Криогенные процессы и их проявления

Основным фактором, определяющим развитие криогенных и посткриогенных (мерзлотных и послемерзлотных) процессов, является климат. Климат порождает многолетнюю мерзлоту и вместе с ней эти процессы. 1).Процессы пучения промерзающих дисперсных пород связаны с образованием льда при замерзании содержащейся в породе воды или вследствие замерзания новых объемов воды, мигрирующих извне в рассматриваемый объем породы и к фронту промерзания. Проявление их разнообразно.В результате процессов выпучивания наблюдается выталкивание столбов линий электропередач, деформирование фундаментов и зданий, труб газо- и нефтепроводов и др. Процессы пучения могут приводить к образованию так называемых бугров пучения. Образование бугров пучения связано с процессами миграции воды при промерзании и накоплении льда в отдельных локальных участках. Особенно часто бугры пучения возникают под торфом. Известно, что торф содержит большое количество влаги. На территории Западной Сибири влажность суглинка под торфяником достигает 35-80%, а за его пределами не превышает 15-20%. Поэтому теплопроводность мерзлого торфа значительно выше талого, вследствие чего он сильнее охлаждается зимой, чем нагревается летом. Бугры миграционного пучения обычно достигают высоты 1,5-2 м и редко 4-8 м. Значительно большего размера (8-12 м и более) бугры пучения достигают тогда, когда они образуются в результате промерзания водоема, находящегося в многолетнемерзлой толще и имеющего относительно неглубокую чашу протаивания. В этом случае образуются бугры, называемые «булгунняхами» (Якутия) или «пинго» (Канада, Аляска). К числу инъекционных бугров относятся бугры-гидролакколиты, возникающие в местах перемерзания потока напорных подземных вод. Такие бугры образуются вследствие гидродинамического напора движущихся подземных вод. Их размеры редко превышают 1-1,5 м, в силу чего они быстро разрушаются и возникают на новом месте. Пучины, появляющиеся иногда на дорогах и аэродромах, представляют собой образования, аналогичные буграм миграционного происхождения; они возникают и в районах глубокого сезонного промерзания. Все виды пучения могут быть причиной повреждения сооружений. Деформация зданий проявляется как в период пучения грунтов, так и при их оттаивании вследствие неравномерной осадки. Наледи образуются при послойном замерзании воды на поверхности в результате многократного излияния вод при промерзании русла или подземных источников. Механизм их образования сходен с механизмом возникновения гидролакколитов. При образовании льда и промерзании мелких мест русла до дна, когда лед местами сливается с многолетнемерзлыми подрусловыми отложениями, гидродинамический напор потока повышается, вследствие чего воды прорывают мерзлую кровлю и растекаются по поверхности, замерзая слоем различной толщины. Известны гигантские многолетние наледи площадью в десятки квадратных километров и мощностью до 5 м. «Наледные поляны» в долинах рек обычно представляют плоские расширения днища, в пределах которых формируются преимущественно крупнообломочные отложения («наледный аллювий»): крупный песок, гравий, галька и валуны. Образование наледи может нанести существенный ущерб инженерным сооружениям. Вырвавшиеся потоки воды могут вызвать катастрофические «разливы» рек при 40-градусных морозах; эти потоки способны снести мостовые переходы и другие сооружения, попадающиеся на их пути. Наледи затрудняют инженерно-хозяйственное освоение территории, поэтому с ними ведется борьба различными путями (взрывами, искусственным протаиванием льда, применением дренажа и др.). В районах развития многолетнемерзлых пород широкое развитие имеют «полигонально-жильные образования», возникающие на основе морозобойного растрескивания пород. Полигональная форма создается сеткой трещин или канавообразных углублений и связана с полигональной системой жильных льдов или грунтовых жил. В результате растрескивания тонкодисперсных грунтов, слагающих слой сезонного протаивания, возникают такие полигональные формы, как «пятнистые тундры», каменные венки и др. Криогенные склоновые процессы в области распространения многолетнемерзлых пород и глубокого зимнего промерзания отличаются особой спецификой по сравнению с развитием склоновых процессов вне этой области. Разрушение крутых склонов интенсифицируется благодаря криогенному выветриванию. На пологих элементах рельефа происходят выпучивание каменного материала и разрыв растительно-почвенной дернины и, как следствие, поверхностный смыв мелкозема, приводящий к образованию остаточного горного делювия. Широкое развитие на склонах гор имеют скопления подвижного каменного материала. Таковы «каменные реки» и курумы, образование которых происходит под влиянием целого комплекса процессов — выпучивания каменного материала на поверхность, вымывания мелкозема из-под крупнообломочного слоя пород, замерзания воды в образовавшихся пустотах в виде гольцового льда, сползания глыб по поверхности гольцового льда и др. Курумы при своем движении разрушают сооружения и полезные в сельскохозяйственном отношении площади. Удержать многослойную толщу курума, занимающего большую площадь и имеющего выходы грунтовых вод, остановить курум можно, только преградив доступ к нему воды, что является трудной задачей, решать которую пытаются лишь в отдельных наиболее важных случаях. Поэтому при прокладке трасс дорог курумы стараются обойти. 2).Солифлюкция представляет собой медленное течение почв, которые по своему гранулометрическому составу часто представлены пылеватыми разностями; при этом их естественная влажность должна достигать полной влагоемкости, а уклон местности составлять 3-10°. При таких углах склона солифлюкция происходит, когда в результате оттаивания льдонасыщенных дисперсных грунтов последние утрачивают структурные связи и переходят в вязкопластичное состояние. Медленная солифлюкция развивается при наличии мерзлого субстрата, служащего криогенным водоупором и способствующего переувлажнению оттаявшего слоя пород. Скорость движения грунта обычно не превышает нескольких сантиметров в год. Быстрая солифлюкция характерна для достаточно крутых склонов (не менее 10-15°), сложенных пылеватыми супесями и суглинками. Быстрые солифлюкционные сплывы носят катастрофический характер, но развиты обычно локально. Часто причиной их развития являются длительные дожди. 3).Термокарст образуется в связи с вытаиванием подземных льдов. Этот процесс сопровождается проседанием поверхности земли и возникновением отрицательных форм рельефа. Вода, образовавшаяся при вытаивании льдов, выходит на поверхность и, заполняя возникшие понижения, образует термокарстовые озера или, если есть возможность стока, термокарстовые понижения. Для образования и развития термокарста необходимы два основных условия: 1) наличие подземных льдов и 2) глубина сезонного оттаивания пород должна превышать глубину залегания подземных льдов. Вода, образующаяся при таянии льда, приводит к утеплению подстилающих донных отложений и к дальнейшему развитию термокарста.