багаторічна мерзлота

геотехнічний моніторинг(Далі моніторинг) на многолетнемерзлих грунтах - комплекс робіт, заснований на натурних спостереженнях за станом грунтів основи (температурний режим), гідрогеологічних режимом, переміщенням конструкцій фундаментів знову споруджуваного, що реконструюється і експлуатованого споруди.

У районах поширення багаторічномерзлих грунтів моніторинг необхідно проводити для всіх видів будівель і споруд, в тому числі підземних інженерних комунікацій.

Моніторинг здійснюється відповідно до проекту, який розробляється в процесі проектування і є розділом затверджується частини проектної документації.

При розробці проекту моніторингу визначаються склад, обсяги, періодичність, терміни і методи робіт, схеми установки спостережних свердловин, геодезичних марок і реперів, датчиків і приладів, які призначаються стосовно оскільки він розглядався об'єкту будівництва (реконструкції) з урахуванням його специфіки, що включає: результати інженерних вишукувань на майданчику будівництва, принцип використання багаторічномерзлих грунтів як підстав фундаментів, особливостей проектованого або реконструюється споруди і споруд навколишньої забудови і т.п.

У проекті моніторингу слід враховувати фактори, що впливають на знову споруджений (реконструюється) спорудження, його підстава, навколишній ґрунтовий масив і навколишню забудову в процесі будівництва і експлуатації, в т.ч. можливість прояву небезпечних геокриологических процесів (кріогенне пученіє, термокарст, зсувні процеси, осідання поверхні при відтаванні і ін.), а також теплові впливи від будівельних робіт.

Для здійснення моніторингу в період будівництва споруд обладнуються контрольні термометричні та гідрогеологічні свердловини, на фундаментах споруд встановлюються постійні геодезичні марки, за якими виконуються вимірювання температури грунту, рівень підземних вод, їх склад і температура, нівелювання фундаментів, в тому числі занурених паль, вимірюються позначки підкранових шляхів мостових кранів, водовідвідних лотків в технічних поверхах і подпольях будівель, а також тротуарів у споруд.

Місця установки термометричні та гідрогеологічних свердловин, геодезичних марок, періодичність проведення замірів установлюються згідно з додатками СНиП 2.02.04-88 (актуалізована редакція). Крім того, контролюється щільність грунтів, покладених в насипах, при заміні грунтів в виїмках і при намивання території. Термометричні свердловини обладнуються відповідно до ГОСТ 25358-82, гідрогеологічні - СП 11-105-97 (Частини I, IV), пристрій нівелірних марок і геодезичні вимірювання проводяться відповідно до ГОСТ 24846-81.

В період експлуатації споруди моніторинг здійснюється з метою забезпечення проектного режиму грунтів основи і стан фундаментів споруди. До складу моніторингу входять наступні види робіт:

- поточний і контрольний огляд стану технічних поверхів, підвалів будівель і розташованих в них комунікацій та інших пристроїв;

- спостереження за станом бетону фундаментів;

- спостереження за температурою грунту в основі споруд;

- спостереження за температурою повітря в підпіллі;

- спостереження за опадами фундаментів;

- спостереження за гідрогеологічними режимом підстави.

Тривалість моніторингу залежить від принципу будівництва і становить для споруд, побудованих по:

- I принципом - протягом усього періоду експлуатації споруди;

- II принципом:

а) з використанням попереднього відтавання ґрунтів - протягом 5 років;

б) з допущенням відтавання в період експлуатації - протягом 10 років.

Тривалість моніторингу може бути скорочена при стабілізації змін контрольованих параметрів, або збільшена за відсутності стабілізації змін контрольованих параметрів.

У процесі моніторингу необхідно забезпечити своєчасність інформування зацікавлених сторін про виявлені відхилення контрольованих параметрів (в т.ч. тенденції їх змін, що перевищують очікувані) від проектних значень і результатів тепло- і геотехнічного прогнозу.

Екологічні вимоги при проектуванні і влаштуванні основ і фундаментів на многолетнемерзлих грунтах

У проекті основ і фундаментів на многолетнемерзлих грунтах повинні бути передбачені заходи, що забезпечують запобігання, мінімізацію або ліквідацію шкідливих і небажаних екологічних і пов'язаних з ними соціальних, економічних та інших наслідків.

Екологічні вимоги, що враховуються при проектуванні і будівництві, грунтуються на результатах інженерно-екологічних вишукувань, які виконуються відповідно до СП II-102 і СП II-105, в яких даються оцінка стану довкілляі прогноз впливу на неї об'єкта будівництва.

Прогноз впливу на природні умови здійснюється на весь період будівництва і експлуатації будівель і споруд і повинен встановлювати:
- можливість зміни теплового режиму многолетнемерзлих грунтів району будівництва і прилеглих територій внаслідок порушень умов теплообміну в результаті будівництва та температурного впливу в процесі експлуатації;

- зміни гідрогеологічних умов будівельного майданчика в результаті проведення земляних робіт, включаючи шляхи розвантаження поверхневих і надмерзлотних вод по водовідвідних каналах;

- ступінь активізації небезпечних геокриологических процесів, в тому числі: опади та пучение грунтів, термокарст, солифлюкция, ерозія, розмив грунту та ін .;

- можливість виникнення схилових процесів і заболочування території.

З урахуванням результатів інженерно-геологческіх досліджень вибираються проектні рішення і розробляються заходи щодо рекультивації і відновлення грунтово-рослинного шару, засипці виїмок, траншей і кар'єрів, виполажіваніе і одернованого схилів і укосів, а також щодо попередження ерозії, термокарста і процесів розмиву грунту.

Основні заходи з охорони навколишнього середовища при зведенні основ і фундаментів на многолетнемерзлих грунтах розробляються на стадії техніко-економічного обґрунтування.

Проектна документація на влаштування фундаментів на многолетнемерзлих грунтах на стадії «П» повинна включати окремий розділ «Охорона навколишнього середовища».

Приступати до виконання робіт з улаштування основ і фундаментів дозволяється тільки при наявності ПОС і проектів інженерної підготовки і захисту від небезпечних мерзлотних процесів і підтоплення території, конкретно відображають всі особливості мерзлотно-ґрунтових умов майданчика будівництва. Проект організації будівництва повинен обов'язково передбачати точні терміни і особливості виконання робіт, а також заходи по відновленню пошкоджених ділянок поверхні території будівництва.

Загальні відомостіпро вічній грунтах для геотехнічного моніторингу

Геологічна діяльність льоду є об'єктом вивчення спеціальних наук - гляціології і геокриологии. гляциология- це наука про фізичні властивості льодовиків, їх походження, розвитку, геологічної діяльності та вплив на формування земної поверхні. У геокриологии (Мерзлотоведение) вивчаються закономірності формування і поширення багаторічної мерзлоти і геологічні процеси, що відбуваються в мерзлій зоні літосфери.

До мерзлої зоні літосфери прийнято відносити області розвитку таких гірських порід, для яких характерна нульова або негативна температура і присутність в них льоду, укладеного в порах і тріщинах.

Гірські породи можуть підкорятися кліматичних змін: сезонному замерзання і відтавання, але можуть бути і Багаторічномерзлі. Давність многолетнемерзлих порід підтверджується археологічними та палеонтологічними знахідками. Так, на Анадирській півострові, біля озера Чирово, в суглинках, що залягають в тріщинах розриву крижаного бугра, Н.Граве були виявлені залишки стоянки стародавньої людини, що жила тут в верхньому неоліті, не менше 2000 років тому.

Ізотопними методам встановлено, що добре збереглися залишки мамонтів мають вік, що обчислюються багатьма тисячоліттями. Таймирський мамонт загинув 12 тис. Років тому. Виходячи з цих даних, Багаторічномерзлі гірськими породами називають такі породи, в яких негативні температури зберігаються безперервно протягом тисячоліть і десятків тисяч років.

Багаторічномерзлі гірські породи в Росії розташовані головним чином в Сибіру, ​​де південна межа їх поширення проходить на південь від Байкалу. Північна межа приблизно збігається з північним полярним колом. Уздовж південного кордону багаторічної мерзлоти відзначається острівної характер її поширення. всього на земній кулі 23% території суші покрито «вічної» мерзлотою; найбільшими областями її поширення також є Канада (6 млн. км 2), Гренландія (1,6 млн. км 2), Аляска (1,5 млн. км 2), Антарктида (12 980 000 км 2).

