В результате чего образуются бугры пучения
Ледяные бугры пучения
Одно из своеобразных явлений областей развития мерзлых горных пород — бугры пучения с чисто ледяным или льдистым ядром в центре. Их называют также гидролакколитами (водными лакколитами) по аналогии с магматическими образованиями — лакколитами, которые связаны с внедрениями расплавленной магмы в земные недра и имеют грибообразную или караваеобразную форму — верхняя поверхность выпуклая, нижняя плоская, иногда от нее отходит вниз своеобразная вертикальная ножка (подводной канал). Высота гидролакколитов колеблется от первых до нескольких десятков метров, что намного меньше, чем настоящих лакколитов, таких, как гора Аю-Даг (Медведь-гора) в Крыму, горы вокруг г. Пятигорска (Машук, Бештау, Железная и другие).
Возникновение бугров пучения связано с особенностями гидрогеологического режима областей развития мерзлых толщ и внедрением в промерзающие или уже мерзлые горные породы подземных вод или плывунных водно-грунтовых смесей, находящихся под давлением. Характерна приуроченность бугров пучения к районам распространения глинистых и торфяно-глинистых отложений, подстилаемых песками и песчано-гравийно-галечными смесями, независимо от их происхождения. Пучение происходит в местах выхода к дневной поверхности подземных вод, а также при промерзании чаш талого грунта, находящихся над мерзлыми толщами под озерами, после осушения озерных водоемов. Поскольку заозеренность на тундровых равнинах Севера достигает 50% территории и более, легко представить себе, как часто создаются ситуации, благоприятные для возникновения бугров пучения. Спущенные плоскодонные крупные озерные котловины называются в Якутии аласами, в Западной Сибири хасыреями. В обоих районах они имеют исключительно широкое распространение. Среди бугров пучения выделяются сезонные и многолетние, которые различаются по форме, размерам и способу образования.
Сезонные бугры пучения имеют слабовыпуклую в разрезе и округлую в плане форму, размеры их небольшие: высота не превышает обычно 2—3 м, ширина 3—5 м. Они образуются в осенне-зимний сезон и следующим летом, как правило, разрушаются, иногда они существуют в течение нескольких лет. Рост бугров начинается, когда промерзают насыщенные грунтовыми водами углубления в кровле вечномерзлых горных пород, существующие там, где в силу каких-либо причин летнее протаивание оказалось повышенным, а также при замерзании потоков надмерзлотных подземных вод. Они приурочены главным образом к подножиям обводненных склонов, плоскодонным заболоченным долинам небольших речек и ручьев, под которыми имеются подземные водные потоки.
Неравномерное промерзание водоносных горизонтов осенью и зимой приводит к уменьшению живого сечения грунтового подземного потока, возникновению в нем гидродинамического напора и выдавливанию кровли уже промерзших слоев вверх. Внедряющаяся при этом в образовавшуюся полость вода замерзает — так образуются небольшие бугры с ледяными ядрами. По мере развития процесса осенне-зимнего промерзания и утолщения мерзлой кровли она оказывает все возрастающее сопротивление внедрению воды и рост бугров пучения прекращается. Растущие бугры пучения всегда подстилаются талыми водоносными отложениями или водяными линзами, имеющимися в мерзлых толщах, вода которых обладает гидравлическим напором. На завершающих стадиях роста бугров их выпуклая мерзлая кровля лопается. Обычно это происходит весной, когда вследствие повышения температуры прочность мерзлой кровли снижается. Из ядра бугра вытекает вода, и внутри него возникают воздушные полости или камеры с ледяными сводами высотой до 3 м. В лопнувших сезонных буграх пучения, летом начинающих активно таять и разрушаться, хорошо видно их внутреннее строение.
Лед бугров обычно очень чистый, прозрачный, обладает вертикальной столбчатостью, его крупные призматические кристаллы достигают 16 см в поперечнике. Иногда во льду отмечаются остатки растений, почвы, торфа, куски грунта, особенно частые по периферии ледяной линзы, иногда галька и даже валуны, вмерзшие в лед из подстилающих отложений, а затем поднятые вверх в процессе последующего пучения и наращивания льда вверх. После полного протаивания сезонных гидролакколитов на их месте возникают небольшие озерки.
Многолетние бугры пучения имеют значительно более крупные размеры, чем сезонные. Они возникают в местах выхода на дневную поверхность подмерзлотных и межмерзлотных напорных подземных вод, достигая высоты 10—12, а иногда и 15—17 м. Но наиболее эффектны те бугры пучения с ледяными ядрами, которые вырастают на днищах спущенных или полуспущенных озерных котловин — аласов и хасыреев. Среди этих бугров встречаются гиганты высотой 40—50 и даже 70 м, имеющие в поперечнике от нескольких десятков до 200—300 м. Они широко распространены на заозеренных пространствах севера Западно-Сибирской низменности, равнинах Якутии, где получили местное название булгунняхов, а также на севере Северной Америки, где употребляется их эскимосское название — пинго.
