Многолетняя мерзлота

 Выделяются два рода  морозобойного растрескивания: на  границе промерзания и в мёрзлой  породе. Наиболее изучено морозобойное  растрескивание второго рода, что  позволяет прогнозировать это  явление как в естественных  условиях, так и в условиях, нарушенных  хозяйственной деятельностью. 

 Морозобойное растрескивание  развито практически повсеместно  в районах с глубоким сезонным  промерзанием пород и особенно  в области распространения вечномёрзлых  пород (в Криолитозоне). Особенно  интенсивно морозобойное растрескивание  проявляется в условиях континентального  климата. В зависимости от температурного  режима верхних горизонтов пород  выделяются три основных типа  морозобойного растрескивания: южный,  или высокотемпературный; переходный, или умеренно-холодный; северный, или  низкотемпературный. Южный тип развит  в районах только с сезонным  промерзанием и в районах распространения  островной криолитозоны (трещины  возникают и развиваются только  в пределах сезонно-мёрзлого слоя). Северный тип выделяется для  районов сплошной криолитозоны (трещины  возникают и развиваются в  целом мёрзлом массиве после  полного промерзания сезонно-талого  слоя), переходный тип — преимущественно  для районов прерывистого распространения  криолитозоны (трещины возникают  в пределах сезонно-талого слоя  в процессе его промерзания,  но растут вглубь и после  смыкания сезонного промерзания  с верхней границей вечномёрзлых  пород). В результате динамики  температурного режима и сезонного  оттаивания-промерзания один тип  может переходить в другой. Сильное  влияние на динамику температурного  режима пород оказывает нарушение  естественных условий (разрушение  почв, растительности, уплотнение и  снятие снежного покрова). В нарушенных  условиях морозобойное растрескивание  усиливается. Если после образования  первичной системы трещин, образующей блоки-полигоны, температура грунта продолжает понижаться, то в центрах полигонов могут образоваться новые трещины второй, третьей и т.д. генераций. В условиях современного климата глубина криогенных трещин от 1 до 12 м, расстояние между ними (ширина полигонов) от 3 до 40 м, ширина раскрытия поверху от 0,2 до 5 см [18].

 Морозобойное растрескивание  оказывает влияние на ведение  горных работ в условиях Севера. Морозобойное растрескивание с  поверхности учитывают при расчётах  устойчивости кровли подземных  выработок неглубокого заложения.  Возникает в стенках и кровле самих подземных выработок при проветривании их в зимнее время. При открытом способе разработки морозобойное растрескивание пород снижает устойчивость бортов карьеров.

 Если по какой-либо  причине (потепление климата,  деятельность человека) глубина  сезонного оттаивания достигает  сильнольдистых грунтов или подземных  льдов, то они тоже начинают  оттаивать. Появляется вода, которая,  нагреваясь на солнце, повышает  температуру находящихся под  ней пород, и они продолжают  оттаивать дальше. Причём эти  породы постепенно уплотняются  за счёт вытаявшего льда. Так  образуются термокарстовые озёра.  При определённых условиях под  таким озером может протаять  вся толща мёрзлых пород насквозь [14].

2.1.3 Наледи

 С водой в криолитозоне  связаны такие явления, как  наледи. Наледями называются ледяные  наплывы, образующиеся в результате  замерзания излившихся на поверхность  подземных речных или озёрных  вод. Зимой при промерзании  верхней части водоносных пород  в них возникает всё нарастающее  гидростатическое давление (давление  воды). Это происходит потому, что  вода, превращаясь в лёд, увеличивается  в объёме, сдавливая ещё не  замёрзшую воду, и одновременно  перекрывает ей все выходы  на поверхность. Между тем вода, находящаяся подо льдом, сопротивляется  ему, стремясь вырваться наружу, давит на ледяную корку промёрзшего  грунта, пока наконец не прорвёт  её и не выплеснется из своего  заточения. Но, оказавшись на воле, вода быстро замерзает и покрывает  льдом только что проделанное ею самой отверстие. И всё начинается сначала. Количество таких циклов может достигать нескольких десятков за зиму. Толщина наледей порой достигает 7—10 м, а площадь — нескольких десятков квадратных километров [9].