Льоди в межах поширення багаторічномерзлих гірських порід можуть зустрічатися у вигляді льоду-цементу, жильного, повторножільного, похованого і печерного льодів. Лід-цементсковує мінеральні утворення, скріплюючи і цементуючи їх. жильний лідзаповнює тріщини в гірських породах.

Повторножільний лідпроникає в гірські породи по морозобойное тріщинах глибше кордону їх сезонного промерзання. Він може рости не тільки по вертикалі, але і по горизонталі і утворювати великі скупчення. Встановлено, що такі масиви льодів безперервно утворювалися протягом всього четвертинного періоду. власне поховані льодиспостерігаються в зонах сучасних оледенений всередині відкладених морен і під ними.

печерні льодиформуються в різноманітних порожнинах. Вони можуть зустрічатися і поза зоною поширення многомерзлих гірських порід (наприклад, в Кунгурской печері). Такі льоди представляють собою суцільні крижані маси, або натічні форми (стовпи, драпрі), або окремі кристали на стінах і стелі печер.

Латеральное поширення мерзлоти

Розрізняють сезонну та багаторічну мерзлоту.

сезонна мерзлотаіснує тільки взимку, багаторічна -зберігається цілий рік і протягом багатьох років. Найбільш яскраво і масштабно мерзлотние (криогенні) процеси проявляються в криолитозоне, тобто в області поширення багаторічномерзлих порід. Багаторічна мерзлота особливо широко розвинена на півночі Євразії і Північної Америки. У Росії нею зайнято близько 2/3 всієї території - головним чином в Сибіру і на Далекому сході. При освоєнні величезних природних ресурсівцих регіонів ще потребує детального вивчення мерзлотних умов і процесів, оскільки вони дуже часто виявляються вирішальним фактором, серйозно ускладнює всі види будівництва.

У напрямку з півночі на південь в межах криолитозони Північної півкулі в міру зменшення площі і потужності мерзлоти виділяють три підзони: суцільного, переривчастого і спорадичні поширення многолетнемерзлих грунтів. У підзоні суцільного поширенняпотужність мерзлоти вимірюється сотнями метрів (зазвичай від 100 до 500 м), місцями досягаючи 1 км і більше. суворі кліматичні умовив цій підзоні найбільш сприятливі для новоутворення мерзлоти, однак і тут зустрічаються талики - ділянки відсутності мерзлих товщ.

Талики розвинені головним чином під річками та озерами, досить багатоводні, щоб отепляющее дію води змогло перешкоджати промерзання.

У підзоні переривчастого поширенняпотужність мерзлоти зазвичай не перевищує 100 м. талики тут займають набагато більшу площу, а новоутворення мерзлоти носить обмежений характер. Нарешті, південну подзону спорадического поширення можна розглядати як область переважної деградації мерзлоти.

Таким чином, будучи в багатьох районах не тільки сучасною освітою, а й реліктом льодовикових епох, багаторічна мерзлота зберігається донині завдяки різко континентального клімату з тривалою холодною і малосніжною зимою.

Вертикальне поширення мерзлоти

У вертикальному розрізі криолитозони виділяють три шари (полярний покривний комплекс, по А.І.Попову, 1967). Верхній шарназивається діяльним, Це шар сезонногопротаіванія. Його потужність в цілому збільшується з півночі на південь до трьох-чотирьох метрів і залежить від теплопровідності і водопроникності гірських порід: піщані ґрунти протавали глибше глинистих, а ті в свою чергу глибше, ніж торф. У діяльному шарі породи регулярно переходять з мерзлої в талое стан і назад, що знаходить вираз у кріотурбаціі- перемішуванні грунту, з яким пов'язано утворення специфічних форм мерзлотного мікрорельєфу.

Діяльний шар стелить потужними постійно мерзлими товщами. У верхній їх частині ( другий шар) Ще відбуваються сезонні коливання негативною температури, які супроводжуються механічними напруженнями і растрескиванием. Ще нижче, починаючи з глибини приблизно 10 м, негативна температура порід зберігається незмінною протягом всього року - це третій найбільш потужнийшар, свого роду фундамент криолитозони.

Сезонномерзлие грунти, Що виникають скрізь, де певний час утримуються негативні зимові температури, по суті складаються з одного діяльного шару. Однак протікають в ньому процеси (пученіє, сортування грунту, розтріскування і ін.) Не настільки активні, як в активній шарі криолитозони, через відсутність підстильної багаторічної мерзлоти, яка грає роль водоупора і впливає на розподіл тиску в грунті.
Розвиток мерзлоти може протікати епігенетично(Промерзає вже сформувалася раніше порода) і сингенетичні(Формування грунту і його промерзання відбуваються одночасно). Перший шлях типовий для височин, де переважає денудація, і в міру зносу кори вивітрювання промерзання проникає в глиб товщі порід. Другий шлях характерний для низовин, де домінують акумулятивні процеси, наприклад накопичення алювію в річкових долинах.

Підземний лід як невід'ємний компонент мерзлих грунтів може перебувати в них у різних формах - від порового і капілярного до великих крижаних лінз і жив. Зазвичай розрізняють: лід-цемент- без скупчень розсіяний поміж частинками пухкої породи; сегрегаційний лід- має вигляд крижаних прошарків, що виділяються при замерзанні тонкодисперсних (глинистих і пилуватих) грунтів; ін'єкційний лід- утворюється при впровадженні води в тріщинах і водоносних горизонтах; полигонально-жильний лід- формується в результаті замерзання в морозобійних тріщинах потрапила в них з поверхні води. Крім того, підземний лід може бути похованим- це колишній наземний лід, перекритий мінеральними опадами.

Мерзлотні (криогенні) процеси і форми рельєфу

До основних мерзлотним процесів відносяться: морозобойное розтріскування, морозна сортування пухкого матеріалу, пученіє і утворенню полою, морозне вивітрювання, вакуумний кріп, солифлюкция, термокарст. Більшість мерзлоти форм рельєфу має комплексне походження, тобто в їх утворенні брали участь різні криогенні процеси. Кріогенез протікає головним чином в двох верхніх елементах полярного покривного комплексу, причому найбільша активність пов'язана з діяльним шаром. Тому за розмірами мерзлотние форми зазвичай невеликі і відносяться до мікро- або мезорельєфу. Вони розташовуються на поверхні більших форм, які мають тектонічне, ерозійне або інше походження.

На характер криогенного рельефообразования впливають численні фактори: клімат, епігенетичні або сингенетичні промерзання, потужність і льодистість мерзлих порід, механічний склад грунтів діяльного шару, експозиція і нахил схилів і т.д. Це призводить до того, що мерзлотние форми одного типу, але з різних районів часом істотно відрізняються один від одного.

морозобойное розтріскування

Відбувається при сильному і швидкому охолодженні грунту, зазвичай в ясні зимові ночі. Глибина проникнення тріщин досягає 3-5 м і більше. Мережа морозобійних тріщин, як правило, має впорядковані контури, утворюючи малюнок полігонів (чотирьох-, п'яти- або шестикутники). Найбільші полігони спостерігаються в межах низинних приморських рівнин, де більш висока вологість повітря пом'якшує добові температурні контрасти. Навпаки, найбільш густа мережа тріщин виникає в різко континентальних умовах.

У теплу пору року морозобойние тріщини заповнюються водою і розрідженим грунтом. Восени вода замерзає, утворюючи жили, Які неодноразово наростають і значно розширюють тріщини - до перших метрів у поверхні.

Якщо в даній місцевості клімат стає тепліше і полигонально-жильні льоди витаівают, то розширені ними тріщини заповнюються мінеральним грунтом - так виникають грунтові жили. Такі грунтові жили в похороненому стані в більшості випадків служать важливим палеогеографічним свідченням існування тут мерзлоти в минулому.