В дельте р. Маккензи пинго детально изучены известным канадским мерзлотоведом Д. Р. Макеем. В ядре таких огромных бугров залегают обычно линзы чистого, белого, монолитного льда, подошва которого опущена на 5—10 м ниже окружающей местности. Образование крупных бугров пучения типа пинго и булгунняхов происходит при всестороннем промерзании спущенных или спускаемых озерных котловин, когда водоемы в них уже почти полностью осушаются и начинается процесс заболачивания их дна. Под плоским заболоченным днищем котловин находятся талые котлованы, образовавшиеся еще под озерами вследствие отепляющего воздействия наполнявших их вод. После осушения начинается промерзание их спущенного днища, объемы талого котлована сокращаются, поскольку он окружен наступающими на него мерзлыми толщами. Потоки холода направлены как сверху от дневной поверхности, так и снизу и с боков от мерзлых толщ. В результате возникает замкнутый со всех сторон объем талых водоносных отложений, своего рода огромный водно-грунтовый пузырь в мерзлой толще, постоянно сокращающийся в размерах, т. е. замерзающий со всех сторон. Как известно, при замерзании воды в замкнутых объемах возникают большие давления.
Вода и водно-грунтовые талые смеси, находящиеся под высоким давлением, ищут выход и находят его, внедряясь в направлении наименьшего сопротивления. Иногда они могут внедриться в сторону, если в толщах были горизонтально ориентированные ослабленные зоны — более рыхлые или раздробленные горные породы, пустоты и т. д. В этих случаях образуются пластовые внедрения подземных вод и водно-грунтовых смесей, превращающиеся при замерзании в лед и ледогрунт. Но чаще всего зона наименьшего сопротивления находится вверху, поскольку толщина новообразованной мерзлоты поверх талого пузыря здесь еще невелика. Под действием напора снизу мерзлые слои начинают изгибаться и подниматься, подпирающие их воды и водно-грунтовые смеси, попадая в зону отрицательных температур, замерзают. Подача вод и водно-грунтовых смесей наверх под напором происходит в процессе роста крупного бугра пучения неоднократно, поскольку после внедрения очередной порции давление в «котле» сбрасывается. По этой причине в ядрах многолетних бугров пучения ледяные залежи имеют весьма сложное строение.
Установлено, что под ледяными ядрами растущих пинго и булгунняхов находятся линзы напорных вод. Например, над устьями некоторых скважин, пробуренных в пределах ядер пинго, появлялись фонтаны воды до 3 м высотой. Иногда излияния воды или плывуна происходят по трещинам в куполе бугра, который превращается в «гидровулкан» или «грязевой вулкан». Известны случаи взрывов бугров в результате скопления газов внутри них, образующихся при разложении органического вещества, всегда в изобилии присутствующего в озерно-болотных отложениях. Взрывы сопровождаются выбросами обломков мерзлой кровли, фонтанами воды или жидкой грязи в несколько метров высотой.
Скорость роста крупных бугров пучения превышает иногда 0,5 м в год, но обычно они растут медленно со скоростью 1,5—2,5 см в год и процесс роста, по оценкам разных авторов, продолжается от нескольких десятков до нескольких сотен или даже одной — полутора тысяч лет. На заключительных стадиях развития крупных бугров пучения с ледяным ядром кровля их лопается и растрескивается, в ней возникают радиальные трещины, расходящиеся от центра к периферии бугра. Вдоль трещин в глубь бугра летом проникают теплый воздух, дождевая влага, и ледяное ядро начинает таять. Со временем на его месте возникает глубокая воронка, заполненная водой.
Помимо бугров пучения, связанных с напорными подземными водами и плывунными водно-грунтовыми массами, — гидролакколитов, существуют бугры пучения, образующиеся в результате послойного (шлирового) льдовыделения в глинистых и торфяно-глинистых отложениях. Процесс их формирования выглядит следующим образом. В местах первичных повышений, даже таких незначительных, как кочки и небольшие бугорки, поверхность в течение долгой зимы выхолаживается сильнее, чем вокруг, поскольку снег с них обычно сдувается сильными зимними ветрами. В охлажденные места подтягивается вода из соседних участков, и здесь происходит дополнительное, большее по сравнению с окружающими пространствами льдовыделение. Под кочками и бугорками образуется более густая сеть более толстых ледяных слойков, чем вокруг. Они начинают пучиться вверх. Поскольку пучение происходит вследствие подсасывания (миграции) влаги в грунтах, эти формы называют миграционными буграми пучения. Как и гидролакколиты, они могут быть сезонными и многолетними.
