Оглавление
Введение
Глава 1. Понятие криолитозоны
1.1 Распространение криолитозоны
1.2 Происхождение криолитозоны
1.3 Строение криолитозоны
Глава 2. Подземные воды криолитозоны
Глава 3. Подземные льды криолитозоны
Заключение
Список использованных источников
Введение
Около 65% территорииРоссии занято многолетнемёрзлыми породами (ММП), но они не все одинаковы посвоему строению и характеру распространения. В России ММП сплошногораспространения занимают 53%, прерывистой – 15%, массивно-островной 19% иостровной 13% от общей площади криолитозоны.
Все ресурсы, которыми мысегодня живы, а это 75% полезных ископаемых России, находятся на Севере.Поэтому, в переносном, правда, смысле, они тоже являются “холодными” ресурсами,поскольку мы их добываем в крайне суровых условиях. Это нефть и газ, алмазы,золото, олово, уголь и др.… Горные выработки, пройденные в вечной мерзлоте,просто потрясают своими размерами (Нерюнгринский угольный разрез,карьеры-разработки алмазоносных трубок и т.д.). Мерзлота Центральной Якутииинтересна и археологам. Они выдвинули гипотезу, что первые люди появились насевере — в Якутии, чуть ли ни миллион лет назад. Правда, следует отметить, чтоэта идея оспаривается. Однако рисунки на скалах и находки в виде фигурок,которые относятся к более поздним эпохам, свидетельствуют о том, что древнийчеловек жил и творил в суровых условиях.
В результате освоениясеверных территорий, особенно в Западной Сибири мы воздействуем на многолетниемёрзлые породы. Поэтому необходимо изучать многолетнемёрзлые породы и процессы,которые в них происходят.
Глава 1. Понятиекриолитозоны
На рубеже XVIII и XIX веков в устье р. Лены было найдено хорошосохранившееся тело мамонта. За последние два века таких находок сделано оченьмного. Каким же образом тысячи лет так хорошо сохранялись погибшие животные?Все дело в том, что тела мамонтов находились в замороженном состоянии, т.к.были окружены горными породами, температура которых была ниже 0°С. Такие породысуществуют на земном шаре от 2-4-х лет до многих десятков и даже сотен тысячлет и поэтому их называют “вечной” мерзлотой или многолетнемерзлыми. Территорияна которой распространены многолетнемерзлые породы, носит название криолитозоны(греч. “криос” — холод, “литос” -камень, порода).
Криолитозона состоит измерзлых, морозных и охлажденных пород. Под мерзлыми понимают такие породы,которые содержат в своем составе лед и характеризуются отрицательнымитемпературами. Морозные породы отличаются от мерзлых тем, что в них отсутствуетвода и лед. Такие породы чаще всего представлены магматическими иметаморфическими их разновидностями, а также сухими песками и галечниками.Охлажденные породы также имеют температуру ниже 0°С и насыщеныминерализованными солеными водами -криопэгами (греч. “криос” -холод, “пэги”соленые воды).
1.1 Распространение
Криолитозона широкимкольцом охватывает пространство вокруг Северного Ледовитого океана и занимает вцелом около 25% площади всей суши и 64% территории России. Многолетнемерзлыепороды есть в виде “островов” и в привершинных участках высокогорных хребтов вАльпах, на Кавказе, на Тянь-Шане и Памире, в Гималаях и других местах, занимая,в общей сложности 3 млн. км2.
Крупный ареалвысокогорной мерзлоты (2 млн. км2) охватывает Тянь-Шань, Памир и Гималаи,достигая на юге 27° с.ш. Благодаря суровым зимам в России, практически весьсамый верхний слой земной коры вне криолитозоны промерзает на глубину до первыхметров. Летом он оттаивает, а в зимний период снова оказывается промороженным.
Распространениекриолитозоны таково, что в южных районах она располагается отдельными островамисреди талых пород. Мерзлые породы имеют мощность 10-25 м и залегают в виделинз. Севернее располагается зона не сплошных мерзлых пород мощностью до 100 м,в которой много таликов — участков непромерзших пород. Севернее, обычно,криолитозона занимает все пространство, а ее мощность увеличивается до1000-1500 м.