морозна сортування

Ця сортування часто доповнює морозобойное розтріскування. Вона неоднорідна за механічним складом грунтів діяльного шару. Результатом їхньої спільної роботи стають кам'яні полігониабо, рідше, кам'яні кільця. Процеси морозобойное сортування відбуваються наступним чином. Дрібнозернисті (піщано-глинисті) ділянки ґрунту, володіючи великою вологоємністю, при замерзанні значно збільшуються в обсязі. При цьому вони виштовхують більші уламки (щебінь, гальку, валуни) до поверхні і у напрямку до морозобойное тріщинах. Багаторазове повторення замерзання-розмерзання поступово призводить до чітко вираженої диференціації грунту, яка зазвичай спостерігається лише у верхній частині діяльного шару (до 0,5 - 0,8 м) і поступово згасає з глибиною.

Якщо грунти діяльного шару не містять великих уламків, механізм морозної сортування призводить до утворення широко поширеною плямистої (або медальйон) тундри.Плями-медальйони розташовуються усередині тріщинних полігонів і мають округлу або овальну форму, їх поверхня глиниста і позбавлена ​​рослинності.

Пученіє і утворенню полою

Процеси криогенного пученія в більшій мірі пов'язані з замерзанням вільної води. Розрізняють сезонні і багаторічні горби обдимання. Сезонні горби обдиманнявиникають при зимовому промерзанні діяльного шару: грунтова вода в нижній його частині виявляється під тиском (знизу знаходиться потужна багаторічна мерзлота) і спучує над собою верхній промерзлий шар. У разі великого тиску може статися вибух і вилив води на поверхню з утворенням грунтовій криги. Сезонні грунти пучения невеликі за розмірами (висота зазвичай не більше 0,5 м при діаметрі 2-3 м); в теплу пору року крижане ядро ​​таких горбів витаівает, і вони руйнуються.

У багаторічних торф'яних горбівмерзле ядро ​​влітку зберігається завдяки низькій теплопровідності торфу; рік від року вони можуть наростати і досягають висоти в кілька метрів. Менші (зазвичай не більше 1 м) багаторічні горби обдимання розвиваються в глинистих і суглинних грунтах, що володіють кращою теплопровідністю. Вони отримали назву «Горбів-могильників». Влітку мерзлота в них витаівает, але насичений водою глинистий грунт набухає і утримує форму невеликого пагорба.

Найбільші багаторічні горби обдимання утворюються в межах низинних заболочених ділянок. Їх висота може досягати десятків метрів при діаметрі в перші сотні метрів. Під торф'яної оболонкою у таких горбів залягає крижане ядро, з виникненням і зростанням якого і пов'язане спучування поверхні. Ці найбільші багаторічні форми пучения називають гідролакколітов. Часто використовуються також назви: якутське Булгуні ескімоське пінг.

На відміну від форм пученія кригиутворюються в результаті виливу води на поверхню і її замерзання там (а не в товщі грунту) у вигляді більш-менш великого крижаного тіла.

морозне вивітрювання

На плоских вершинах гір в позбавленої рослинності зоні, а також на межиріччях плато і плоскогір'їв в результаті активного фізичного (температурного і морозного) вивітрювання розвиваються щебнисто-брилові кам'яні моря .

соліфлюкція

Соліфлюкція називається протягом перезволоженого грунту під час сезонного його відтавання. Такий грунт навіть на невеликих ухилах місцевості, що досягають іноді всього лише частки градуса, може розтікатися.

Сезонні промерзання і відтавання грунтів протікають і поза зоною багаторічної мерзлоти, приводячи до тих же явищ в умовах обводнення і при деякому ухилі поверхні. В гірських районахв результаті соліфлюкціонних процесів утворюються натічні тераси, куруми і кам'яні потоки, структурні грунти і нагірні тераси.

натічні тераса(Опливіни) мають форму невеликого мови, площею від декількох метрів до сотень метрів, крутого урвища внизу. При сповзання шарів пласти мнуть і часто розриваються.

Куруми і кам'яні потоки(Кам'яні річки, кам'яні моря) представляють скупчення гострокутих брил, що мають різні розміри. Їхній рух здійснюється вниз по схилу за рахунок ковзання брил по зволоженою і промерзлій щебеневої підстилці. Подібні форми рельєфу також зустрічаються поза зоною багаторічної мерзлоти. Вони можуть вказувати на що відбулися зміни клімату.

Нагорні терасиутворюються в високогірних областях на схилах гір. Вони виникають на різних рівнях одиночних гір, і це відрізняє їх від річкових, озерних і морських терас. Зовні такі тераси представляють відносно рівні поверхні, обмежені уступами. За С.В.Обручеву, вони утворюються в результаті соліфлюкціонних процесів. За С.Г.Бочу і І.І.Краснову, нагірні тераси виникають внаслідок сніжно-морозного вивітрювання уздовж краю сніжника.

Ніші протаивания (термокарст)

термокарст- явище утворення карстових воронок в результаті відтавання діяльного шару, багаторічної мерзлоти і просідання грунту. У більшості випадків цьому сприяє місцеві пожежі.

Цей процес утворюється в результаті відтавання підземних льодів, Яке може бути пов'язане з потеплінням клімату, який веде до деградації багаторічної мерзлоти, або з місцевими причинами, такими, як отепляющее вплив водойм, великі пожежі, господарська діяльність людини і т.д. Термокарстові форми рельєфу мають просадний походження: земна поверхня просідає над утворилися підземними порожнинами.

Морфологічний прояв термокарста залежить від загальної льдистости мерзлих товщ і форми залягання підземних льодів. Крім того, термокарстові рельєф в більшості випадків ускладнюється супутніми процесами: соліфлюкція, ерозією. Залежно від вигляду і розміру розрізняють термокарстові блюдця, воронки, провали, улоговини, озерні ванни, улоговинита інші порожнисті форми.

Згодом такий термокарст часто заповнюється водою, утворюючи термокарстові озера, характерні для тундрової зони.

Схема розвитку термокарстових озер в тундрової частини Півночі

Округлі озера - це залиті водою термокарстові улоговини. Такі улоговини і балки виникають при витаіванія підземного льоду і просідання поверхні. Відбувається це в тому випадків, якщо грунт містить багато льоду. такому умові відповідають пухкі породи, що залягають на рівнинах або в улоговинах, де в теплому кліматі накопичувалася б вода.

Причин появи термокарстових знижень чимало: потепління клімату, зведення рослинності, порушення верхніх шарів грунту транспортом і при випасі оленів. Вони формуються і при звичайному літньому протаивания грунтів. Досить утворитися невеликому водоймища, як його вода починає передавати своє тепло промерзлі породам, витаіванія підземного льоду посилюється, озеро росте, поки вода не піде або на дні накопичиться достатньо потужний шар озерних опадів, ізолюючий лід від води.

Вихід вічної мерзлоти на берегах ре Якутії

Осушені термокарстові улоговини - Алас - покриті луговий рослинністю і є кращими пасовищами в тундрі. Термоерозіі і термоавразія. У районах з вічною мерзлотою швидкому зростанню вибоїн, балок, ярів сприяє поточна вода. Вона впливає на поверхню як механічно - відриваючи і несучи частки грунту, так і термічно - розтоплюючи мерзлоту (термоерозіі). Легко руйнуються складені мерзлотою морські берега. Завдяки цьому явищу - термоабразией - відступають берега багатьох арктичних морів, зникають невеликі острови.

Ерозія в криолитозоне зазвичай має значну термічну складову (звідси термін термоерозіі). За рахунок теплового впливу текучої води на мерзле дно і береги ерозійні вибоїни і яри часто ростуть дуже швидко. Закладаються ерозійні форми по тріщинах полігональних грунтів і вздовж термокарстових заглиблень. Після витаіванія крижаних клинів утворилися рови швидко розширюються водою, перетворюючись в яри, тоді як центральні частини полігонів зберігаються у вигляді невеликих пагорбів заввишки в декілька метрів. Такі пагорби відомі під якутським назвою байджарахі.

Байджарахі

Таким чином, відмічені температурно-деформаційні явища в діяльному і багаторічномерзлі шарах грунту в великій мірі залежать від зміни зовнішніх факторів, що вносяться людиною при освоєнні даної території.

Багаторічна мерзлота на території Росії і сучасне заледеніння

Сучасні льодовики займають на території Росії невелику площу, всього близько 60 тис. Км 2, проте в них укладені великі запаси прісної води. Вони є одним з джерел живлення річок, значення якого особливо велике в річному стоці річок Кавказу.