Крупные миграционные многолетние бугры пучения обычно связаны с торфяниками. В природе известны две разновидности торфяных бугров — плоско- и выпукло-бугристые. Первые образуют площадные скопления, вторые встречаются в виде одиночных форм, цепочек, небольших групп. Плоские торфяные бугры — результат расчленения вдоль морозобойных трещин единых массивов мерзлых торфяников. К этим трещинам когда-то были приурочены ледяные жилы, затем они вытаяли и единый торфяной массив распался на прямоугольные плосковершинные блоки-останцы, разделенные узкими глубокими понижениями-канавами между ними. Со временем прямые углы блоков сглаживаются и приобретают лепешковидную форму, расширяются и понижения между ними, теряющие форму канав и становящиеся плоскодонными ложбинами. Эти ложбины преобладают по площади над блоками между ними, которые имеют вид отдельных холмиков. Особенно интенсивное отчленение бугров от основных массивов плоских или плоскобугристых торфяников происходит по их периферии. Возвышающиеся над окружающей болотистой местностью в виде холмиков одиночные бугры или их группы начинают выхолаживаться интенсивнее, чем окружающие плоскодонные понижения, которые надежно укрыты от зимних морозов скапливающимся здесь снегом.
К охлажденным буграм интенсивнее подтягивается влага из соседних участков, т. е. из понижений, очень сильно к тому же водонасыщенных. Дополнительная, избыточная влага в пределах бугров послойно кристаллизуется, превращается в слои подземного льда, и первоначально плосковершинные холмы-останцы начинают пучиться. Так образуются крупные торфяные бугры выпуклой формы, высота которых достигает 10—15 м.
Внутри крупных выпуклых торфяных бугров пучения прослеживаются частые прослойки-шлиры подземного льда толщиной 1—3, иногда 5—7 см. Подсчитано, что если сложить толщину отдельных прослоек льда, как это сделал В. П. Евсеев для тофяных бугров пучения на севере Западной Сибири, то она окажется равной или близкой высоте бугра. И чем больше прослоек-шлиров льда до глубины 8—12 м от поверхности, тем больше высота бугра. В ядрах наиболее крупных торфяных бугров лед преобладает над торфом и минеральными частицами, которые иногда как бы взвешены и плавают в нем. И выпуклые, и плоские торфяные бугры развиты лишь в южных районах криолитозоны, в лесотундре и северной тайге, т. е. там, где достаточно глубоко летнее протаивание грунтов. Бугры оказывают охлаждающее влияние на окружающие пространства в радиусе до 50 м. Естественно, что охлаждающее влияние более крупных по высоте и объему бугров больше, так как они уходят своим основанием на значительную глубину.
В зоне островного распространения мерзлых толщ непосредственно под буграми находятся обычно талые отложения. Мерзлыми являются только сами бугры, которые, как насосы, засасывают в себя и здесь превращают в лед влагу из окружающих заболоченных и потому сильно обводненных грунтов. Таким образом, мерзлые глыбы льдистых бугров как бы плавают среди талых отложений. Достигнув определенного предела в своем развитии, торфяные бугры прекращают дальнейший рост, поверхность на их вершинах иссушается и покрывается трещинами — проводниками тепла в мерзлые льдистые недра бугров. Они начинают протаивать и разрушаться.
Источник: И.Д. Данилов. Подземные льды. Издательство «Недра». Москва. 1990
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Пинго, или бугры пучения
Этот необычный холм — бугор пучения на полуострове Тактояктук на северо-западе Канады. Он и еще около 1350 его «собратьев» считаются национальной достопримечательностью Канады. Бугры пучения, или пинго, или булгунняхи (от якутского «холм, вершина, курган») — это положительные формы криогенного (мерзлотного) рельефа. Они образуются во многих местах на Севере, где распространены многолетнемерзлые породы: в Северной Америке (около 3500 бугров), России (свыше 6000), Скандинавии, Гренландии, Шпицбергене, Монголии, Тибете. Высота бугров колеблется в пределах от одного до 50 м и даже больше, диаметр — от нескольких метров до сотен метров.
Механизм образования бугра пучения зависит от того, открытая это система или закрытая. В закрытой системе талые породы окружены со всех сторон многолетнемерзлыми породами. В районах вечной мерзлоты грунты, расположенные непосредственно под озером, не замерзают и находятся в талом состоянии (если глубина водоема превышает мощность льда в зимний период). Чем больше водоем, тем больше массив талых грунтов под ним — талик. Под наиболее крупными озерами многолетнемерзлые породы могут и вовсе отсутствовать. При обмелении или иссушении озера подозерный талик начинает промерзать со всех сторон. Под воздействием возникшего гидростатического давления мерзлый грунт в наиболее слабом месте выгибается, образуя бугор пучения с ядром из льда или льда с грунтом.