Мощность “вечноймерзлоты” изменяется в очень широких пределах от первых метров по южной окраинеее распространения, до 1000 м и даже 1500 м.
1.2 Происхождениекриолитозоны
Несомненно, чтовозникновение криолитозоны в Северном полушарии в целом связано снеоднократными оледенениями, охватывавшими в последние 2 млн. лет огромныерайоны. Криолитозона формируется не только в пространстве, но и во времени.Известно, что промерзание верхней части земной коры происходило в геологическойистории не один раз. Но потом, породы, конечно, оттаивали, местами охраняя лишьнеясные следы былого промерзания. В пределах России установлено, что примерно 2млн. лет назад, т.е. в позднем плиоцене криолитозона уже существовала впределах Новосибирских островов, Яно-Индигирской и Колымской низменностях. Но вотдельные моменты последующей геологической истории она исчезала и сновавозникала. Где-то около 650 000 лет назад возникнув, она уже сохранялась, т.к.один за другим следовали ледниковые эпохи. Казалось бы, где были более мощныеледники и где они сохранялись дольше всего, там и следует ожидать максимальныемощности криолитозоны. Однако, картина получается более сложной. Как раз в техместах, где находились ледники, мощность криолитозоны меньше, чем в тех местах,где льда не было. Там, в условиях суровых зим горные породы промерзали набольшую глубину при прочих равных условиях. В реликтовом состоянии «вечнаямерзлота» сейчас находится под дном шельфовых морей северных побережий России,несмотря на спорность существования в их пределах Панарктического ледниковогопокрова. Если шельфы и не покрывались льдом, то в условиях сильного пониженияуровня моря во время последнего оледенения они должны были промерзать набольшую глубину.
Таким образом, областисплошной «вечной мерзлоты» начали возникать еще в позднем плиоцене – 2 млн. летназад, но сплошная криолитозона, уже не исчезавшая впоследствии, образоваласьоколо 650 000 лет назад, т.е. в раннем плейстоцене в пределах севера Сибирскойплатформы. В равнинных участках материков распространение криолитозоны связанос широтной зональностью, т.к. количество солнечной радиации становится меньше ксеверу, понижаются среднегодовые температуры, увеличивается альбедо –отражательная способность поверхности Земли вследствие длительного сохраненияснежного покрова. Снежное поле отражает до 90% солнечной радиации, тогда каквспаханное поле только 7-8%. В горных районах наблюдается высотнаягеокриологическая зональность. Возможно, что в горах Памира и Гималаях мощностькриолитозоны возрастает и до 3000 м
Мощность криолитозонызависит от очень многих факторов: широты местности, ландшафта, рельефа,геологического строения, структуры и теплового потока. Например, на Анабарскомдревнем массиве Сибирской платформы мощность криолитозоны превышает 1000 м,тепловой поток в докембрийских структурах невысокий – 15-25 мВт/м2 и оченьмаленький геотермический градиент. В то же время на более молодой,эпипалеозойской Западно-Сибирской плите свойственен более высокий тепловойпоток – до 50 мВт/м2 и геотермический градиент до 5°С на 100 м. Поэтому на техже широтах мощность криолитозоны в Западной Сибири в 2-3 раза меньше иколеблется от 300 до 400м.
1.3 Строениекриолитозоны
В пределахраспространения криолитозоны кровля многолетнемерзлых пород всегда залегает нанекоторой глубине, которая определяется мощностью слоя, оттаивающего летом.Этот слой называется сезонноталым, он полностью промерзает. В криолитозоне и наталиках зимой образуется сезонномерзлый слой, который подстилается немерзлымиили талыми породами. Летом этот слой полностью оттаивает.
