Геокриологические процессы Центральной Якутии

Содержание.

Введение

Криолитозона - часть криосферы в пределах верхнего слоя земной коры, характеризующаяся в течение всего года или хотя бы короткое время (но не менее суток) отрицательной температурой почв и горных пород и наличием или возможностью существования подземных льдов.

В криолитозоне выделяются слой кратковременного и сезонного промерзания-протаивания (т. н. активный, или деятельный слой) и многолетняя криолитозона («вечная мерзлота»). Нижней границей криолитозоны служит изотермическая поверхность с температурой 0°С.

Зона криолитозоны простирается от берегов морей Северного Ледовитого до южных пределов Средней Сибири. Мерзлота как бы несет далеко на юг, в умеренные широты, полярные условия формирования микрорельефа, роста растений, почвообразования и водного режима. В результате создаются противоречивые условия развития органического мира при холодных грунтах с холодными грунтовыми водами и высокими температурами почв и воздуха летом.

По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на три зоны (Сумгину 1937): сплошная, мерзлота с островами талых грунтов, островная - острова мерзлоты среди талых пород

Каждая из трех зон характеризуется различными мощностями и температурами мерзлотных толщ. При этом внутри зон мощности и температуры изменяются в направлении с севера на юг - мощности уменьшаются, температуры повышаются.

Зона сплошной вечной мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлотных толщь - от 500 и более до 300 м. И самыми низкими температурами- от -10 и ниже до -2 градусов.

Цель работы: рассмотреть геокриологические условия Центральной Якутии

Задачи работы:

Охарактеризовать факторы, влияющие на криолитозону Центральной Якутии.

Рассмотреть криогенные формы рельефа.

I. Факторы, влияющие на криолитозону Центральной Якутии

1.1. Климат

Климат резкоконтинентален и засушлив, что определяется географическим положением и своеобразмем атмосферных процессов. Отличительная черта климата - выраженный антициклональный режим погоды зимой и частые вторжения воздушных масс со стороны Северного Ледовитого океана с очень малым содержанием водяного пара летом. Зима продолжительная, холодная и малоснежная, а лето короткое, на большей части территории засушливое с относительно высокими температурами.

Солнечное тепло, поступающее на земную поверхность, является одним из основных климатообразующих факторов. В свою очередь оно в значительной степени зависит от атмосферных процессов и особенностей подстилающей поверхности. По сравнению с районами, лежащими на той же широте в Европейской части России и Западной Сибири, ресурсы солнечной энергии в Центральной Якутии оказываются больше. Это связано с соответствующими циркуляционными условиями, определяющими значительную повторяемость антициклональной погоды с малой облачностью и высокой прозрачностью атмосферы).

Характеристика резкоконтинентального климатического пояса:

1) Поступление прямой солнечной радиации.

Зимой поступление прямой солнечной радиации составляет 14% на севере и 33% на юге. Наиболее благоприятными для поступления прямой солнечной радиации являются март и апрель, в эти месяцы ее приход составляет от 44 до 67% возможного. Минимальный приток радиации отмечается в декабре. Для годового хода характерно резкое увеличение притока радиации с февраля к марту. Это обусловлено как увеличением высоты солнца и продолжительности дня, так и наименьшей облачностью и высокой прозрачностью атмосферы.

2) Циркуляция атмосферы по сезонам года.

Циркуляционные процессы атмосферы над территорией Центральной Якутии определяются общей циркуляцией атмосферы Земли, но большое влияние оказывают и местные физико-географические условия.

Зимой над Азией воздух сильно выхолаживается, здесь формируется антициклональная область повышенного давления с замкнутой циркуляцией по часовой стрелке. Основным фактором, определяющим характер климата холодного периода Центральной Якутии, является отрог азиатского антициклона, почти полностью заполняющий территорию республики в это время.

В юго-восточной части и в центральных районах Якутии значительное потепление зимнее время вызывается выносом теплого влажного воздуха из районов Охотского моря в северо-западном направлении. Потепление чаще всего сопровождается снегопадами, отрог азиатского антициклона ослабляется.