Нередко встречается и другой тип бугров пучения — гидролакколиты. Это открытая система. Гидролакколиты образуются в местах с тектоническими разломами, где по трещинам в породах могут поступать артезианские воды из горизонтов, находящихся под вечномерзлыми грунтами, — это так называемые зоны разгрузки подземных вод. Поднимаясь вверх, вода замерзает, за счет постоянного притока снизу происходит рост гидролакколита. Таким образом, его происхождение сопоставимо с магматическими лакколитами, которые образуются в результате застывания лавы на поверхности, поднимающейся из земных недр по трещинам.
Схема образования бугров пучения. В закрытой системе талые воды окружены со всех сторон многолетнемерзлыми породами. В открытой есть постоянный приток грунтовых вод. Рисунок с сайта britannica.com
Бугры пучения образуются в настоящее время в южных областях вечной мерзлоты. Этот процесс происходил и в прошлом. Возраст отдельных бугров пучения на севере Канады или Западной Сибири может достигать нескольких тысяч лет. Их формирование связано с периодами похолодания в голоцене, когда происходило обмеление и спуск термокарстовых озер, образовавшихся в результате голоценового климатического оптимума и деградации мерзлых пород.
Характерная особенность внешнего облика большинства бугров пучения — трещиноватость поверхности. В некоторых случаях глубокие трещины рассекают их более чем до середины, из-за чего подобные бугры с большого расстояния кажутся двухвершинными. Через трещины под давлением может происходить излияние воды или водогрязевого потока. Образуется кратер, как у вулканов. В отдельных случаях вслед за образованием кратера происходит оттаивание и разрушение бугра, в результате чего на его месте может снова образоваться озеро или болото. Если это болото или озеро впоследствии опять начнет промерзать (из-за частичного осушения), то снова образуется бугор пучения. Кратер виден на фотографии канадского пинго, в нем уже образуется озеро.
Система трещин на разрушающихся гидролакколитах северного Ямала. Рисунок с сайта evgengusev.narod.ru
Размеры бугров пучения зависят от характера промерзания и образования отложений, начальной влажности и других свойств породы. Бугры пучения не всегда достигают больших размеров. На рисунке ниже представлены небольшие бугры пучения, образовавшиеся вследствие осушения аласа в Центральной Якутии. Аласами называют котловины, образовавшиеся в результате вытаивания и просадки льдистых мерзлых отложений и подземных льдов. Часто в центре такого понижения существует озеро. В последнее время аласами называют любую котловину, которая образовалась в результате вытаивания подземных льдов. Если это озеро осушится (так как алас находится на высокой водораздельной равнине, а само озеро выше, чем местная речная сеть), то начнется промораживание талых пород, которое будет сопровождаться ростом бугра пучения.
По-видимому, бугры пучения играют важную роль в культуре северных народов. Например, в 2014 году в бассейне верхнего течения реки Индигирки в Оймяконском районе Якутии были обнаружены три якутских захоронения позднего средневековья (XVII–XVIII века), которые располагаются на трех булгунняхах. Булгунняхи зовутся местными жителями эбюгэ, что с якутского переводится как «предок». В одной из легенд о заселении якутами северных окраин Ёбюгэ упоминается как имя одного из предков оймяконских якутов, который вместе со старшим братом Бордуулаахом в поисках места жительства прибыл в Оймякон, а далее они ушли на север, в местность Хонуу (ныне — Момский район), где и остались.
Бывают сезонные и однолетние бугры пучения, а также другие явления, вызванные пучением. Пучение грунтов — явление сложное и в разных породах происходит по-разному, но везде в зоне распространения мерзлых пород оно несет опасность и проблемы для хозяйственного освоения севера человеком. Неравномерность этих процессов часто приводит здания и сооружения в аварийное состояние и даже вызывает их полное разрушение. А железная дорога Чум — Салехард — Игарка протяженностью 900 км, которая активно строилась в середине прошлого века (в ее строительство было вложено 42 млрд руб.), из-за бугров пучения так и осталась недостроенной. Сейчас она известна как Мертвая дорога.
Современное состояние дороги Чум — Салехард — Игарка при пересечении бугристых ландшафтов. Фото с сайта tourister.ru
Бугры пучения, достигшие значительных размеров, могут взрываться, образуя вместо резко положительных форм рельефа, наоборот, резко отрицательные. Так, со взрывом газа, скопившегося в полости на месте бугра пучения в результате постепенного вытаивания подземного льда, связывают образование в июле 2014 года уникального Ямальского кратера.
Ямальский кратер и его местоположение на карте. Фото из доклада А. А. Нежданова, А. С. Смирнова в рамках семинара по исследованию Ямальской воронки
Результаты рекогносцировки с помощью GPS-навигатора показали, что диаметр всей формы вместе с бруствером составляет 70 метров (здесь бруствер — слой выброшенной породы, расположенный по краю кратера). Ширина бруствера достигает 20 м. Кратер, расположенный внутри бруствера, видимо, имеет диаметр не более 30 м по верху и до 25 м ниже уступа. Глубина также точно не измерена, но есть основания полагать по результатам съемки портативной видеокамерой, опущенной в кратер, что она заведомо превышает 50 м и может достигать 70 м.