По времени существования  выделяются однолетние и многолетние (не протаивающие полностью в летний сезон) наледи. Источником воды чаще всего  бывают подземные (грунтовые и трещинные) воды, поэтому наледи тяготеют к  активным тектоническим структурам и наиболее типичны для горных систем юга и востока Сибири. Наледи изменяются от очень мелких (площадь  до одной тыс. м², объём до одной тыс. м³) до гигантских (площадь более одного млн. м², объём льда более 22 млн. м³). Крупные наледи встречаются в бассейнах Яны, Индигирки, на притоках Лены. В Якутии их называют тарынами. Самый большой тарын возникает на р. Мома, правом притоке Индигирки, эта наледь протягивается по долине огромным языком (3,5 км в ширину и 40 км в длину). Мощность её 3–8 м, а площадь более 100 квадратных километров

Кроме наледей в мёрзлых  породах широкое распространение  имеют подземные жильные и  пластовые льды. Толщина таких  пластовых льдов достигает 25—30 м  и более, а протяжённость —  нескольких сотен метров [20].

2.1.4 Склоновые процессы в областях развития многолетней мерзлоты

К склоновым процессам  в областях развития многолетней  мерзлоты относятся два типа:

- солифлюкция (лат. «солюм»  — почва, грунт и «флюксус»  - течь);

- курумы (каменные потоки).

Под солифлюкцией понимается медленное течение по склонам рыхлых сильно переувлажненных дисперсных отложений. При сезонном протаивании льдонасыщенных дисперсных грунтов сезонно-талого слоя они сильно переувлажняются талыми и дождевыми водами, утрачивают структурные связи, переходят в вязкопластическое состояние и медленно перемещаются вниз по склону. Таким путем образуются натечные формы в виде языков, или солифлюкционных террас [11].

Процесс солифлюкции, развивающийся  на склонах сопок, холмов и оврагов, представляет собой серьёзную опасность. Верхний слой вечной мерзлоты оттаивает  летом на сравнительно небольшую  глубину. Периодически он сильно переувлажняется  талыми и дождевыми водами, которые  не могут проникнуть на глубину сквозь мёрзлые породы. В результате верхний  талый слой ещё сильнее намокает, увеличивается его вес, и он начинает сползать вниз по склону. Причём это  происходит даже на скатах с уклоном  всего 3—10°. Обычная скорость течения  грунта по склону составляет 2—10 см в  год. Однако иногда при обильных дождях или интенсивном таянии скорость такого оползня достигает нескольких метров в минуту. Известны случаи, когда  солифлюкционные сплывы разрушали  палаточные лагеря геологов на полуострове  Ямал [10].

Курумы представляют каменные подвижные россыпи в горах и плоскогорьях Восточной Сибири и других районов, где близко к поверхности подходят скальные породы. Образование обломочного материала курумов связано с морозным выветриванием при периодическом сезонном промерзании и оттаивании и с другими процессами.

Курумы местами образуют сплошные каменные поля (размерами  от первых сотен квадратных метров до нескольких десятков квадратных километров). Местами они являются истоками курумных (каменных) потоков, движущихся по склонам, часто по днищам небольших логов  и ложбин. Такие линейные курумы, по данным Е.Н. Оспенникова, Н.И. Труш, протягиваются  местами на расстояния до 1 - 1,5 км и  более. Движение курумов по склонам  связывают с гольцовым льдом, который образуется при замерзании воды, проникающей в пустоты. Кроме  того, в основании каменных курумов  может находиться тонкий супесчано-суглинистый  материал, переувлажняющийся при  подтаивании гольцового льда и движущей вниз.

 Криогенные оползни и солифлюкция распространены преимущественно в Северной Субарктике [8].

2.1.5 Формирование полигональных форм на поверхности

Развитие всех видов полигонально-жильных структур сопровождается формированием специфического полигонального микрорельефа, различающегося по форме в зависимости от типов  структур и стадий их развития. Этот микрорельеф характерен как для  территорий современного распространения  мерзлых пород, так и былого их существования. Полигонально-жильные  структуры в отложениях являются важным и высокоинформативным показателем  природной, особенно геокриологической, обстановки времени их формирования. Отсюда их большое значение для палеогеографических  реконструкций, особенно для верхнего кайнозоя.

