Процессы криолитозоны

На всей площади распространения многолетнемерзлых пород действуют различные эндогенные и экзогенные процессы. Среди них особое место занимают процессы, которые непосредственно связаны с многолетней мерзлотой, ее возникновением, режимом и исчезновением. Основным фактором, определяющим их развитие, является климат. Климат порождает многолетнюю мерзлоту и вместе с ней «мерзлотные и послемерзлотные», или «криогенные и посткриогенные», процессы.

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 весьма разнообразно.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. Большинство бугров лишь с поверхности сложено торфом, а под ним залегают пылеватые супеси или суглинки. Их объемная льдистость может достигать 40-60% и превышать полную влагоемкость породы в талом состоянии.

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 образование бугров, называемых «булгунняхами» (Якутия) или «пинго» (Канада, Аляска),. Бугры пучения растут со скоростью несколько миллиметров в год, а некоторые — до 0,5 м в год. При разрушении булгунняхов и вытаивании ледяного ядра образуются термокарстовые просадки и озерки.

К числу инъекционных бугров относятся бугры-гидролакколиты, возникающие в местах перемарзания потока напорных подземных вод. Такие бугры образуются вследствие гидродинамического напора движущихся подземных вод. Размеры гидролакколитов 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.

Геологическая деятельность наледей проявляется в изменении рельефа наледной долины и состава отложений этого участка. «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 (первично-песчаных или псевдоморфоз по повторно-жильным льдам).

В лёссовых породах, суглинках и супесях как в области многолетнемерзлых пород, так и далеко вне ее наблюдается распространение жил или клиньев преимущественно из более тонкого по составу материала, образующих тетрагональные системы, аналогичные по своей конфигурации системам подземных жильных льдов. В результате растрескивания (морозобойного или вследствие усыхания) 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.

Скорость движения курумов различна — от сантиметров до десятков сантиметров и даже 1 м в год. Существенная активизация курумов в области распространения многолетнемерзлых толщ наблюдается при сейсмических толчках.

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.

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. Развитию солифлюкции способствует отсутствие растительно-дернового слоя или его разомкнутость. При линейном строительстве на таких солифлюкционных склонах необходимы закрепление поверхностного слоя грунта растительностью и предварительная водно-тепловая мелиорация.

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. При оттаивании в отдельные годы высокольдистых горизонтов мерзлой толщи одновременно со сплывами образуются оползни скольжения. Сплывы и оползни скольжения, часто развивающиеся в бортах карьеров, дорожных выемок и на склонах насыпей, требуют специальных инженерных мероприятий для борьбы с ними.

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.

Развитие термокарста может обусловливаться планетарными изменениями теплообмена, и тогда оно носит широкий региональный характер, или местными изменениями теплового режима пород, которые могут быть связаны с локальными изменениями условий теплообмена и стока поверхностных вод или с производственной деятельностью человека. Часто возникновение термокарста связано с нарушением естественных грунтово-влажностных условий и увеличением глубин сезонного оттаивания в результате прокладки временных или постоянных дорог.

В криолитозоне помимо описанных процессов происходят и другие экзогенные процессы. В их числе можно назвать оползни, сплывы, грязевые потоки, сели, лавины и др.