Схема строения Ямальского кратера. Изображение из статьи М. И. Эпов и др., 2014. Бермудский треугольник Ямала
Первые гипотезы связывали образование кратера с падением метеорита, но были отвергнуты исследователями. Была отброшена также гипотеза техногенного возникновения кратера, так как в его окрестностях не было найдено никаких следов деятельности человека. Остальные гипотезы так или иначе связывают появление кратера с газовыми выбросами. Различия — только в механизмах и причинах такого катастрофического выброса. Так, согласно гипотезе, связанной с изменением климата, 2012 год отличался наиболее теплым летом, летние осадки были максимальными. Изменение температуры мерзлой породы в районе кратера происходит несинхронно с увеличением температуры воздуха, волна тепла достигла большей глубины только в 2013 году, что привело к процессу высвобождения заключенного в верхних горизонтах мерзлоты газа. Другие гипотезы также связывали выбросы газа с изменением температуры, но добавляли, что причиной появления Ямальского кратера стало разрушение газогидратов, находящихся на глубине 60–80 м. При разложении газогидратов объем выделившегося газа превышает объем породы в сотни раз.
Наиболее вероятно, что залежь газа образовалась в полости на месте постепенного вытаивания погребенного льда бугра пучения с замещением ледового или водного пространства газом. Координаты центра бугра пучения точно совпали с центром воронки, что подтвердило правильность объяснений природы объекта взрыва.
Ямальский кратер на космических снимках сверхвысокого разрешения. Слева — состояние участка до образования воронки (снимок WorldView-1 от 09.06.2013). Справа — существующая воронка (снимок WorldView-1 от 15.06.2014). Красная линия — внешняя граница бруствера воронки; желтая — граница зоны разброса материала из воронки. Фото из статьи А. И. Кизяков и др., 2015. Геоморфологические условия образования воронки газового выброса и динамика этой формы на Центральном Ямале
На данный момент обнаружено более десятка подобных гигантских кратеров на территории Ямала, Таймыра, Гыданского и Тазовского полуострова, а по данным аэрокосмической съемки выявлено более 150 озер с многочисленными кратерами в донных отложениях, нередко с брустверами выброшенной породы.
Бугры пучения
Страницы: 1 2
СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Бугры пучения- определение и распространение
1.2 Физико- географическое описание районов распространения
1.3 Геологическое строение исследуемых районов
2 Специальная часть
2.1 Виды бугров пучения
2.1.1 Механизмы формирования, черты строения и климатические условия образования бугров пучения
2.1.2 Влияние хозяйственной деятельности на исследуемые формы рельефа
2.1.3 Влияние бугров пучения на хозяйственную и промышленную деятельность
2.2 Распространение бугров пучения на территории России
2.2.1 Юго- восточный Алтай – формирование и распространение бугров пучения в горных районах
2.2.2 Бугры пучения на европейском севере России (на примере Кольского полуострова)
2.2.3 Бугры пучения на территории Средней Сибири (Республика Саха)
2.3 Динамика развития бугров пучения. Современная динамика
2.3.1 Механизм формирования миграционных бугров пучения на равнинной части России
Список использованной литературы
Введение
Формирование бугров пучения — это один из самых опасных процессов для длительно существующих линейных сооружений: дорог, взлетных полос аэродромов, нефте- и газопроводов и др. В настоящее время на 70% территории России, которые занимает криолитозона, нет ни одного протяженного линейного сооружения, которое не подвергалось бы воздействию морозного пучения. Это особенно важно в условиях наблюдающейся в последние годы активизации промышленно-гражданского строительства на данной территории.
Это нашло отражение во всех федеральных, региональных и ведомственных инструкциях и нормативных документах по инженерно-геологическому исследованию, освоению и эксплуатации сооружений.
Ниже приведены выдержки из некоторых нормативных документов.
Согласно п. 3.12 СНиП 2.05.06-85 «Строительные нормы и правила. Магистральные трубопроводы»: «При выборе трассы для подземных трубопроводов на вечномерзлых грунтах следует по возможности избегать участки с буграми пучения…».
Пункт 2.8 ВСН 61-89 по изысканиям, проектированию и строительству автомобильныхдорог в районах распространения вечной мерзлоты гласит: «При трассировании необходимо обходить участки с неблагоприятными мерзлотными и грунтово-гидрогеологическими условиями (…крупные бугры и гряды пучения…)».
