33) Процессы связанные с многолетним промерзанием горных пород

Экзогенные геологические процессы и явления в криолитозоне, обусловлены развитием теплофизических, физико-химических и механических процессов в промерзающих, мерзлых и протаивающих породах.

Экзогенные геологические процессы и явления в криолитозоне разделяются на три крупные группы:

К 1-й группе - отнестятся собственно криогенные процессы, развитие которых вызвано сезонными и многолетними колебаниями тепло- и массообмена на земной поверхности и в подстилающих горных породах. Это морозобойное растрескивание и криогенное выветривание, связанные с многократным повторением циклов промерзания и оттаивания пород; морозное пучение пород и наледообразование, обусловленные сезонным и многолетним промерзанием пород, подземных и поверхностных ( при образовании наледей) вод, увеличением пород при льдовыделении; термокарст,связанный с сезонным и многолетним оттаиванием сильно льдистых пород и подземных залежей льдов, с изменением свойств, осадкой и размоканием пород при оттаивании.

Развитие 2-й группы – флювиальных, абразионных и водно-балансовыхпроцессов вызвано механическим и тепловым воздействиями на мерзлые и оттаивающие породы водных масс, годовыми колебаниями теплообмена на поверхности почвы и многолетними колебаниями водного баланса поверхности. В эту группу входят термоабразия, термоэрозия и заболачивание.Развитию всех этих процессов всегда предшествует оттаивание пород, сопровождающееся нарушением структурных связей в породах, изменением их физико-механических и теплофизических свойств.

3 -я группа процессов объединяет гравитационныепроцессы, такие как солифлюкция, сплывы, оползание; осыпание, десерпция, курумообразованиеи другие с которыми связано формирование специфического состава и строения склоновых отложений.

Морозное пучение дисперсных пород.Морозное пучение дисперсных пород обусловлено увеличением объема замерзающей влаги и льдонакоплением (вследствие миграции воды) при промерзании. Наибольшие деформации пучения наблюдаются при промерзании в открытой системе хорошо влагопроводных, чаще всего пылеватых и водонасыщенных супесчаных и суглинистых пород при малых скоростях промерзания и близком расположении водоносного горизонта (миграционный механизм пучения).

Нередко пучение связано с промерзанием грубодисперсных пород в условиях закрытой системы, когда возникают напорные горизонты грунтовых вод (инъекционный механизм пучения).

В целом, в природных условиях пучение пород может быть связано с сезонным промерзанием пород сезонно-талого и сезонно-мерзлого слоя (сезонное пучение) и с многолетним промерзанием пород (многолетнее пучение).

Многолетнее пучение. Пучение грунтов является наиболее распространенным криогенным процессом, в результате которого на участках развития тонкодисперсных пород и торфяников формируются различные по форме и размерам бугры пучения. По типу формирования бугры пучения (локальные) подразделяются на сегрегационные и инъекционные,но возможно их смешанное образование.

Сегрегационныебугры пучения, как правило, сопровождают новообразование многолетнемерзлых пород на талых участках пойм и озерных котловин.

Инъекционные– возникают обычно за счет инъекции воды (или разжиженного грунта) под действием гидростатического давления, развивающегося в закрытых системах при их промерзании. Они связаны преимущественно с промерзанием подозерных (обводненных) несквозных таликов, окруженных со всех сторон многолетнемерзлыми породами. На Севере и в Центральной Якутии их называют булгуняхами,за рубежом –пинго.Размеры булгуняхов зависят от количества воды в замкнутых таликах и могут достигать по высоте 30-60 м и по основанию – 100-200 м.

Гидролакколиты образуются при инъекции воды под влиянием гидродинамического напора надмерзлотных и межмерзлотных вод.

Термокарст –при протаивании льдистых пород и вытаивании подземного льда наблюдаются просадки земной поверхности. Процесс протекает как при сезонном, так и при многолетнем протаивании мерзлых пород. Механизм процесса состоит в уплотнении оттаивающих сильно льдистых пород или пород, содержащих мономинеральные залежи льда.

Необходимым условием развития термокарста является наличие подземных льдов в виде мономинеральных залежей или текстурообразующего льда в рыхлых отложениях.

Процесс развития термокарста по-разному протекает в случаях оттока воды из термокарстового понижения и обводнения понижений. В том случае, когда вода не скапливается в понижении (сточный термокарст),процесс носит затухающий характер. Формы термокарстового рельефа и микрорельефа существенным образом зависят от того, какие типы льдов и льдистых пород подвергаются оттаиванию, а также от особенностей распространения льда в мерзлых породах.

Склоновые процессы и явления –вызываются действием сил гравитации, которые приводят к развитию обвалов, оползней, курумов, солифлюкции и др.

Курумы –весьма распространенные в области вечной мерзлоты склоновые образования, сложенные дресвяно-щебенисто-глыбовым материалом скальных и полускальных пород. Курумы приурочены к склонам крутизной от 3 до 400. Основным и постоянно действующим механизмом перемещения курумов является термогенная и криогенная десерпция.

Термогенная десерпция –обусловлена периодическим (суточным и сезонным) колебанием температуры, приводящим к циклическому расширению и сокращению размера обломков пород и пульсационному смещению грубообломочного материала вниз по склону.

Криогенная десерпция –связана с поднятием обломков в направлении, перпендикулярном к склону( за счет образования линз и прослоев льда в теле курума), а затем с последующим опусканием по вертикале обломков вместе с заполнителем в результате вытаивания льда.

Процессы вязкого и вязкопластичного смещения дисперсного материала в пределах криолитозоны широко развиты и на задернованных склонах, и в пределах почти ровных аккумулятивных поверхностей. Наиболее распространен среди них процесс солифлюкции,или вязкопластического (медленного) течения рыхлых отложений на склонах, происходящий под действием составляющей собственного веса, направленной по падению склона и вызывающей в грунте пластические деформации. Интенсивность солифлюкции зависит от крутизны склона, глубины оттаивания пород, состава отложений, прочности дернового покрова, характера рельефа и т.д.

Выделяют два вида медленной солифлюкции - покровную и дифференциальную.

Покровная солифлюкция –это движение грунтов, осуществляемое более или менее равномерно и достаточно медленно, характеризуется скоростями 2-10 см/год и проявляется на склонах крутизной до 150. Основной особенностью покровной солифлюкции является то, что движение материала происходит без существенного изменения внутренней структуры грунта. Влажность отложений не превышает предела текучести.

Дифференциальная солифлюкция– ярко проявляется на местности в виде характерных форм микро- и мезорельефа: солифлюкционные языки, террасы, полосы и пр.

Причиной образования этих форм является дифференциация скоростей смещения как по всему склону, так и в пределах одного солифлюкционного потока.

В пределах криолитозоны широко развита так называемая быстрая солифлюкция, или вязкое течение оттаивающих дисперсных пород на склонах, развивающаяся на склонах крутизной 15-250 при сильном переувлажнении пород слоя сезонного оттаивания. Она сопровождается нарушением внутренних связей грунта, а также разрывами дернового покрова. Влажность отложений превышает предел текучести.