При переходе к весне резко увеличивается западно-восточный перенос, циклоны смещаются с запада на восток; вынос тепла с востока встречается все реже, появляются случаи выхода циклонов с юга, приносящих значительные осадки, и с Западно-Сибирской низменности. Летом на территории Центральной Якутии устанавливается размытое барическое поле без ярко выраженной циклоничности или антициклоничности. Влияние центров сказывается то в развитии гребня высокого давления со стороны Охотского моря, то в распространении антициклона с севера (последний несет похолодание до заморозков), то в выходе циклонов с запада, несущих основную массу осадков. Значительные осадки приносят встречающиеся реже южные циклоны.

Осенью серии циклонов с запада все чаще заменяются антициклоном, формирующимся в холодном воздухе в тылу последнего циклона. Антициклон приносит значительное похолодание. Выход циклонов с юго-запада и юга встречается все реже, зато все более и более сказывается влияние отрога вновь формирующегося азиатского антициклона.

3) Господствующие ветры.

Зимой распределение давления способствует развитию на территории южных, юго-западных и западных ветров, направленных в сторону полярного бассейна. Зимний ветровой режим сохраняется с сентября по март. Преобладают северные, северо-восточные и западные ветры, а в юго-восточной части - южные. Летнее распределение направлений ветра продолжается с мая по август. В переходные сезоны, к которым относятся сентябрь и апрель, зимнее распределение направлений ветра сочетается с летним.

В условиях равнинно - холмистой поверхности Центральной Якутии направление ветра у земли зависит от речных и горных долин, вызывающих деформацию воздушного потока под влиянием рельефа.

В зимний сезон Центральная Якутия с характерным для нее антициклональным режимом отличается небольшими скоростями ветра. Особенно малые значения скорости ветра (в среднем не больше 1-2 м/сек) наблюдаются в Центральной Якутии. Увеличение числа дней с сильным ветром отмечается также на вершинах холмов, перевалах и в долинах рек, ориентированных направлении преобладающих ветров.

4) Распределение температуры воздуха.

На большей территории Центральной Якутии наиболее низкие температуры наблюдаются в январе. С ноября по февраль самые низкие температуры отмечаются в области отрога азиатского антициклона. Слабое перемешивание воздуха, а следовательно - слабый вертикальный теплообмен, поэтому здесь возникают мощные приземные инверсии (повышение температуры воздуха с высотой), которые усиливаются в горных и холмистых районах. Наиболее низкие значения температуры наблюдаются во впадинах, котловинах, в узких долинах и других понижениях с затрудненным стоком холодного воздуха. В центральных районах минимальные температуры могут понижаться до -61°С-66°С.

В теплый период года отличительной чертой температурного режима является быстрое нарастание средних суточных температур весной и быстрое их падение осенью. Самый теплый месяц - июль. С мая по август наиболее высокие температуры бывают в Центральной Якутии. Средняя температура июля в центральных на сравнительно равнинных низменных местах около +17°С - +19°С. На большей части в низменных местах наивысшие температуры могут достигать +34°С - +38°С. В связи с очень низкими температурами зимой и сравнительно высокими летом, выявляется одна из характерных особенностей -термического режима Центральной Якутии - большие годовые амплитуды температур, достигающие рекордных значений, которое подтверждают континентальность климата.

5) Длительность безморозного периода.

Длительность безморозного периода, благодаря сложности рельефа и расположению континентальности территории Центральной Якутии очень разнообразная. Наибольшая длительность (95 дней) наблюдается в долине среднего течения реки Лена. Для летнего сезона характерны частые вторжения холодных масс воздуха с севера с малым содержанием водяного пара и большой прозрачностью. При таких вторжениях в сочетании с условиями, благоприятными для застоя холодного воздуха, при ясной погоде в отдельные годы почти по всей территории Центральной Якутии возможны местами заморозки в течение лета.

6) Влажность воздуха.

На всей территории Центральной Якутии наиболее высокая относительная влажность воздуха наблюдается зимой, наименьшая - в начале лета.

Число дней с относительной влажностью воздуха, равной 30% и ниже от 30 до 40 дней в центральных районах.

7) Осадки.

На территории Центральной Якутии количество выпадающих осадков и их распределение как во времени, так и в пространстве стоит в тесной связи с географическим положением и атмосферными процессами.

Благодаря резко выраженному антициклональному режиму погоды в холодный период зима на территории Центральной Якутии сухая и малоснежная.