Согласно п. 2.12 ВСН 61-89 по изысканиям, проектированию и строительству железных дорог в районах вечной мерзлоты «следует избегать укладки трассы и размещения отдельных сооружений на участках с распространением… бугров пучения, с бессточными заболоченными понижениями местности, на косогорных участках с льдонасыщенными глинистыми и переувлажненными пылеватыми грунтами. Мощные бугры пучения следует, как правило, обходить с низовой стороны…».
В пункте 3.7 ВСН 014-89 «Строительство магистральных и промысловых трубопроводов» сказано: «При выборе трасс и площадок в зоне вечномерзлых грунтов под сооружения следует избегать участков с широким распространением бугров пучения, бугристых торфяников…» Там же в пункте 3.12: «При выборе трассы для подземных трубопроводов на вечномерзлых грунтах следует по возможности избегать участки с… буграми пучения… Бугры пучения следует обходить с низовой стороны».
Актуальность данной работы заключается в исследовании зон, на которых располагаются и формируются бугры пучения, выявлении и прогнозировании образования бугров пучения. Это особенно важно в условиях наблюдающейся в последние годы активизации промышленно-гражданского строительства на данной территории.
Целью работы является исследование возможности определения возникновения бугров пучения, изучение территорий с большой локацией исследуемых форм рельефа.
В соответствии с целью в работе поставлены следующие основные задачи исследования:
– изучить виды бугров пучения, их развитие и формирование;
– проследить распространение бугров пучения на территории России и выявить территории с наибольшей локализацией данных форм рельефа;
– изучить влияние бугров пучения на хозяйственную деятельность, прогнозировать образование бугров пучения на строящихся объектах.
1. Общая часть
Криогенными называют геологические, физические, биохимические и другие процессы, происходящие в самых верхних частях земной коры и обусловленные сезонным и многолетним промерзанием и протаиванием увлажненных рыхлых горных пород, охлаждением мерзлых пород, и замерзанием подземных вод.
Направление и усиление криогенных процессов связаны с качествами накопления четвертичных осадков, с тепловлагообменом в высших горизонтах горных пород, с динамикой замерзания и протаивания. Для рельефообразования наиболее существенное значение имеют, прежде всего, надмерзлотные, циркулирующие в пределах деятельного слоя подземные воды, или СТС (сезонно-талый слой), с которым связаны главные геологические события в областях с увеличением многолетней мерзлоты. Из числа мерзлотных процессов пучение и морозобойное растрескивание грунтов, формирование жильных льдов, образование полигональных форм на поверхности, склоновые процессы и термокарст приобрели самое большое распространение.[1]
Криогенные формы рельефа платформенных областей.
Совокупностью процессов морозобойного растрескивания, вымораживания, пучения, определен комплекс криогенных форм рельефа, протекающий на фоне морозной денудации (разрушения).
Бугристо-западинный ландшафт преимущественно низменных платформенных равнин:
— морозобойные полигоны (тетрагоны, гексагональные формы, валиковые вогнутые полигоны),
— мелкополигональные формы или структурный грунт: (пятна-медальоны, каменные кольца, многоугольники, каменные венки),
— бугры-булгунняхи или пинго,
— термокарстовые формы рельефа: (термокарстовые озера, аласы, байджерахи),
— плосковыпуклые ледяные тела-наледи,
— миграционные бугры: (бугры-торфянники, земляные бугры, бугры-могильники).
Криогенные формы ландшафта горных склонов и орогенных районов.
Комплекс криогенных форм, определенный совместным действием процессов морозного выветривания, десерпции, солифлюкции, гравитации. [2]
1.1. Бугры пучения- определение и распространение
Бугры пучения, или пинго, или булгунняхи (от якутского «холм, вершина, курган») — это положительные формы криогенного (мерзлотного) рельефа. Они возникают в многочисленных участках на Севере, где распространены многолетнемерзлые породы: в Северной Америке (примерно 3500 бугров), России (более 6000), Скандинавии, Гренландии, Шпицбергене, Монголии, Тибете. Уровень бугров колеблется в пределах от 1 до 50 м и выше, диаметр — от нескольких метров до сотен метров. Бугры пучения формируются при промерзании очень увлажненных грунтов или же водоносных дисперсных пород в результате увеличения их объема. Бугры пучения подразделяются на однолетние и многолетние. Первые возникают при промерзании сезонно-талого и сезонно-мёрзлого слоёв и разрушаются при их протаивании; вторые формируются в ходе длительного промерзания горных пород. При промерзании глинистых грунтов в условиях свободной миграции влаги (открытая водная система) и накопления линз сегрегационного льда в ядрах бугров образуются миграционные бугры пучения. Миграционные