В криолитозоне развиты также  мелкополигональные структурные формы, связанные с растрескиванием грунта на мелкие полигоны, неравномерным промерзанием сезонно-талого слоя и развитием в закрытых системах напряжений, а часто и разрывов. Среди таких мелко-полигональных структур можно назвать пятна-медальоны в дисперсных грунтах. При промерзании сверху и по трещинам внутри полигона создается гидростатическое давление, происходит прорыв разжиженного грунта верхней мерзлотной корки и растекание по поверхности. Вторым типом полигонально-структурных форм являются каменные кольца и многоугольники. Это происходит в неоднородных по составу рыхлых породах, содержащих включения каменных обломков (щебня, гальки, валунов). В результате многократного промерзания и протаивания происходит «вымораживание» из породы крупного обломочного материала на поверхность и его перемещение в сторону пониженных трещинных зон, с образованием каменных бордюров. Процесс вымораживания крупного обломочного материала на поверхность подтверждается и строительной практикой в условиях развития многолетней мерзлоты. Хорошо известны случаи строительства некоторых сооружений на сваях, установленных в сезонно-талом слое. Со временем происходило «вымораживание» свай, что, естественно, вызывало деформации сооружений [16].

2.1.6 Термокарст

Одним из наиболее известных  и изученных примеров деградации мерзлоты является термокарст, или термический карст. Такое название получил процесс вытаивания подземных льдов, сопровождающийся просадками поверхности земли, образованием западин, неглубоких термокарстовых озер, под которыми могут возникнуть подозерные талики (вследствие отепляющего воздействия воды озер). Термокарстовые процессы бывают связаны или с потеплением климата, или с нарушением существующих естественных условий (рытье каналов, вырубка леса и др.) [9].

Формы термокарстового рельефа различны (от мелких западин до крупных котловин), что зависит от того, какие типы подземных льдов и льдистых отложений подвергаются оттаиванию.

Так, например, термокарст по отложениям с мощными повторно-жильными льдами, по данным В.А. Кудрявцева, приводит к образованию достаточно глубоких (от 3 - 6 до 10 - 20 м) термокарстовых озер, при миграции или осушении их образуются опасные котловины, разделенные буграми останков пород, которые вмещали вытаявшие ледяные жилы. Такие остаточные бугры называют байджерахами. Другими примерами деградации мерзлоты являются термоабразия на берегах озер и морей и термоэрозия движущимися водами и отепляющим их воздействием [19].

Наиболее распространены заболоченные западины и термокарстовые озёра глубиной от 0,5 до 20 м. На повышениях и склонах привытаивании крупных  ледяных жил формируется бугристо-западинный рельеф.

Много споров вызывает вопрос о происхождении многочисленных, порой очень крупных озёрно-термокарстовых заболоченных котловин, называемых в  Якутии аласами, а в Западной Сибири – хасыреями. Их считают термокарстовыми  образованиями, связанными с уменьшением  акватории или осушением термокарстовых озёр в результате дренирования их речной сетью. Термокарстовые формы  рельефа широко распространены на северных приморских низменностях. С удалением  на юг признаки современного развития процесса постепенно затухают. За пределами криолитозоны встречаются лишь реликтовые термокарстовые формы рельефа, свидетельствующие о гораздо более активном развитии процесса в прошлом.

Процесс разрушения берегов, сложенных мёрзлыми породами, под  воздействием механической энергии  волн и тепла воды называется термоабразией. Берега, сложенные льдистыми мёрзлыми породами или породами, содержащими  крупные залежи подземных льдов, разрушаются намного быстрее  талых берегов. Скорость их отступания нередко достигает нескольких метров в год. Наибольшая интенсивность  термоабразии фиксируется на берегах  морей и крупных озёр крайнего Северо-Востока России [20].

2.1.7 Криогенное выветривание

Криогенное выветривание — это процесс, имеющий повсеместное распространение в субаэральной криолитозоне, а также в зоне с  постоянным промерзанием пород. Основной особенностью криогенного выветривания является связь с фазовыми превращениями  воды в породе, которые обусловливают  проявление криогидратациоиного механизма  разрушения первичных горных пород  и минералов, который подробно рассмотрен В. II. Конищевым. B криогенном выветривании преобладает физическое разрушение пород, процессы химического выветривания ослаблены, хотя и проявляются повсеместно [4].

По региональным особенностям различается криогенное выветривание массивов скальных пород с жесткими связями и дисперсных отложений различного состава, а также выветривание в различных геоморфологических условиях.