. Во время оттаивания трещины заполняются талыми водами из сопредельных пород. Полигонально-жильные структуры подразделяются на первичные, развивающиеся впервые из морозобойных трещин, и вторичные, формирующиеся в первичных структурах после таяния льдов. Если морозобойные трещины углубляются и их концы проникают в верхнюю зону мерзлых пород, то формируются повторно-жильные льды.

Морозобойные полигоны развиваются с образованием различных систем трещинных морозобойных полигонов. Размеры их определяются литологией пород и составляют от 6-8 до 20-30 м. Правильность очертаний морозобойных полигонов зависит от степени однородности пород: в однородных грунтах развиваются полигоны правильной формы, в неоднородных – неправильные многоугольники.

Морозобойным трещинам в рельефе соответствуют понижения.При проникновении морозобойных трещин вглубь в них возникают ледяные клинья. Со временем они растут, разбивая породу на блоки, и создавая поверхность “блокового рельефа”. Если порода с ледяным клином достаточно пластична, она выжимается в виде валиков, разделенных канавкой, образуя рельеф валиковых вогнутых полигонов.

Наиболее распространенный тип деформаций мерзлых грунтов – пучение, связанное с увеличением объема грунта при замерзании. При этом возникают бугры пучения, часто разбитые радиальными морозобойными трещинами высотой не более 2 м.

В пределах торфянистой тундры возникают условия, благоприятные нарастанию торфа. Ледяные или мерзлые ядра таких бугров, а вместе с ними и торфяные бугры могут существовать очень долго. Обычно они образуют группы, но встречаются и одиночные бугры. Высота их 3-7 м, форма чаще округлая, склоны трещиноватые. Болотистые каналы, отделяющие бугры друг от друга, называются ерсеями. При наличии подтока межмерзлотных или подмерзлотных вод образуются очень крупные бугры с ледяным ядром – гидролакколиты высотой до 30-70 м и шириной до 100-200 м. в Якутии они называются булгунняхи, на Аляске – пинго. когда реки промерзают до дна и подземные воды выходят на поверхность речных долин, часто образуются особые ледяные формы рельефа – наледи (тарыны).

Все рассмотренные формы рельефа, а именно: каменные многоугольники, каменные кольца, пятна-медальоны, морозобойные полигоны, ледяные клинья, валиковые вогнутые полигоны, бугры пучения, гидролакколиты, наледи (тарыны) связаны с накоплением льда или обломочного материала и являются аккумулятивными формами мерзлотного рельефа. Такие образования встречаются в ископаемом состоянии в виде криотурбаций – текстур дисперсных пород в виде завихрений, изгибов, колец.

Денудационные формы мерзлотного рельефа связаны с таянием льда и деградацией вечной мерзлоты с образованием разнообразных просадочных форм. Явление вытаивания льда из льдистых пород, а также толщ и линз чистого подземного льда называется термокарстом. Необходимым условием для термокарста является наличие подземных льдов в пределах СТС. Он часто сопровождается суффозией – механическим выносом мелкозема талыми водами. Термокарст распространен у южной границы геокриозоны, где протаиванию подвергались все виды подземного льда. В результате таяния подземных льдов образуются:

1) термокарстовые озера возникают при высокой льдистости толщ, прогрессирующей мощности СТС и отсутствии дренажа на поверхностях водоразделов и на обширных наземных равнинах. Они различны по площади, но глубокие (до 20 м).

2)аласы – замкнутые овальные или округлые понижения, часто являющиеся реликтами озерного рельефа после усыхания озер или их дренирования гидросетью.

3) байджарахи – останцы мерзлого грунта, слагавшего ядро (блок) мерзлотного полигона. Образуются на склонах увалов – возвышенностях, обрамляющих аласовые котловины. Размеры – многие метры по высоте и несколько метров в диаметре.

Криогенный рельеф орогенных областей

и высоких платформенных равнин

В расчлененном рельефе разновысотных гор, охваченных подземным оледенением, распространен гольцовый рельеф – рельеф обнаженных склонов, подвергающихся процессам физического выветривания и склоновой денудации. Криогенные процессы приводят к образованию натечных и натечно-структурных форм.

Натечные формы – это грязевые потоки, возникающие при периодическом таянии коллювия, сложенного песчано-глинистыми осадками. На пологих склонах они образуют валы, языки, натеки, оплывины, борозды и гряды различных размеров.

Солифлюкционные террасы формируются на склонах с чередованием крутых и пологих участков.

Нагорные террасы относятся к структурным формам, образование которых до настоящего времени еще окончательно не выяснено. В областях горного оледенения нагорные террасы рассматриваются как реликтовые формы рельефа древнего оледенения. Во внеледниковых регионах их образование связывают со скульптурными особенностями строения склонов, выявляющимися при морозном выветривании горных пород с различной устойчивостью. По С.Г.Бочу и И.И.Краснов у, в пределах Среднего и Северного Урала нагорные террасы приурочены к периферическим районам последнего оледенения и к возникающим здесь специфическим условиям денудации. Генетически нагорные террасы связаны с условиями вечной мерзлоты, морозного выветривания и с комплексом солифлюкционных и термокарстовых форм.

Таким образом, области распространения вечной мерзлоты отличаются своеобразием и большим разнообразием форм микро- и мезорельефа. Изучение распространения форм криогенного рельефа имеет важное практическое значение при проектировании инженерных сооружений, промышленных предприятий, жилых комплексов.