бугры пучения возникают при промерзании глинистых грунтов в условиях вольного передвижения влаги (открытая водная система) и накопления линз сегрегационного льда в ядрах бугров. Как правило, они расположены недалеко от южных границ распространения многолетне-мёрзлых пород и объединены с зонами новообразования мёрзлых толщ, промерзания сквозных таликов или с местами развития торфяников. Когда происходит промерзание закрытых водных систем, воды, проникающие под криогенным напором в мёрзлую кровлю, образуют бугры с линзами инъекционного льда в ядрах (инъекционные бугры пучения). Булгунняхами (СССР) и пинго (Северная Америка) называют инъекционные бугры, которые образуются при промерзании несквозных таликов (под термокарстовыми и другими озерами). [3]
Гидролакколиты — возникающие бугры возле источников подземных вод или в обрамлении наледей при проявлении подземных вод между промерзшей долей талого слоя и верхней поверхностью мерзлой толщи бугры. Формирование бугров пучения (в особенности однолетних), порождает деформации и значительно затрудняет сооружение и использование линейных сооружений (дорог, газо- и нефтепроводов), строений, буровых вышек и др., особенно в обстоятельствах равнин, как при обустройстве нефте- и газовых месторождений Северо-Западной Сибири. Меры борьбы с буграми пучения бывают пассивные (перенесение сооружений с зон формирования бугров пучения) и активные. Активные включают в себя дренаж водоносных пород сезонно-талого слоя и таликов, основание грубозернистых подушек-прерывателей в полотне дорог и под строениями, не допускающих перемещение влаги к фронту промерзания, сегрегационное льдообразование и другое. [2]
В России, в основном, бугры пучения распространены ближе к южной границе зоны вечной мерзлоты, в природных зонах тундры, лесотундры и тайги. Ниже на схеме (рис.1) показаны основные локации бугров пучения на территории России.
Рисунок 1 – Основные локации бугров пучения на территории России
1.2. Физико- географическое описание районов распространения
Вечная мерзлота занимает 65% территории России. По географическому положению она подразделяется на субаэральную, субгляциальную и шельфовую. Субаэральная криолитозона — самая большая по площади — представлена с поверхности многолетнемерзлыми породами. В Европейской части государства она распространена лишь в тундре и лесотундре; от Кольского полуострова ее южная граница направлена к устью реки Мезень, а далее — почти по Северному полярному кругу и до Урала. В Западной Сибири граница криолитозоны простирается вплоть до реки Енисей; возле реки Подкаменная Тунгуска она резко меняет направление, поворачивая на юг и проходит по правому берегу Енисея. К востоку от Енисея мерзлота распространяется на большей части территории, кроме юга Камчатки, острова Сахалин, Приморья и еще некоторых зон. Мощность мерзлых толщ изменяется от 100–200 м до 1,5 км (Средняя Сибирь). Известно, что под ледниками Земли Франца-Иосифа, Новой Земли, Северной Земли также находится субгляциальная криолитозона, где для нее характерны невероятно малые для высоких широт мощности и очень высокие температуры, а также под ледниками в горах Алтая и на Северо-Востоке России. Шельфовая криолитозона распространена в арктических морях у берегов Сибири. Океаническая криолитозона охватывает большую часть Арктического бассейна, не считая районов, испытывающих влияние теплого Северо-Атлантического течения. Ниже представлена карта, на которой определены границы промерзания и протаивания грунтов на территорию России
Сплошная мерзлота распространена в северной части Большеземельской тундры, на Полярном Урале, в тундре Западной Сибири, в северной части Среднесибирского плоскогорья, на полуострове Таймыр, архипелаге Северная Земля, на Новосибирских островах, Яно-Индигирской и Колымской низменностях, в дельте реки Лена, на Центральноякутской равнине, Приленском плато и в областях Верхоянского и Черского хребтов, Колымского нагорья, Анадырского плоскогорья, а также на Юкагирском плоскогорье и Анадырской низменности. Мощность толщ многолетнемерзлых пород меняется от 300 м до 500 м и выше, в горах — до 1500 м; температура — от –2°C до –10°С и ниже. Талые породы в зоне сплошной мерзлоты залегают лишь в руслах больших рек и под крупными озерами. К югу от этой зоны талые породы чередуются с мерзлыми. Мерзлота с островами талых грунтов (прерывистая, спорадическая) преобладает в Большеземельской и Малоземельской тундрах, на Среднесибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгуска, в южной части Приленского плато, в Забайкалье. Мощность мерзлых толщ иногда достигает 250–300 м, но чаще колеблются от 10–20 до 100–150 м, температура — от 0°C до –2°С. [4]
На рисунке 2 показаны льдистость и распространение многолетнемерзлых пород на территории России.