Глубина промерзания илипротаивания имеет важное значение и зависит от количества солнечной радиации,поступающей в данный район летом и зимой. В южных районах Западного Забайкалья,протаивание летом может достигать 4-6 метров, но рядом, в зависимости отрельефа и ландшафта не превышает и 0,5 м. На крайнем севере, например, на ЗемлеФранца-Иосифа летом оттаивает всего 10-20 см грунта. В криолитозоне всегданаходятся участки, где сезонноталый слой не полностью промерзает зимой иучастки, где летом не полностью оттаивает сезонномерзлый слой. Оттаивание породначинается сразу после схода снега и его темп может достигать несколькихдесятков сантиметров в месяц. Даже на небольшой, казалось бы, однородной вклиматическом отношении площади, летнее оттаивание происходит на разную глубинуи с различной скоростью. Все зависит от конкретных геолого-геоморфологическихособенностей, экспозиции склона, залесенности и т.д. Слои сезонного оттаиваниямогут промерзать не только сверху, но и снизу, со стороны многолетнемерзлыхпород. Слой сезонного промерзания и оттаивания чрезвычайно важен длястроительства, т.к. именно его мощностью определяются условия, в которыхзакладываются фундаменты зданий, забиваются сваи и т.д. Поэтому составляютсядетальные карты сезонноталых и сезонномерзлых слоев, в которых происходятфазовые превращения воды, связанные с поглощением или выделением тепла. Слой ссезонными изменениями теплового состояния пород очень быстро реагирует на любоетехногенное вмешательство, при этом могут развиваться негативные процессы,которые потом трудно ликвидировать.
В различных геологическихрайонах строение криолитозоны может отличаться. Местами развиты только мерзлыепороды. В других районах, например, на древних платформах, где осадочный чехолперекрывает метаморфический фундамент, первый представлен мерзлыми, а второйморозными породами.
На побережьях морейЛедовитого океана под мерзлыми породами залегают охлажденные породы скриопэгами и переход между ними постепенный. Верхняя толща мерзлых пород имеетболее молодой возраст, чем более нижняя.
Глава 2. Подземныеводы криолитозоны
Образованиемноголетнемерзлых пород, являющихся водоупорами, сильно изменили условияводообмена атмосферных и подземных вод в криолитозоне. Большая часть пресныхподземных вод в криолитозоне приурочена к таликам. Таликами или талыми зонаминазываются толщи талых горных пород, которые развиты с поверхности земли илипод водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Еслиталики снизу подстилаются мерзлыми породами, то они называются надмерзлотнымиили несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами,как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотнымии внутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограниченными со всехсторон мерзлыми породами. Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлымпородам (криогенным водоупорам) подразделяются на:
1) надмерзлотные;
2) межмерзлотные;
3) внутримерзлотные;
4) подмерзлотные воды.
Надмерзлотные подземныеводы подразделяются на временные воды деятельного слоя и постоянные водынесквозных таликов. Временные воды существуют только летом, и глубина ихзелегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение дляпроцессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород.
Постоянные воды связаны снесквозными таликами над кровлей мерзлых пород и они отвечают за образованиегидролакколитов, бугров пучения, наледей.
Межмерзлотные воды обычнорасполагаются между двумя слоями мерзлых пород, например, между голоценовымверхним и реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамическинеактивны.
Внутримерзлотные воды, очем говорит их название существуют внутри толщи мерзлых пород и находятся взамкнутых объемах, будучи приуроченными к таликам в карстующихся известняках.
Подмерзлотные водыциркулируют вблизи подошвы мерзлой толщи, обладают положительнымитемпературами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными иненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими,т.е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.
Глава 3. Подземныельды криолитозоны
Подземными льдаминазывают все виды льда в мерзлых породах вне зависимости от их образования,размеров и условий залегания. С их формированием связаны многие геокриогенныепроцессы. По данным В.А. Кудрявцева, Н.Н. Романовского и других исследователей,льды, формирующиеся в горных породах, могут быть подразделены на четыреосновные группы:
1. Погребенный лед,образующийся при захоронении снежников и подземных льдов.
2. Повторно-жильный лед,образующийся при неоднократном заполнении водой или снегом морозобойных трещин,захватывающих как деятельный слой, так и ММП. Глубина таких жил различна — от0,5-1 до 30-40 м, а ширина в верхней части до 8-10 м и более.
3. Инъекционный лед,возникающий в результате замерзания подземной воды, внедряющейся под напором втолщу мерзлых дисперсных пород.
