Вечная мерзлота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Ведение

1. Основные свойства и строение мерзлоты

2. Многолетнемёрзлые породы

3. Криогенные процессы и их воздействие на инфраструктуру

3.1 Мерзлотные (криогенные) процессы и формы рельефа

3.1.1 Морозобойное растрескивание

3.1.2 Морозная сортировка

3.1.3 Пучение и образование наледей

3.1.4 Морозное выветривание

3.2 Особенности строительства в зоне многолетней мерзлоты

Заключение

Список литературы

Ведение

«Вечная мерзлота» (многолетняя криолитозона, многолетняя мерзлота) -- часть криолитозоны, характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле -- 35 млн. кмІ. Распространение -- север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана, Антарктида. Районы многолетней мерзлоты -- верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2--3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0 °C. В зоне многолетней мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, её глубина иногда превышает 1 000 метров.

Актуальность темы: Тема работы является актуальной, так как вечная мерзлота присутствует в нашем мире, и имеет большое значение для человека.

Цель работы: Раскрыть понятие «вечная мерзлота» и ее свойства, влияние на почву и грунтовые воды. Как она влияет на жизнь человека.

1. Основные свойства и строение мерзлоты

Вследствие шарообразности Земли имеет место систематический дефицит тепла в ее приполярных зонах. Вызванное этой причиной, а также наклоном земной оси к эклиптике неравномерность распределения на поверхности Земли, поступающей от Солнца лучистой энергии, преобразуемой в тепловую, создает избыточно и устойчиво охлажденные области земной коры, тяготеющей к обоим полюсам, а в пределах крупных материков охватывающие и средние широты. Избыточное охлаждение проявляется в устойчивом как в многолетнем и многовековом, так и сезонном, т.е. только зимнем промерзании земной коры, а также в образовании при благоприятных условиях наземных ледников. Так возникают мерзлые зоны земной коры как географическое зональное явление.

Мерзлые зоны литосферы являются составной частью криосферы - оболочки с отрицательной температурой, охватывающей атмосферу, гидросферу и литосферу (А.Б. Добровольский, 1923). По мере удаления от полюсов в сторону экватора криосфера выходит за пределы земной коры и фиксируется лишь в атмосфере. В низких широтах в нее могут попадать только высокие горные системы или отдельные горные вершины. На этих горах происходит глубокое промерзание горных пород и возникают ледники. Обширные зоны устойчивого охлаждения Земли, которым свойственно льдообразование в земной коре, присутствие подземного льда в горных породах, относится к областям подземного оледенения (В.Ф. Тумель, 1946).

Оба вида оледенения - подземное и наземное - явления, причинно взаимосвязанные и в своем развитии обязанные как некоторым общим (явления охлаждения в условиях криосферы), так и существенно различным факторам (подземное оледенение - результат замерзания воды в земной коре; наземное оледенение - следствие превращения снега в фирн и лед). В зонах устойчивого охлаждения Земли формируются толщи длительно существующих мерзлых горных пород, называемых вечной мерзлотой, понятие о которой, по существу, совпадает с понятием о подземном оледенении.

Под вечной мерзлотой следует понимать толщи мерзлых горных пород, не оттаивающие в течение времени от нескольких лет до десятков и сотен тысяч лет. Таким образом, следует еще раз подчеркнуть, что продолжительность существования вечной мерзлоты, т.е. подземного оледенения, соизмерима с отрезками геологического времени. Над вечной мерзлотой формируется слой ежегодного сезонного промерзания - протаивания, называемый деятельным слоем.

Длительное промерзание земной коры, т.е. формирование вечной мерзлоты, сопряжено с изъятием из обычного кругооборота воды в атмосфере, гидросфере и литосфере. При этом имеет место консервация части подземных вод. Выбывает из кругооборота часть воды из океанов и вод суши. Таким образом, подземное оледенение, как и наземное, нарушает кругооборот воды на Земле, что имеет важное палеогеографическое значение. Вечная мерзлота - это мерзлые горные породы, характеризующиеся температурой от 0 градусов и ниже, содержащей в своем составе лед и находящиеся в таком состоянии в течение длительного времени - от нескольких лет до многих тысяч столетий.