Наблюдаемая пятнистость в распределении осадков на связана со сложным устройством поверхности. Как правило, на возвышенных местах осадки увеличиваются, а в пониженных местах уменьшаются. Влияние наветренных склонов распространяется и на прилегающую равнину, поэтому увеличение осадков иногда начинается еще до подъема местности. С подветренной стороны возвышенностей и горных хребтов наблюдается, наоборот, уменьшение количества выпадающих осадков - возникает так называемая «дождевая тень». В районах крупных водоемов и речных долин количество осадков также уменьшается.

Годовой ход повсеместно характеризуется резко выраженным летним максимумом осадков и сухой зимой. Из годового количества выпадающих осадков на холодный период (ноябрь-март) приходится примерно 20-25%, а на теплый (апрель-октябрь) 75-80% годовой суммы. В холодный период количество осадков колеблется в пределах 25-60 миллиметров. В теплый период осадки распределяются от 160 до 250 миллиметров на пониженных равнинных местах, в том числе и в центральных районах Якутии. В отдельные годы, как минимум, так и максимум осадков могут быть сдвинуты на другие месяцы. По наблюдениям за 75 лет в Якутске максимум осадков приходится: на июнь - 21%, на июль - 44%, на август - 29%.

2.1. Почвы зоны криолитозоны

В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мерзлым слоем, который является водоупором, вследствие коагуляции органических веществ может происходить накопление гумуса, так называемая надмерзлотная регенерация гумуса, надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Образование слоев льда (шлиров) в почве приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою. Наличием мерзлого слоя вызван целый ряд механических изменений в почвенном профиле, таких, как криотурбация - перемешивание почвенной массы под влиянием разницы температур, солифлюкция - сползание насыщенной водой почвенной массы со склонов по мерзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр мелкобугорковый рельеф пучения, а также образование пятнистых тундр.

Под действием мороза происходит криогенное оструктуривание почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность. Мерзлотной коагуляцией коллоидов обусловлено ожелезнение таежных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв, рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы и скелета почвы.

Основа почв Центральной Якутии сложена главным образом кембрийскими и юрскими песчано-глинистыми, известняковыми и песчано-глинистыми, известняковыми и песчаниковыми отложениями платформенного типа. Третичные песчано-глинистые отложения миоцена или плиоцена встречаются эпизодически.

Четвертичные отложения представлены аллювием разных фаций, от русловой песчано-галечной до пойменной-суглинистой и глинистой с растительными осадками и полигонально-жильным льдом. Аллювий слагает как древние террасы, обычно с цоколем из дочетвертичных пород, превышающие современный уровень Лены на 120 метров и более и имеющие несомненно плейстоценовый возраст, так и более низкие, позднеплейстоценовые и голоценовые, вплоть до современной поймы.

Кроме того, имеются маломощные делювиальные суглинистые отложения на склонах и маломощные иловатые аласные вторичные образования, т.е. пойменный аллювий, переотложенный в следствие термокарста. Торфянистые болотные отложения очень маломощны и весьма ограничены в своем распространении.

Весь район характеризуется суровым, резко континентальным климатом с очень суровой малоснежной зимой, вследствие чего распространение криолитозоны повсеместное (кроме подрусловых полос и днищ глубоких озер), мощность вечномерзлых толщ превышает 250-300 метров, температура в пределах от -2є до -6є. В вечномерзлом состоянии находятся все типы отложений. Все они весьма плотны вследствие низкой температуры.

Наиболее характерным является присутствие широко распространенного мощного, до 20 метров и более, полигонально-жильного льда в суглинках пойменной фации в составе всех террас, за исключением первой надпойменной и современной поймы.

Мощность сингенетического полигонально-жильного льда соответствует мощности пойменного аллювия. Криогенная текстура пойменного суглинка является или массивной, или мелкослоистой и мелкосетчатой (сингенетический тип).

Делювиальные, аласные и озерно-болотные отложения также характеризуются криогенной текстурой сингенетического типа. Иногда озерно-болотные, а отчасти аласные отложения характеризуются разреживающейся льдистой решеткой эпигенетического типа. Обычны ледяные ядра в многолетних (бугуняхи) и сезонных буграх пучения, чаще всего приуроченных к аласам.