Основна площа сучасного заледеніння(Більше 56 тис. Км 2) знаходиться на арктичних островах, що пояснюється їх становищем у високих широтах, що обумовлює формування холодного клімату.

Нижня межа нівального зони опускається тут майже до рівня моря. Заледеніння зосереджено в основному в західних і центральних районах, Де випадає більше атмосферних опадів. Для островів характерно покривне і гірничо-покривне (сітчасте) заледеніння, представлене льодовиковими щитами і куполами з вивідними льодовиками. Самий великий льодовиковий покрив розташований на Північному острові Нової Землі. Довжина його по вододілу становить 413 км, а найбільша ширина досягає 95 км.

При русі на схід все більша частина островів залишається вільною від льоду. Так, острови архіпелагу Землі Франца-Йосипа майже суцільно вкриті льодовиками, на Новосибірських островах заледеніння характерно лише для самої північної групи островів Де-Лонга, а на острові Врангеля покривного заледеніння немає - тут зустрічаються лише сніжинки і невеликі леднички.

Товщина льодовикових покривів арктичних островів досягає 100-300 м, а запас води в них наближається до 15 тис. Км 2, що майже в чотири рази більше річного стокувсіх річок Росії.

Заледеніння гірських областей Росії і за площею, і за обсягом льоду значно поступається покривному заледенінню арктичних островів. Гірське заледеніння характерно для найбільш високих гір країни - Кавказу, Алтаю, Камчатки, гір Північного Сходу, але зустрічається і в невисоких гірських масивах північній частині території, де сніговий кордон лежить низько (Хібіни, північна частина Уралу, гори Бирранга, Путорана, Хараулахскіе гори ), а також в районі Маточкин Шара на Північному і Південному островах Нової Землі.

багато гірські льодовикилежать нижче кліматичної снігової кордону, або «рівня 365», на якому сніг зберігається на горизонтальній підстильної поверхні протягом всіх 365 днів в році. Існування льодовиків нижче кліматичної снігової кордону стає можливим за рахунок концентрації великих мас снігу в негативних формах рельєфу (часто в глибоких давніх автомобілях) підвітряних схилів в результаті Метельова перенесення і сходу лавин.

Площа гірського заледеніння Росії трохи перевищує 3,5 тис. Км 2. Найбільш широко поширені каровиє, карів-долинні і долинні льодовики. Велика частина льодовиків і площі заледеніння приурочена до схилів північних румбів, що обумовлено не стільки умовами снігонакопичення, але і більшою затінення від сонячних променів (Інсоляціонний умовами). За площею заледеніння серед гір Росії перше місце займає Кавказ (994 км 2). За ним слідує Алтай (910 км 2) і Камчатка (874 км 2). Менш значне заледеніння характерно для Коряцького нагір'я, хребтів Сунтар-Хаята і Черського. Заледеніння інших гірських районів невелика. Найбільшими льодовиками Росії є льодовик Богдановича (площа 37,8 км 2, протяжність 17,1 км) у Ключевський групі вулканів Камчатки і льодовик Безенгі (площа 36,2 км 2, протяжність 17,6 км) в басейні Терека на Кавказі.

Льодовики чуйно реагують на коливання клімату. У XVIII - початку XIXст. почався період загального скорочення льодовиків, який триває й донині.

Внутрішні води Росії представлені не тільки скупченнями рідкої води, а й води в твердому стані, що утворює сучасне покровное, гірське і підземне заледеніння. Область підземного заледеніння називають Кріолітозона (термін введений в 1955 р радянським мерзлотоведом П.Ф. Швецовим; раніше для її позначення використовувався термін «вічна мерзлота»).

Кріолітозона - верхній шар земної кори, що характеризується негативними температурами гірських порід і наявністю (або можливістю існування) підземних льодів. До її складу входять многолетнемерзлие гірські породи, підземні льоди і промерзає горизонти сильно мінералізованих підземних вод.

Кріолітозона (від грец. Kryos - холод, мороз, лід, lithos - камінь і zone - пояс * a. cryolitic zone, cryolithozone; н. Frostboden; ф. zone de cryolithe; і. zona de criolitas) - частина кріосфери, що представляє собою верхній шар земної кори, що характеризується отрицат. температурою грунтів і горн. порід і наявністю або можливістю існування підземних льодів.

Термін запропонований П. Ф. Швецовим в 1955. K. включає в себе Мерзлі породи, Морозні породи і охолоджені породи. Охолоджені породи засолені або насичені солоними водамиі розсолами c температурами нижче 0 ° C (Кріогаліннимі водами).
Пo часу існування виділяють Кріолітозона багаторічну (від декількох років до тисячі років) і сезонну (області сезонного промерзання порід). Багаторічна кріолітозона підрозділяється на субаеральних суші, субгляціальную під льодовиками і субмарини під акваторією морів і океанів.

Субаеральна кріолітозона приблизно збігається з площі c областю вічної мерзлоти, в якій розвинені багаторічномерзлі породи (ММП), що займають 25% суші і поширені майже на 1/2 тер. CCCP. Це становить бл. 10-10,7 млн. Км 2.

Поширення c поверхні ММП, розподіл середньорічних температуp порід y підошви шару їх річних коливань підкоряються геокріологіч. зональності і висотної поясності. Поблизу півд. кордони ММП мають редкоостровное поширення, північній - острівна, масивно-острівна, переривчасте і суцільне. При цьому ММП займають площі до 10% при потужності мерзлої товщі (MMT) до 10-15 м; від 10 до 30% (при MMT до 25-30 м); від 30 до 80% (при MMT до 50 м); від 80 до 95% (при MMT до 150 м) і більше 95% (потужність криолитозони до 1500 м і більше). C Ю. на C. (a в горах c висотою зменшується площа поширення) знижуються cpедней температури мерзлих порід, зменшується глибина сезонного промерзання на талики, змінюється характер кріогенних процесів і явищ.

Субаеральна кріолітозона підрозділяється на 2 геокріологіч. зони - північного (суцільного) і південного (острівної і переривчастого) поширення ММП.

B межах сівши. геокріологіч. зони кріолітозона має велику потужність (до 1500 м), переважно. плейстоценовий вік і безперервне по вертикалі будова. Тут розвинені тільки гідрогенні і гідрогеогенние типи таликов, існування яких брало обумовлено тепловим впливом водойм, водотоків і підземних вод. B межах низинних рівнин поширені високольдістие епікріогенние (морські, ледовоморскіе) і сінкріогенние відкладення разл. генезису c сінгенетіч. повторно-жильними льодами (в т.ч. льодовий комплекс).

Для півд. геокріологіч. зони характерні переважно. ММП верхнеголоценового віку, потужність яких на рівнинах зростає c Ю. на C. від 3-5 до 100 м і більше. B її межах розвинуті всі категорії таликов, a радіаційно-теплові талики визначають характер поширення ММП c поверхні. B півд. зоні відбувається периодич. роз'єднання верх. поверхні ММП від сезонно-промерзає шару (утворення несліваемий мерзлоти) і виникнення на талики малопотужних мерзлих товщ і «перелётков».

Ha C. Східно-Європейської, Західно-Сибірської рівнин і, можливо, на Среднесибірськом плоскогір'я поширені реліктові плейстоценові ММП, що залягають на глибині від перших десятків до 200 м і більше та мають потужність від перших десятків до 500 м. Там, де над ними існують верхнеголоценовие ММП, має місце двошаровий мерзлота. B горах Пд. Сибіру, ​​в високогір'ї Алтаю, Cp. Азії та ін. Наявність криолитозони обумовлено висотною поясністю. Ha Алтаї острова ММП починаються на вис. 2000-3000, на Тянь-Шані -2000-2500, на Кавказі - ок. 2500 м. C висотою збільшується суцільність ММП, cp. температуpa знижується до -15 ° C і нижче, a потужність їх на деяких хребтах зростає до 2000 м і більше. Ha вис. більше 5 тис. м ММП влітку можуть тільки короткочасно (вдень) протавали c поверхні на південних схилах. B вертикальному розрізі кріолітозона складається з одного або дек. ярусів мерзлих, морозних і охолоджених порід

В умовах тривалої холодної зими при відносно невеликій потужності снігового покриву гірські породи втрачають багато тепла і промерзають на значну глибину, перетворюючись в тверду мерзлу масу. Влітку вони не встигають повністю відтанути, і негативні температури грунту зберігаються навіть на невеликій глибині протягом сотень і тисяч років. Цьому сприяють величезні запаси холоду, які накопичуються за зиму в районах з негативною середньорічною температурою. Так, у Середній і Північно Східного Сибірусума негативних температур за період залягання снігового покриву становить -3000 ... -6000 ° С, а влітку сума активних температур становить всього 300-2000 ° С.