4. Конституционный лед,образующийся главным образом при промерзании влажных дисперсных пород. Онподразделяется на: лед-цемент — мелкие кристаллы льда, заполняющие поры инебольшие трещинки во влажных породах при их замерзании, и сегрегационный (лат.«сегрегаре»-отделять), или миграционный лед, образующийся призамерзании воды, мигрирующей к фронту промерзания. В результате образуютсяледяные шлиры (нитевидные включения), небольшие гнезда, линзовидные прослойки.
Образование залежейподземного льда тесно связано с криогенными процессами. Например, с криогеннымрастрескиванием, проявления которого не бросаются в глаза при наземных работах,но хорошо видны в иллюминаторы самолета или вертолета при полетах надлесотундрой и тундрой Сибири. Сверху хорошо видно, что возникает, сетка, такаяже, как бывает в пустыне Сахара с высохшей после ливневых дождей почвой, т.е.почва трескается, и когда высыхает, и когда замерзает. В возникающих трещинахможет происходить формирование полигонально-жильных льдов, достигающих большоймощности. В криосфере на обводненных участках в трещины попадает вода, которая,замерзая, превращается в клинья (жилы), так формируются системыповторно-жильных подземных льдов. При многократных повторениях таких процессовв ледниковый период на обширных пространствах приморских низменностей Северо-Востокажилы росли и сливались в ледовый комплекс, который называют едома. Тогда здесьбыли так называемые мамонтовые степи. Вообще крупные животные паслись на этихстепях. И загадочно вымерли. В местах, где имеются залежи подземных льдов приих вытаивании возникают термокарстовые озера. Так удивляют порой произведениякриосферы, например, в хребте Токинский Становик на юго-востоке Якутии естьозеро в форме сердца, возникшее в результате подпруды горного ручья моренойрастаявшего в троговой долине ледника. Не менее уникальны наледи, которые частоформируются в местах разгрузки подземных вод криолитозоны и сохраняются вселето. Прекрасный Байкал тоже находится в зоне влияния криосферы. Горы, которыеокружают озеро Байкал, сверху сложены мёрзлыми породами, внизу – сезонномёрзлыми. И чистая вода озера во многом обязана этому непрерывно работающемукриогенному реактору. То есть грунтовые воды промерзают, оттаивают и стекают.Талые воды, фильтруясь через тела мощных и многочисленных курумов, стекают вБайкал ежегодно. И так миллионы лет. Поэтому это озеро практически самое чистоев России и содержит 20% мировых запасов пресной воды.
Заключение
Криолитозона занимаетболее половины территории России и как раз в местах, богатых полезнымиископаемыми – нефтью, газом, углем, различными рудами. Освоение этих территорийимеет громадное значение для нашей страны. Области распространениямноголетнемерзлых пород очень чутко реагируют на любые природные илитехногенные вмешательства Высокая льдистость многолетнемерзлых пород итермическое равновесие, готовое сместиться от малейших изменений определяетнеустойчивое поведение многолетнемерзлых пород. Любое повышение температурысразу же повышает глубину сезонного протаивания, лед превращается в воду,которая уходит, грунт уплотняется и проседает. Это явление, называемоетермокарстом, сопровождает строительство, деланное без учета правил,предусмотренных для криолитозоны.
Происходящее изменениеклимата и природной среды под влиянием техногенной деятельности человека ивпоследствии естественных причин, может доставить будущим поколениям немалохлопот в районах распространения многолетнемерзлых пород.
Список использованныхисточников
1. Общее мерзлотоведение(геокриология) / Под ред. В.А. Кудрявцева. — М.: Изд-во МГУ, 1978. 464 с.
2. Павлов А.В. Закономерностиформирования криолитозоны при современных изменениях климата // Известия РАН,серия геогр.,1997, N 4, c. 61-73.
3. Джон Б., Дербишир Э., Янг Г. Зимынашей планеты. — Москва; 1982; 253.
4. Палмер Геология. — Москва; 1984; 485.
5. Гурский Б.Н., Гурский Г.В. Геология.- Москва; 1985; 391.