Возраст вечномерзлых толщ наиболее высоких террас равнины -плейстоценовый, более низких террас - средне- и верхнеплейстоценовый и самой низкой надпойменной террасы и современной поймы - гоглоценовый. Присутствие полигонально-жильного льда, синхронного террасовым осадкам, позволяет считать возраст вечной мерзлоты Центральной Якутии достаточно древним - раннеплейстоценовым. Чем моложе терраса, тем моложе криолитозона.

Верхний почвенный слой многолетней мерзлоты, оттаивающий лишь в короткий летний период на глубину от 0,2 м на севере до 2,5 м на юге, называется деятельным слоем. Этот тонкий слой почвогрунтов, зимой смыкающийся с мерзлотой, за время короткого лета становится действительно деятельной средой многих жизненных процессов, которые протекают весьма бурно и активно. И несмотря на холод и наличие мощных толщ мерзлых пород, в Центральной Якутии широко распространены леса, зреют поля пшеницы, растут картофель, овощи.

II. Криогенные формы рельефа

Криогенный рельеф - комплекс форм рельефа, характерный для областей развития многолетнемерзлых пород. Криогенный рельеф Центральной Якутии генетически связан с процессами:

- морозобойного растрескивания (полигональный рельеф);

- пучения (бугры и площади пучения);

- криогенного выветривания (нивальные формы);

- сортировки материала (структурные грунты);

- термокарста (котловины, озера др.).

Рассмотрим некоторые характеристики и формы образования криогенных форм рельефа Центральной Якутии.

1. Морозобойные трещины.

Если снега мало или его вообще сдуло ветром, температура мерзлой породы понижается очень сильно, заметно уменьшается ее объем и образуются морозобойные трещины, уходящие вниз в несколько раз глубже, чем мерзлая порода может оттаять летом. Весной эти трещины заполняются водой, осенью вода замерзает и расширяет трещины, в которых постепенно образуются ледяные клинья, причем сами эти клинья с поверхности не видны. Но грунт, постепенно накапливающийся на таких клиньях, имеет совершенно другой режим увлажнения, чем между ними, поэтому полосы вдоль трещин хорошо выделяются по растительности и потому хорошо видны на аэрофотоснимках (рис. 51). Многоугольники (полигоны), ограниченные трещинами, имеют в поперечнике от одного двух десятков до нескольких сотен метров. В зависимости от состава грунтов, температурного режима полосы вдоль морозобойных трещин могут возвышаться над уровнем полигонов или быть ниже

2. Пучения (бугры и площади пучения).

Наиболее распространенный тип деформации мерзлых грунтов - пучение, связанное с увеличением объема воды при замерзании. Возникающие при этом положительные формы рельефа называются буграми пучения, высота их обычно не более 2 м.

Летом верхний слой многолетней мерзлоты оттаивает. Лежащая ниже мерзлота мешает талой воде просачиваться вниз, вода, если не находит стока в реку или озеро, остается на месте до осени, когда снова замерзает. Весной оттаивание шло сверху вниз, как результат выравнивания температур уже прогретого воздуха и еще холодного грунта; осенью изменение температур также быстрее происходит в воздухе и промерзание идет тоже сверху вниз. В результате талая вода оказывется между водонепроницаемым слоем постоянной мерзлоты снизу и постепенно нарастающим сверху вниз слоем новой, сезонной мерзлоты. Лед занимает больший объем, чем вода. Вода может не прорвать почвенный покров, а только приподнять, растекшись под ним. Замерзнув затем, она образует ледяное ядро бугра, постепенно нарастая, такой бугор может достигнуть высоты 70 м при диаметре до 200 м. Такую форму рельеф называют булгуннях. Они могут достигать высоты 30–60 метров при поперечнике 100–250 метров

3. Курумообразование.

Представляет собой сложный процесс криогенного выветривания крупнообломочного материала и его транспортировки вниз по склону. Суточные и сезонные колебания температуры приводят к циклическому расширению и сокращению обломков пород и пульсационному смещению их вниз по склону. Скорость транспортировки материала составляет обычно несколько сантиметров в год. На увлажнённых склонах материал движется в 3–4 раза быстрее, чем на сухих. Размеры курумов различны, площадь их может исчисляться многими квадратными километрами.