Гірські породи, тривалий час (від декількох років до багатьох тисячоліть) знаходяться при температурах нижче 0 ° С і зцементовані замерзлої в них вологою, отримали назву багаторічної, або вічної мерзлоти. Зміст льоду, тобто льодистість багаторічної мерзлоти може бути дуже різною. Вона коливається від декількох відсотків до 90% загального обсягу породи. У гірських районах льоду зазвичай буває мало, зате на рівнинах підземний лід нерідко виявляється головною гірською породою. Особливо багато крижаних включень міститься в глинистих і суглинних відкладеннях крайніх північних районів Середньої і Північно-Східного Сибіру (в середньому від 40-50% до 60-70%), що відрізняються найбільш низькою постійною температурою грунту.

Багаторічна мерзлота - незвичайне явищеприроди, на яку звернули увагу ще землепроходці в XVII в. Про неї згадував у своїх роботах В.Н. Татищев ( початок XVIIIв.). Перші наукові дослідження мерзлоти були проведені А. Міддендорф (середина XIX ст.) Під час його експедиції на північ і схід Сибіру. Миддендорф вперше здійснив вимірювання температури мерзлого шару в ряді пунктів, встановив його потужність в північних районах, висловив припущення про походження мерзлоти і причини її широкого поширення в Сибіру.

У другій половині XIX ст. і початку XX ст. мерзлота вивчалася попутно з дослідницькими роботами геологами і гірськими інженерами. У радянські роки проводилися серйозні спеціальні дослідження багаторічної мерзлоти М.І. Сумгіним, П.Ф. Швецовим, А.І. Поповим, І.Я. Барановим і багатьма іншими вченими.

Область поширення багаторічної мерзлоти в Росії займає близько 11 млн км 2, що становить майже 65% території країни.

Поширення багаторічної мерзлоти по території Росії

Південна її границя проходить по центральній частині Кольського півострова, перетинає Східно-Європейську рівнину поблизу полярного кола, по Уралу відхиляється на південь майже до 60 ° пн.ш., а вздовж Обі - на північ до гирла Північної Сосьви, далі проходить по південному схилу Сибірських увалів до Єнісею в районі Підкам'яної Тунгуски. Тут межа круто повертає на південь, проходить уздовж Єнісею, йде по схилах Західного Саяна, Туви та Алтаю до кордону з Казахстаном.

На Далекому Сході межа мерзлоти йде від Амура до устя Селемджи (лівої притоки Зеї), потім по підніжжя гір лівобережжя Амура до його гирла. Мерзлота відсутній на Сахаліні і в прибережних районах південної половини Камчатки. Плями мерзлоти зустрічаються південніше кордону її поширення в горах Сіхоте-Аліна і в високогір'ях Кавказу.

В межах цієї великої території умови розвитку мерзлоти не однакові. Північні і північно-східні райони Сибіру, ​​острова азіатського сектора Арктики і північний острів Нової Землі зайняті суцільний низькотемпературної багаторічної мерзлотою. Південна її границя проходить через північну частину Ямалу, Гиданський півострова до Дудинці на Єлисея, потім до гирла Вилюя, перетинає верхів'я Индигирки і Колими і виходить до узбережжя Берингової моря південніше Анадиря. На північ від цієї лінії температура шару многолетнемерзлих порід становить -6 ... -12 ° С, а його потужність досягає 300-600 м і більше. Південь і на захід поширена мерзлота з островами таликов (талого грунту). Температура мерзлого шару тут вище (-2 ... -6 ° С), а потужність зменшується до 50-300 м. Поблизу південно-західній околиці області поширення мерзлоти зустрічаються лише окремі плями (острова) мерзлоти серед талого грунту. Температура мерзлого грунту близька до 0 ° С, а потужність менш 25-50 м. Це - острівна мерзлота.

У мерзлої товщі концентруються великі запаси води у вигляді підземних льодів. Частина їх утворилася одночасно з вміщають породами (сингенетичні льоди), інша - при замерзанні води в раніше накопичених товщах (епігенетичні).

Велика потужність багаторічної мерзлоти, знахідки в ній добре збережених мамонтів свідчать про те, що багаторічна мерзлота - продукт досить тривалого накопичення холоду в товщах гірських порід. Переважна більшість дослідників вважає її реліктом льодовикових епох. Сучасний клімат на більшій частині території розповсюдження мерзлоти лише сприяє її збереженню, тому найменше порушення природної рівноваги веде до її деградації. Це необхідно враховувати при господарському використанні території, в межах якої поширена мерзлота.

Багаторічна мерзлота впливає не тільки на підземні води, режим і харчування річок, поширення озер і боліт, а й на багато інших компонентів природи (рельєф, ґрунти, рослинність), а також на господарську діяльністьлюдини. При розробці корисних копалин, прокладання доріг, будівництво, при проведенні сільськогосподарських робіт необхідно ретельно вивчати мерзлий грунт і не допускати його деградації.

Види багаторічної мерзлоти і процеси викликані багаторічною мерзлотою на території Росії

Як вже було зазначено, приблизно 65% території Росії мають вічній грунти, тому будівництво споруд в подібних умовах є актуальною проблемою.

Термін вічна мерзлота слід представляти в тимчасовому періоді порядку декількох сотень років і більше, а в загальному випадку, відповідно до часу існування мерзлоти, слід розглядати такі структури:

• Вічній грунти, існуючі століття і тисячі років.
  
• Багаторічномерзлі (м.м.), існування роки, десятки років.
  
• Сезонна мерзлота, існування годинник, добу.
  

Хмарно мерзлота

Даний вид мерзлоти зустрічається на крайній півночі Росії. Схема існування суцільний мерзлоти з основними прийнятими позначеннями, представлена ​​в схемі:

	Схема існування суцільний мерзлоти з основними прийнятими позначеннями

Шарувата мерзлота (деградація суцільний мерзлоти)

Даний вид мерзлоти зустрічається в окремих місцях і не має чіткої теорії походження. Однією з теорій передбачається, що цей вид

стався в результаті деградації суцільний мерзлоти.

Можливо, виникла тектонічна тріщина, через яку пройшла вода (тепло), і відтанув шар грунту з більшою теплопровідністю.

Цікаво відзначити, що ще здавна дослідники ставили питання про потужності шару багаторічної мерзлоти. Так в 1827 р в Якутську російський купець Федір Шергін (службовець Російсько-Американської компанії) вирішив прокапали мерзлий грунт для колодязя і добути воду. Згодом він побився об заклад. Розробивши приблизно 100 м - мерзлий грунт ні пройдено. В результаті Федір Шергін практично розорився. Російська Академія наук зацікавилася цим і виділила гроші для продовження робіт - цих грошей вистачило ще приблизно на 15 м проходки. Таким чином, було розкопано колодязь глибиною H = 116,4м - за 16 років. Цей колодязь зветься «Шергінская шахта» і до сих пір знаходиться майже в центрі м Якутська. В подальшому дана шахта послужила об'єктом для науково-дослідних робіт. Теплотехнічними розрахунками була визначена потужність багаторічномерзлі шару в даному місці, Яка склала приблизно 500 м.

острівна мерзлота

Такий вид мерзлоти з розмірами в плані від десятків до декількох сотень метрів і глибиною до 10 і більше метрів, зустрічається в районі Сибіру (північна частина Красноярського краю, Іркутської, Читинської областей).

	Схема існування острівної мерзлоти на тлі талого грунту

Часто буває важко геологічними дослідженнями точно визначити розташування такої мерзлоти. Чи не облік (не визначено положення) даної мерзлоти може викликати значні труднощі при зведенні споруд в цих районах. Необхідно проводити більш точну (детальну) геологічну розвідку.