Рисунок 2 – Распространение многолетнемерзлых пород
Основными факторами формирования таликов в области прерывистой мерзлоты предназначаются поверхностные и подземные воды, радиационный режим поверхности Земли, снежный слой. Островная мерзлота развита на Кольском полуострове, в Канино-Печорском районе, в таежной зоне Западной Сибири, в южной части Среднесибирского плоскогорья, на Дальнем Востоке, вдоль побережья Охотского моря и на полуострове Камчатка. Мощность толщ колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров, температура близка к 0°С. Островная мерзлота свойственна также для горных стран — Саян, Урала и Кавказа, где она встречается главным образом по периферии зон современного оледенения. В районе островной мерзлоты массивы современных мерзлых пород сохраняются в льдистых торфяных и суглинистых породах, в лесных массивах с большим эффектом затенения, на склонах северных и восточных экспозиций.
Бугры пучения приусловлены к следующим природным зонам в России: зона тундры и лесотундры (70%), области высотной поясности и тайга (30%).
В данной работе опишем физико-географические условия зон тундры и лесотунды (в областях высотной поясности также прослеживаются эти зоны).
Зона тундр. Она расположена вдоль побережья морей Северного Ледовитого океана, что связано в основном с климатическими процессами.
Тундра — это зона холода, мощных ветров, высокой облачности, полярной ночи и полярного дня. В тундре короткое и холодное лето, долгая и суровая зима, выпадает мало осадков (около 200-500 мм в год), причем большая их доля приходится на июль и август. Мощные холода в тундре продолжаются от полугода вплоть до восьми-девяти месяцев, температура в азиатской тундре иногда может достигать — 52°С. Сильные ветры сдувают снег, и не защищенная им почва сильно замерзает. Это — одна из причин формирования слоя многолетнемерзлых грунтов. Таяние распространяется летом на глубину до 0,5-1 м. Многолетнемерзлые грунты охлаждают почву, задерживают влагу, способствуют заболачиванию местности (заболочено около 70% ее территории). В прибрежье тундры сформирован молодой равнинный ландшафт, вызванный морскими трансгрессиями и деятельностью рек. Южнее эта равнинность нарушается холмами и грядами ледникового происхождения и останцовыми высотами коренных пород (Канин Камень, горы Таймыра и Чукотского полуострова). В образовании морфоскульптур тундр ведущее значение имеет многолетняя мерзлота. Тут и формируются криогенные формы рельефа. [5]
Тундра — безлесная область с низким и не всегда сплошным растительным покровом. Его основу формируют мхи и лишайники, на фоне котoрых образуются низкорослые цветковые растения — травы, кустарнички и кустарники. У тундровых растений корневая система развивается в пределах небoльшогo деятельнoго слoя. Растения невысоко поднимаются над землей, частo имеют подушкообразные и стелющиеся формы. Кустарники — карликoвая березка и ивы — нередкo возвышаются над снегом, пoэтoму страдают oт механических повреждений от переносимого ветром снега.
1.3. Геологическое строение исследуемых районов
Во второй части работы, как уже говорилось выше, были рассмотрены основные области распространения бугров пучения. Это Юго-Восточный Алтай (области высотной поясности), Европейская часть России (в том числе Кольский полуостров) – зоны тундры и лесотундры и Республика Саха (Якутия) – зоны тундры, лесотундры и тайги. Рассмотрим геологическое строение этих трех выделенных областей.
Европейская часть России, Кольский полуостров. В западной части Кольского полуострова, имеющей расчлененный рельеф, территория достигает наибольших высот. Там расположены отдельные горные массивы с плоскими вершинами, разделенные депрессиями: Хибины и тундры. Их высоты 900—1000 м. Лишь вершины Хибин (г. — 1191м), тундр превышают 1000 м.
Кольского полуострова, геолого-географических представлений о земной поверхн (рельефе) полуострова, ее происхождении, облике, эволюции и тях географического распространения. особенности обусловлены кооперативным многих структурных и признаков. До кайнозоя вклад в рельефа принадлежал процессам, в кайнозое – эрозии, а в ледниковую – оледенениям, в условиях – климатом. геоморфологический облик полуострова характеризуется 2 типами : 1) денудационно-тектоническим, отражающим Г. кристаллического основания (), и 2) аккумулятивным, представляющим мелкие рельефа – «скульптурным на крупных формах» ().
считают, что горы в каледонскую эпоху, но вторичный подъём в и кайнозойскую эры.
Рисунок 3 – Геологическая карта Республики Якутия
Западную часть занимает одно из плоскогорий — Среднесибирское.
На платформе плоскогорья, пластовые и равнины, и; только на ее окраине, в пределах щита, нагорье со сравнительно расчлененным рельефом. складчатая область рельефом, преимущественно на мезозойском основании. Наряду с районами здесь низменности, к жестким срединным или синклинальным структурам. [8]
Ниже показаны бугры пучения на территории Республики Саха в летнее время (рис.6).
Рисунок 6 – Бугры пучения летом
2 Специальная часть
2.1 Виды бугров пучения
представлены (рис.4) пучения на космических за апрель 2017 на территорию Республики (Якутия)
Рисунок 4 – Бугры пучения на космическом снимке
Страницы: 1 2