4. Термокарс.

Процессы рельефообразования, вызванные местным протаиванием многолетней мерзлоты, и все созданные ими формы называются термическим карстом, или (чаще) термокарстом (греч. therme - тепло). В областях распространения термокарста много округлых по форме западин, в них обычно располагаются озера, так как увлажнение избыточное, а лежащая ниже многолетняя мерзлота водонепроницаема. Термокарстовые озера отличаются от карстовых более правильной формой и меньшей глубиной.

Термокарстовый процесс - процесс неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда. В результате сформировались мерзлотные формы рельефа – аласы, быллары, булгунняхи, байджарахи. 

В равнинных частях центральной Якутии часто встречаются аласы - плоскодонные термокарстовые котловины от десятков метров до нескольких километров в диаметре и глубиной до 15 - 30 м. Часто аласы заняты озерами, болотами, лугами, иногда они представляют собой котловины спущенных или заросших термокарстовых озер.

Байджарах (бадьарах) – бугристый рельеф, возникающий в результате термокарстовых процессов. Быллар - таяние большого количества жильных льдов, этап формирования озера. От вытаивания подземного льда возникает плоское блюдцеобразное понижение – просадок (быллар), который соответственно размеру подземного льда увеличивается и, заполняясь водой, превращается в термокарстовое озеро. Если озеро небольшого размера, то оно называется тымпы. Булгуннях (булгунньах) – от замерзания проникающей из сезонно-талого слоя воды происходит поднятие верхнего слоя грунтов - выпучивание. Это самая распространенная форма рельефа в районе. Дюедя (дьуэдэ) - лесное термокарстовое озеро, образующееся в результате протаивания мерзлоты. Это естественный, но преобладает антропогенный процесс. Она образуется в местах вырубок леса, на лесных делянах. Этот процесс очень динамичный и протекает за очень короткий срок времени. В районе таких озер много.

Заключение

Выводы по работе «Геокриологические условия Центральной Якутии»:

1. Криолитозона - часть криосферы в пределах верхнего слоя земной коры, характеризующаяся в течение всего года или хотя бы короткое время (но не менее суток) отрицательной температурой почв и горных пород и наличием или возможностью существования подземных льдов.

2. К факторам, влияющим на криолитозону являются:

а) климат - резкоконтинентален и засушлив, что определяется географическим положением и своеобразием атмосферных процессов. Отличительная черта климата - выраженный антициклональный режим погоды зимой и частые вторжения воздушных масс со стороны Северного Ледовитого океана с очень малым содержанием водяного пара летом. Зима продолжительная, холодная и малоснежная, а лето короткое, на большей части территории засушливое с относительно высокими температурами.

б) почвы зоны криолитозоны

В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Под действием мороза происходит криогенное оструктуривание почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность.

2. Криогенный рельеф Центральной Якутии генетически связан с процессами: морозобойного растрескивания (полигональный рельеф), пучения (бугры и площади пучения), криогенного выветривания (нивальные формы), сортировки материала (структурные грунты). термокарста (котловины, озера др.).

4. Криогенные формы рельефа Центральной Якутии: морозобойные трещины, морозобойные многоугольники (полигоны), пучения (бугры и площади пучения), курумы, термокарс (аласы, быллары, булгунняхи, байджарахи, тымпы, дюедя)

Литература

Атлас Республика Саха (Якутия). - Якутск - Москва: Роскартография, 2000. - 64 с.

Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. – М.: Наука, 1999. – 123 с.

Жирков И.И., Жирков К.И., Максимов Г.И., Кривошапкина О.М. География Якутии. – Якутск: Бичик, 2004. - 302 с.

Конищев В.Н. Вечная мерзлота. – М.: Наука, 1990. – 86 с.

Котляков В.М.  Гляциологический словарь. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 527 с.

Павлов А.В., Гравис Г.Ф.. Вечная мерзлота и современный климат. – М.: Академия, 2006.

Сивцева А.И., Мостахов С.Е., Дмитриева З.М. География Якутской АССР. – Якутск: Якутское книжное издательство,1990. – 166 с.

Сумгин М. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. - Владивосток, 1927.

Якутия удивительная и загадочная - Якутск: Бичик, 2009. – 201 с.

.

16