лінзова мерзлота

Підступність даного виду мерзлоти, що зустрічається в південних районах Сибіру, ​​наочно представлено на схемі 4. Розміри такої мерзлоти в плані можуть становити десятки метрів, а потужність не перевищувати декількох метрів. Такі лінзи на тлі талого грунту небезпечні тим, що їх дуже складно визначити. Якщо при спорудженні будівлі лінза не була визначена, і будівля хоча б частково буде накривати лінзу, то в процесі експлуатації теплові потоки від будівлі викличуть деградацію (відтавання) лінзи, що спровокує непрогнозовані нерівномірні опади.

Якщо простежити за зміною багаторічної мерзлоти в Сибіру з Півночі на Південь, то можна послідовно зустріти всі перераховані види мерзлоти. Однак лінзова мерзлота може утворитися і «штучно» на забудовуються територіях за умови порушення теплообміну між поверхнею грунту і атмосферою.

Так, наприклад, ще в м Іркутську в 1925 р були зареєстровані випадки освіти лінз мерзлого грунту. Будівництво будівлі тут було розпочато в 1917 р і потім законсервовано на 8 років. В результаті під будівлею утворилася лінза мерзлого грунту, яка після початку експлуатації будівлі почала танути, що спричинило за собою нерівномірні опади і аварійну ситуацію в будівлі. Подібні явища були виявлені в м Братську та м Шелехова (Іркутська область).

Слід привести результати експерименту, який був поставлений в м Братську (Рощин В.В.) (див. Схему 5). Над поверхнею грунту був побудований навіс розміром 11 м на 24 м (така конструкція через неможливість попадання сонячних променів на грунт, порушувала природний теплообмін в підставі).

Схема дослідної майданчику по вивченню умов штучного утворення лінзи мерзлого грунту

Поперек навісу з півночі на південь були пробурені дослідні свердловини, що дозволяють визначати глибину промерзання (відтавання) грунту. Спостереження показали розвиток наступного процесу:

• Через 1 рік існування навісу протаіваніе грунту закінчилося до кінця вересня.
  
• Через 2 роки існування навісу протаіваніе грунту закінчилося до кінця листопада.
  
• Через 3 роки існування навісу протаіваніе грунту не відбувалося, так як під навісом утворилася лінза мерзлого грунту.
  

Таким чином, дані дослідження наочно показали, наскільки чутлива природне середовище до зовнішніх впливів.

Якщо пробурити свердловину в мерзлому ґрунті, то ми побачимо наступну картину (див. Схемау 6) зміни температури грунту по глибині (z)

Схема сезонних змін температури діяльного і вічній грунтів по глибині підстави в різні періоди часу

У літній період надмерзлотних шар грунту (діяльний шар) матиме позитивну температуру, тобто буде перебувати в талому стані. З початком зимового періоду, при зниженні температури повітря і поверхні грунту до від'ємного значення, надмерзлотних шар грунту почне промерзати.

Річні зміни амплітуди температури даного шару по глибині підстави досягнуть величини Н 0, нижче якої грунт буде знаходитися практично при постійній мінусовій температурі ≈-4 ° C (багаторічна мерзлота).

При циклічному дії негативною і позитивної температурина грунт, в останньому можливо три стадії:

1. Замерзання.
2. Мерзлої стан.
3. Відтавання.
   

Щорічне відтавання і промерзання діяльного шару грунту

Промерзання діяльного шару в зимовий період може відбуватися не на всю глибину, в цьому випадку говорять про несліваемий мерзлоті, так як між діяльним шаром і багаторічної мерзлотою буде знаходитися прошарків талого грунту.

Схема несліваемий діяльного шару грунту і можливість прокладки інженерних комунікацій в цих умовах

Наявність прошарку талого грунту прі не сливающемся діяльному шарі, важливо з точки зору можливості прокладки в цьому шарі інженерних комунікацій. Інженерні мережі, прокладені в талому шарі грунту, не зазнаватимуть деформацій, пов'язаних з промерзанням і відтаванням і тому економічно вигідні.

В процесі промерзання і відтавання можуть відбуватися деформації грунту, які досягають 20 ... 30% і більше. Вода при замерзанні збільшується всього на ≈ 9%, проте в природних умовах дане явище пояснюється міграцією вологи (переміщення грунтової води з нижчих талих шарів до фронту промерзання), яка у великій мірі проявляється в глинистих ґрунтах. Це явище призводить до морозному пученію грунтів.

Пученіє грунтів при промерзанні

Необхідно відзначити, що це дуже важлива проблема, з дозволом якої будівельники дуже часто зустрічаються не тільки в районах багаторічномерзлі грунту, але і в районах глибокого сезонного промерзання. Тому про це треба говорити окремо.

Необхідно згадати, що вперше з цим питанням будівельники зустрілися при будівництві залізниць на півночі Росії (Сибіру). При сливающемся діяльному шарі, пученіє глинистих ґрунтів, внаслідок міграції вологи з нижчих ще талих шарів до фронту промерзання, призводить до зневоднення нижчого шару.

Схема зливається діяльного шару і розвиток в ньому явища здимання грунту

Якщо позначити: h обдиманні. - величину здимання грунту; Н пр. - товщину промерзає діяльного шару (Д.С.), то активна зона здимання (Н акт) (див. Епюру на схемі) чисельно складе: Н акт ≈ 2/3 Н пр.

Це явище має велике значення, оскільки дозволяє розміщувати інженерні мережі в обезвоженном - НЕ пучинистом шарі (нижня 1/3 Н пр.), Без побоювання їх деформацій.

Осадка при відтаванні діяльного шару грунту

При промерзанні грунт змерзається з поверхнями фундаментів, а потім при обдиманні деформує їх. Це часто призводить до переміщення фундаментів. Надалі, при відтаванні грунт втрачає свої властивості міцності, значно збільшується стисливість (виникають просадки). Можливий також випор такого грунту з під підошви фундаменту (втрата стійкості - не виконання умов I граничного стану).

Освіта полою

На Півночі часто можна було побачити таку картину, коли криги раптово виникали під експлуатованими будинками.

Схема найбільш ймовірного утворення полою при сливающемся діяльному шарі і високому рівні грунтових вод

Пояснюється це тим, що під будинком глибина промерзання при сливающимся діяльному шарі (Д.С.) значно менше (теплове вплив будівлі), ніж на відкритій поверхні. Це призводить до утворення напірних вод (при високому У.Г.В. і зливається діяльному шарі), які можуть прориватися, і, витікаючи через вікна і двері, замерзаючи на поверхні, утворити полій.

Особливо великої шкоди криги, що утворюються в період промерзання діяльного шару, приносять дорогах.

При промерзанні діяльного шару (зливається мерзлота), грунт, перш за все, промерзне під дорогою (вплив кюветів). Інша частина діяльного шару буде перебувати в стадії промерзання. В результаті виникає рух напірних вод по схилу і можливий прорив їх на поверхню з утворенням криги.

Найбільш ефективним є застосування спеціальних заходів, тобто штучне створенняумов, що сприяють швидшому промерзання грунту в необхідному для нас місці. Використовується розчищення поверхонь від снігу, зняття рослинного шару, і т.д. В результаті під очищеним місцем відбувається швидке промерзання і злиття діяльного шару з багаторічною мерзлотою. Даний захід зупиняє рух напірних вод в сторону дороги і якщо відбувається утворення криги, то в даному місці вона не робить негативний вплив на експлуатований дорогу.

Перебіг схилу. явище солифлюкции

Явище солифлюкции або протягом схилу в результаті процесів промерзання і відтавання.

соліфлюкція(Лат. Solum - грунт і fluctio - витікання) - стікання ґрунту, перенасиченого водою, по мерзлій поверхні зцементованого льодом підстави схилів. Соліфлюкція спостерігається в різних природних зонах. Явище широко поширене в зонах з багаторічномерзлими або глибоко і тривало промерзають ґрунти (тундра, лісотундра, Середня і Східна Сибір, Канада, високогір'я). Мелкоземістих почвогрунтовой покрив насичується вологою від талого снігу або дощів, стає важким, стає в'язкопластичні і починає рухатися вже при ухилах в 2-3 ° по ще не відтанула слизькій поверхні мерзлого підстилаючого шару, прискорюючи при збільшенні ухилів від декількох сантиметрів до метра в рік. При цьому на схилах виникають фестончатие напливи, невисокі гряди і цілі соліфлюкціонние тераси навіть на схилах з деревостанів (переважно з модринових), що створює п'яний ліс.