По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на три зоны по Сумгину 1937 г. 1) сплошная 2) мерзлота с островами талых грунтов 3) 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. Сплошная вечная мерзлота на Средне-Сибирском плоскогорье располагается к северу от Нижней Тунгуски, на всем Таймырском полуострове, островах архипелага Северная Земля. В зоне, где среди вечной мерзлоты встречаются острова талых пород, мощности вечномерзлотных толщ иногда достигают 250-300 м., но чаще от 100-150 до 10-12 м. Температуры от -2 до 0 гр. Этот тип вечной мерзлоты имеется на Средне-Сибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгусками, в южной части Лено-Алданского плато с мерзлотными грунтами мощностью до 60 м. Островная вечная мерзлота характеризуется малыми мощностями вечно-мерзлотных толщ от нескольких десятков метров до нескольких метров и температурами, близкими к 0 гр.

2. Многолетнемёрзлые породы

Термин «вечная мерзлота» как специфическое геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М.И. Сумгиным. Он определял его как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий [6]. Слово «мерзлота» при этом чёткого определения не имело, что и привело к использованию понятия в различных значениях. Впоследствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона, однако они не получили широкого распространения. По длительности существования мерзлого состояния пород принято подразделять «родовое» понятие «мерзлые породы» на три видовых понятия:

* кратковременномёрзлые породы (часы, сутки),

* сезонномёрзлые породы (месяцы),

* многолетнемёрзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Между этими категориями могут быть промежуточные формы и взаимные переходы. Например, сезонномерзлая порода может не протаять в течение лета и просуществовать несколько лет.

А если рассмотреть почву в многолетнемёрзлых породах то можно сказать, что в почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мёрзлым 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 мёрзлого 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 мёрзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), 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 таёжных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв, рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы почвы.

3. Криогенные процессы и их воздействие на инфраструктуру

Криогенными процессами называют геологические процессы, которые происходят при промерзании или оттаивании горных пород, а также замерзании подземных вод. Сезонное оттаивание -- это оттаивание летом верхней части толщи мёрзлых пород. Этот оттаивающий слой называется сезонно-талым слоем. Сезонное промерзание соответственно -- промерзание зимой верхней части талых пород, представляющей собой сезонно-мёрзлый слой.

3.1 Мерзлотные (криогенные) процессы и формы рельефа

К основным мерзлотным процессам относятся: морозобойное растрескивание, морозная сортировка рыхлого материала, пучение и образование наледей, морозное выветривание, криогенный крип, солифлюкция, термокарст. Большинство мерзлотных форм рельефа имеет комплексное происхождение, т.е. в их образовании принимали участие разные криогенные процессы. Криогенез протекает главным образом в двух верхних элементах полярного покровного комплекса, причем наибольшая активность связана с деятельным слоем. Поэтому по размерам мерзлотные формы обычно невелики и относятся к микро- или мезорельефу. Они располагаются на поверхности более крупных форм, которые имеют тектоническое, эрозионное или другое происхождение.

На характер криогенного рельефообразования оказывают влияние многочисленные факторы: климат, эпигенетическое или сингенетическое промерзание, мощность и льдистость мерзлых пород, механический состав грунтов деятельного слоя, экспозиция и наклон склонов и т.д. Это приводит к тому, что мерзлотные формы одного типа, но из разных районов порой существенно отличаются друг от друга. [1]

3.1.1 Морозобойное растрескивание

Происходит при сильном и быстром охлаждении грунта, обычно в ясные зимние ночи. Глубина проникновения трещин достигает 3-5 м и более. Сеть морозобойных трещин, как правило, имеет упорядоченные очертания, образуя рисунок полигонов (четырех-, пяти- или шестиугольники). Наиболее крупные полигоны наблюдаются в пределах низменных приморских равнин, где более высокая влажность воздуха смягчает суточные температурные контрасты. Напротив, наиболее густая сеть трещин возникает в резко континентальных условиях.