Виділяється два типи кріогенних зсувів:

1. криогенні зсуви ковзання - зміщення протаявшую порід сезонно-талого шару (СТС) по межі поділу мерзлої-талое;

2. криогенні зсуви течії (швидка солифлюкция) - процес розрідження порід сезонно-талого шару (СТС) і їх вузького / вязкопластіческого течії по поверхні багаторічних мерзлих порід (ММП).

Якщо взяти на поверхні схилу діяльного шару точку А, то при промерзанні в результаті здимання вона отримає переміщення в точку В. Потім при відтаванні під дією сил гравітації точка В опуститься і виявиться в положенні точки С. Таким чином, в результаті сезонної зміни температур точка А в кінцевому підсумку переміститься в точку С, тобто можливе поступове сповзання схилу.

Навіть один і той же схил може мати ділянки поверхні з різним ухилом. У цьому випадку більш круті ділянки схилу матимуть більшу швидкість (V 1) сповзання, в порівнянні зі швидкістю (V 2) на більш пологих ділянках. В результаті на ділянках з меншою швидкістю течії схилу, частинки грунту будуть поступово накопичуватися, аж до повної зупинки (горизонтальну ділянку з V 2 = 0).

Мерзлотно-морфолігіческіе освіти: а -нагорние тераси; б - Курум; в - кам'яна річка; г - соліфлюкціонние (натічні) тераси; д - соліфлюкціонние вал; е - пористі форми структурних грунтів; ж - трещинние морозні полігони; з - полігональні грунти	Схема розвитку нерівномірного процесу течії схилу в діяльному шарі грунту

Таким чином, утворюються своєрідні «хвилі рельєфу схилу», що йдуть вгору, в той час як соліфлюкаціонний шар тече вниз.

Круті схили плато Кваркуш (Красновишерский район Пермського краю) і чергування сезонів замерзання - відтавання провокують формування кам'яних осипів (курумов) і площинне протягом грунту (соліфлюкція)	Оголення викопного підземного льоду на арктичному узбережжі Якутії

Зміна температури у верхніх шарах вічній грунтів

Нижче глибини Н 0 - амплітуди нульових температур вічній грунт буде знаходитися при постійній мінусовій температурі ≈-4 ° с. Така постійна температура забезпечена практично на глибині ≈15 м (глибина нульових амплітуд).

Мерзлий грунт являє фактично тверде тіло. Міцність (R) мерзлого грунту практично лінійно залежить від його температури R = f (t ° C). При зміні температури верхніх шарів зміниться і міцність, чим вище температура, тим менше міцність.

Просадка при відтаванні шару вічній грунту

Це явище у будівельників є свого роду бичем. При відтаванні Багаторічномерзлі грунту міцності грунту різко падають, це явище необхідно враховувати при будівництві будівель в подібних місцях.

В одному з селищ північній експедиціїбуло помічено наступне явище. Прокладали дорогу, але як тільки всюдихід кілька разів проходив по одному місцю на цьому місці утворювався яр. Всюдихід при своєму русі гусеницями зривав поверхневий шар моху. Грунт оголявся і починав відтавати під дією сонячних променів. Мох грав роль теплоізоляції, а оскільки в шарі мерзлого грунту знаходився лід, то при розморожуванні це спричинило за собою просідання - лавиноподібне розвиток деформацій (див. Графік е = е (s)) під власною вагою (освіта яру).

Схема розвитку процесу просідання відтає підстави з характерною компресійної залежністю

У лабораторії мерзлотоведения Ігарской науково-дослідної станції був поставлений такий своєрідний експеримент (Далматов Б.М.). Приміщення лабораторії виконано безпосередньо в мерзлому ґрунті. Світло з однієї лабораторії проникав через двометрову товщу в іншу лабораторію, створюючи при цьому деяку освітленість. Світло проникало по прошаркам льоду, окремі включення якого становили 20 см товщини.

Немає сумнівів, що при відтаванні такий грунт буде мати просадними властивостями. При проектуванні будинків на подібних грунтах необхідно користуватися «Інструкцією з розрахунку осад відтають і талих грунтів у часі» (1967-1976 р НДІ підстав і фундаментів).

Освіта морозобійних тріщин в діяльному і вічній шарах грунту

При промерзанні оголених від снігу поверхонь грунту (різке зниження температури) відбувається його об'ємне зменшення, що супроводжують часто освіту клинчастих щілин (тріщин). Глибини цих щілин - тріщин досягають декількох метрів, а ширина розкриття - 10 ... 15 см. Морозобойное тріщини перетинають не тільки діяльний шар, але проникають і в багаторічну мерзлоту. У тріщини з плином часу проникає вода, яка потім перетворюється в лід, а це сприяє подальшому зростанню утворилася морозобойное тріщини.

Такі морозобойние тріщини призводять до зміни глибини промерзання. Можуть завдати шкоди дорожньому полотну, будівлям, інженерних мереж.

Багаторічна мерзлота і сучасний клімат

Під кінець XX століття проблема змін клімату в бік глобального потепління стала однією з центральних, що хвилюють світову громадськість. Підвищення температури повітря більша частина вчених-кліматологів пов'язує з усе зростаючими промисловими викидами в атмосферу двоокису вуглецю, метану, і інших газів, що викликають парниковий ефект. Ще недавно, всього кілька років тому, ряд великих кліматологів прогнозував підвищення температури повітря на Півночі на початку XXI століття на 10-15 градусів Цельсія. Вчений-уфолог А.К.Прійма навіть передбачав, що при такому різкому потеплінні клімату третина людства може загинути від посух і катастроф.

Аналіз метеорологічних даних по ряду країн Північної півкулі (Росія, Канада, США-Аляска, Китай) підтверджує, що в останні 25-30 років дійсно відбувається потепління клімату, хоча і більш помірне. Підвищення температури повітря за цей період в більшості регіонів Росії становить 1-1,2 градуса Цельсія. За даними Американського геофізичного союзу, за 1991-1997 роки глобальна температура повітря підвищилася на 0,62 градуса Цельсія. В останні 3-4 роки потепління клімату міг відчути кожен росіянин середньої смуги нашої країни: тут жаркі і сухі літні сезониі м'які зими слідували один за одним.

Потепління клімату призводить, в свою чергу, до відтавання вічної мерзлоти і звільненню газів (особливо метану), похованих в мерзлоті, і їх додатковому надходженню в атмосферу. Не випадково в газетних повідомленнях останніх років з'явилися застережливі заголовки: «Метанова бомба у вічній мерзлоті». Численні дослідження з проблеми глобального потепління клімату проводились і проводяться в рамках тематичних планів інститутів, державних і міжнародних програм.

Господарське значення області багаторічної мерзлоти, або кріолітозони, як її називають мерзлотоведи, важко переоцінити. Це - стратегічний тил економіки Росії, її паливно-енергетична база та валютний цех. Північний край країни населений вкрай бідно. На величезних просторах арктичних холодних пустель, тундри, лісотундри, тайги і гірських степів, на рівнинах, плоскогір'ях і в горах на один квадратний кілометр припадає менше однієї людини. У Ямало-Ненецькому національному окрузі цей показник дорівнює 0,6 чол. на кв. км, в Корякії і на Чукотці - 0,1-0,2, а в Евенкії і на Таймирі і зовсім 0, 03-0,06.

Проте не можна забувати, що в межах кріолітозони Росії зосереджено більше 30% розвіданих запасів всієї нафти країни, близько 60% природного газу, незліченні поклади кам'яного вугілляі торфу, велика частина гідроенергоресурсів, запасів кольорових металів, золота і алмазів, величезні запаси деревини і прісної води. Значна частина цих природних багатств вже залучена в господарський оборот. Створена дорога і вразлива інфраструктура: нафтогазопромислові об'єкти, магістральні нафто- і газопроводи протяжністю в тисячі кілометрів, шахти і кар'єри, гідроелектростанції, зведено міста та селища, побудовані автомобільні дороги та залізничні дороги, аеродроми і порти. На вічній мерзлоті стоять Магадан, Анадир, Якутськ, Мирний, Норильськ, Ігарка, Надим, Воркута, навіть у межах Чити є острови вічної мерзлоти. В даний час добре розроблені методи прогнозування наслідків будівництва будівель і споруд на вічній мерзлоті. Однак не тільки діяльність людини змінює мерзлотние умови. В набагато більших масштабах впливають на мерзлі товщі важкопередбачувані зміни клімату.