В теплое время года морозобойные трещины заполняются водой и разжиженным грунтом. Осенью вода замерзает, образуя жилы, которые неоднократно нарастают и значительно расширяют трещины - до первых метров у поверхности.

Если в данной местности климат становится теплее и полигонально-жильные льды вытаивают, то расширенные ими трещины заполняются минеральным грунтом - так возникают грунтовые жилы. Такие грунтовые жилы в погребенном состоянии в большинстве случаев служат важным палеогеографическим свидетельством существования здесь мерзлоты в прошлом. [1]

3.1.2 Морозная сортировка

Эта сортировка часто дополняет морозобойное растрескивание. Она неоднородна по механическому составу грунтов деятельного слоя. Результатом их совместной работы становятся каменные полигоны или, реже, каменные кольца. Процессы морозобойной сортировки происходят следующим образом. Мелкозернистые (песчано-глинистые) участки грунта, обладая большой влагоемкостью, при замерзании значительно увеличиваются в объеме. При этом они выталкивают более крупные обломки (щебень, гальку, валуны) к поверхности и по направлению к морозобойным трещинам. Многократное повторение замерзания-оттаивания постепенно приводит к отчетливо выраженной дифференциации грунта, которая обычно наблюдается лишь в верхней части деятельного слоя (до 0,5-0,8 м) и постепенно затухает с глубиной.

Если грунты деятельного слоя не содержат крупных обломков, механизм морозной сортировки приводит к образованию широко распространенной пятнистой (или медальонной) тундры.

Пятна-медальоны располагаются внутри трещинных полигонов и имеют округлую или овальную форму, их поверхность глинистая и лишена растительности. [1]

3.1.3 Пучение и образование наледей

Процессы криогенного пучения в большей степени связаны с замерзанием свободной воды. Различают сезонные и многолетние бугры пучения. Сезонные бугры пучения возникают при зимнем промерзании деятельного слоя: грунтовая вода в нижней его части оказывается под давлением (снизу находится мощная многолетняя мерзлота) и вспучивает над собой верхний промерзший слой. В случае большого давления может произойти взрыв и излияние воды на поверхность с образованием грунтовой наледи. Сезонные грунты пучения невелики по размерам (высота обычно не более 0,5 м при поперечнике 2-3 м); в теплое время года ледяное ядро таких бугров вытаивает, и они разрушаются.

Умноголетних торфяных бугровмерзлое ядро летом сохраняется благодаря низкой теплопроводности торфа; год от года они могут нарастать и достигают высоты в несколько метров. Менее крупные (обычно не более 1 м) многолетние бугры пучения развиваются в глинистых и суглинистых грунтах, обладающих лучшей теплопроводностью. Они получили название «бугров-могильников». Летом мерзлота в них вытаивает, но насыщенный водой глинистый грунт набухает и удерживает форму небольшого холма.

Наиболее крупные многолетние бугры пучения образуются в пределах низменных заболоченных участков. Их высота может достигать десятков метров при поперечнике в первые сотни метров. Под торфяной оболочкой у таких бугров залегает ледяное ядро, с возникновением и ростом которого и связано вспучивание поверхности. Эти крупнейшие многолетние формы пучения называют гидролакколитами. Часто используются также названия: якутское булгунях и эскимосскоепинго. В отличие от форм пучения на лед и образуются в результате излияния воды на поверхность и ее замерзания там (а не в толще грунта) в виде более или менее обширного ледяного тела. [1]

3.1.4 Морозное выветривание

На плоских вершинах гор в лишенной растительности зоне, а также на междуречьях плато и плоскогорий в результате активного физического (температурного и морозного) выветривания развиваются щебнисто-глыбовые каменные моря.

3.2 Особенности строительства в зоне многолетней мерзлоты

Строительство зданий и сооружений на юге, где температура воздуха не опускается ниже 5 градусов и строительство в Сибири различаются. Здесь надо учитывать множество различных факторов. Здания, сооруженные без учета многолетней мерзлоты, могут через некоторое время прийти в негодность. Происходит это потому, что летом земля прогревается неравномерно на несколько десятков сантиметров. При таянии грунт становится влажным, подчас текучим. Он оседает, расползается. Та часть здания, под которой грунт размяк, оседает. Зимой почва снова замерзает, влажный грунт вспучивается и здание перекашивается, а иногда и разрушается. Наличие многолетней мерзлоты в отдельных районах нашей страны ставит перед учеными много задач, решение которых имеет большое практическое значение. Большая часть этих задач учеными уже решена. За последние годы на севере и востоке нашей страны построены сотни городов и поселков. Многие из них стоят на многолетней мерзлоте, стоят прочно, на века. Вспомним хотя бы такой город, как Норильск, построенный за Полярным кругом. Улицы Норильска застроены многоэтажными зданиями. В городе сооружены заводы, школы, больницы, кинотеатры, жилые дома. Здания эти стоят уже многие годы. Правда, приезжий заметит у всех зданий Норильска одну особенность. Они стоят как бы на курьих ножках. Но ножки эти железобетонные. Нижняя часть их уходит вглубь, в слой вечной мерзлоты, а над поверхностью земли они возвышаются не более чем на метр. Воздух свободно проходит под зданием. Грунт зимой замерзает, летом оттаивает, но на здании это не отражается, так как железобетонные сваи прочно вмерзли своими основаниями в слой многолетней мерзлоты, и она держит их, как клещами. Город Норильск соединен железной дорогой с портовым городом Дудинкой, выросшим на берегах сибирской реки Енисей. Эта железная дорога самая северная на земном шаре. В зоне многолетней мерзлоты построены сотни рудников, дающих нашей стране уголь, полиметаллические руды, олово, золото, алмазы и много других ценных полезных ископаемых. Север -- громадный край, скованный многолетней мерзлотой, -- преображается, раскрывает свои богатства.

Заключение

Будучи во многих районах не только современным образованием, но и реликтом ледниковых эпох, многолетняя мерзлота сохраняется по сей день благодаря резко континентальному климату с продолжительной холодной и малоснежной зимой. Негативные последствия климатического потепления будут отмечаться на всей территории криолитозоны: усиление деградации мерзлых толщ, как по вертикали, так и в плане; нарушение функционирования природно-технических систем, при проектировании которых не была учтена возможность глобального потепления климата и деградации мерзлоты. На территории, где вечномерзлые породы относительно стабильны из-за высокой льдистости верхнего горизонта мерзлых пород даже небольшое увеличение глубины сезонного протаивания приведет к активизации таких разрушительных мерзлотных процессов, как термокарст, термоэрозия и солифлюкция. Усилятся процессы разрушения береговых уступов арктических морей. Экономика Севера потребует дополнительных затрат для обеспечения сохранности мерзлого основания зданий и инженерных сооружений.

мерзлота криогенный рельеф наледь

Список литературы

1. Болтрамович С.Ф. Геоморфология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. Заведений [текст] /С.Ф. Болтрамович. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 528 с.

2. Кудрявцева В.А. Общее мерзлотоведение (геокриология), изд. 2 [текст] /В.А. Кудрявцева. - М.: Издательство МГУ, 1978. - 464 с.

3. Малахов А.А. Краткий курс общей геологии [текст] /А.А. Малахов. - М.: Издательство «Высшая школа», 1969. - 232 с.

4. Сергеев Е.Е. Инженерная геология СССР в 8 томах. Т. 3. Восточная Сибирь [текст] /Е.Е. Сергеев. - М.: Издательство Московского ун-та, 1977. - 657 с.

Размещено на Allbest.ru