Прогресивне відтавання мерзлих порід може обернутися катастрофічними наслідками. Справа в тому, що верхні горизонти вічній порід потужністю від 2-5 до 30-50 м і більше містять лід у вигляді дрібних лінзочек і жилок, а також великих покладів в вигляді клиноподібної решітки (полігональної в плані) або пластових покладів потужністю до 30- 40 м. На деяких ділянках північних рівнин лід складає до 90% обсягу мерзлих порід.

Великі крижані жили в вічній породах.Хребет Кулар, Північна Якутія

Відтавання льдонасищенних порід буде супроводжуватися осіданням земної поверхні і розвитком небезпечних мерзлотних (кріогенних) геологічних процесів: термокарста, термоерозіі, солифлюкции і ін. Цілі регіони з низькими абсолютними відмітками поверхні виявляться затопленими морем. Виникне загроза руйнування будівель та інженерних споруд, зведених з збереженням мерзлого підстави. Такі наслідки потепління клімату стануть руйнівними для економіки.

Мерзлотоведи в стані кількісно оцінити прийдешні зміни вічної мерзлоти на будь-який термін часу і запобігти багатьом шкідливі їх наслідки, звести до мінімуму витрати на стабілізацію мерзлотной обстановки, але тільки в тому випадку, якщо достовірно відомі вихідні кліматичні параметри. Заковика в тому, що кліматичні прогнози ще далекі від досконалості, що пояснюється складною природою змін погоди і клімату. Клімат постійно зазнає природні зміни. У 1625 р сер Френсіс Бекон звернув увагу на те, що крім добових і сезонних змін метеорологічних елементів є ще численні багаторічні цикли їх зміни.

У 1957 р Дж.К.Чарлсуерт вже налічував близько 150 циклів коливань клімату різної тривалості. А.С.Монін і Ю.А.Шішков виділяють мільярдолітній цикли, цикли тривалістю в сотні і десятки мільйонів років і більш дрібні (в історико-геологічному розумінні) коливання з періодом від десятків тисяч до десятків років. Добре відомі короткоперіодні коливання метеорологічних елементів: 9-14-річні, 5-6-річні і ін. Всі разноперіодние цикли зміни клімату і погоди накладаються один на одного і створюють складний інтегральний хід зміни метеорологічних елементів. В останні два-три десятиліття на природні кліматичні цикли все помітніше стали накладатися спрямовані зміни, пов'язані з техногенезом.

На жаль, достовірність і виправданість довгострокових метеорологічних прогнозів поки залишають бажати багато кращого. У підсумку результати прогнозів клімату виходять суперечливі, що, в свою чергу, викликає неоднозначність в мерзлотних прогнозах. Розрізняються сценарії значного потепління клімату області вічної мерзлоти в XXI столітті (М.И. Будико, О.А.Анісімов, М.К.Гаврілова, Ф.Е.Нельсон) і помірного потепління (Е.П.Борисенков, А.В. Павлов), є навіть сценарій похолодання (Н.А.Шполянская). Сценарії значного потепління клімату поширюються на територію вічної мерзлоти лише з урахуванням найзагальніших її властивостей. За М.К.Гавріловой, до середини майбутнього століття середньорічна температура повітря в Сибіру і на Далекому Сході підвищиться на 4-10 градусів Цельсія, внаслідок чого вічна мерзлота буде відтавати і з часом збережеться тільки в високих горахі на рівнинах півночі Східного Сибіру і Далекого Сходу. О.А.Анісімов і Ф.Е.Нельсон вважають, що збільшення глобальної температури повітря на 2 градуси Цельсія призведе до повного відтавання мерзлих порід на 15-20% території кріолітозони. Метеорологічні дані за останні 10-15 років показують, що екстремальні сценарії зміни клімату не виправдовуються, потепління йде, але більш скромними темпами.

При обгрунтуванні сценаріїв помірного потепління клімату, крім даних метеостанцій, використовуються також результати спостережень на геокриологических (мерзлоти) стаціонарах, де одночасно з метеорологічними вимірами досліджуються тепловий режим ґрунтів, сезонне промерзання - протаіваніе і мерзлотние процеси (А. В. Павлов). Таке поєднання підвищує достовірність мерзлотно-кліматичних прогнозів. Зупинимося на цій проблемі детальніше.

До недавнього часу мережа метеостанцій на півночі Росії була досить разветветвленной; тривалість метеорологічних вимірювань в нашій країні досягає 180 років. Крім того, до початку 1990 р тут існувало близько 25 геокриологических стаціонарів - опорних пунктів моніторингу кріолітозони.

При вивченні багаторічних коливань сучасного клімату необхідно осередненою метеорологічні дані за ряд сусідніх років, щоб виключити випадкові варіації. Найбільш часто вибирають період осереднення в 10 років.

Можна виділити два періоди з чітко вираженим підвищенням температури повітря на Півночі: з кінця XIXстоліття по 1940-і роки XX століття (цей період називається «потеплінням Арктики») і з середини-кінця 1960-х років до теперішнього часу. Останнє (сучасне) потепління поки не досягає розмірів «потепління Арктики». Більш того, на початку 1990-х років на ряді арктичних метеостанцій спостерігалося помітне похолодання. Однак наступні роки виявилися досить теплими, що стало причиною збереження загальної тенденції потепління клімату в наші дні.

Відхилення середніх ковзних 10-річних значень середньорічний (1), среднелетней (2) і среднезімніх (3) температур повітря від норми в Салехарді (північ Західного Сибіру)

Темп підвищень середньорічної температури повітря за останні 25-30 років становить 0,02-0,03 градуса Цельсія в рік в умовах Європейського Півночі, 0,03-0,07 - на півночі Західного Сибіру і 0,01-0,08 градуса Цельсія в рік - в Якутії. Саме підвищення температури повітря за цей період змінюється від 0,4 до 1,8 градуса Цельсія. Потепління клімату обумовлена ​​головним чином підвищенням зимової температури повітря.

Якщо тенденція до кліматичного потепління збережеться в першій половині XXI століття, можна очікувати підвищення середньорічної температури повітря до 2020 року на 0,9-1,5 градуса Цельсія і до 2050 року на 2,5-3 градуси Цельсія. Атмосферні опадидо цих же років зростуть на 5 і 10-15%, відповідно.

Аналіз даних моніторингових спостережень і геотермічних досліджень свідчить про широко поширеною деградації верхніх горизонтів кріолітозони (підвищення температури вічній порід, зменшення їх площі, зростання глибини сезонногопротаіванія) за останні 15-25 років.

Як наочний приклад відбуваються термічних змін до криолитозоне використовуємо дані спостережень стаціонару Марр-Салі (Західний Ямал), розташованого на ділянці однойменної метеостанції. Тут майже на всіх експериментальних майданчиках зафіксовано підвищення температури мерзлих порід на глибині 10 м за 1979-1998 роки.

Воно змінювалося від 0,1 до 1 градуса Цельсія. Тільки в смузі поверхневого стоку води (майданчик 34) багаторічні зміни температури порід практично не відзначалися.

За результатами геотермічних досліджень виявлено, що сучасне потепління порід досягає глибин у десятки метрів. Розгляд матеріалів спостережень того ж стаціонару Марре- Салі показує, що незважаючи на великі междугодовие варіації глибини сезонногопротаіванія, в цілому виявляється слабка тенденція до її зростання за 1978-1998 роки. Прогнозована глибина сезонногопротаіванія на 2020 рік зросте на Півночі всього на 15-20 см в пісках, а в супісках, глинах і торфу ще менше. Прогнозовані регіональні підвищення температури поверхні порід не перевищать 1,4 градуса Цельсія на 2020 (2025) та 2,3 градуса Цельсія на 2050 рік.

Ймовірні зміни вічної мерзлоти в Росії при потеплінні клімату до 2020 і 2050 рр.

На малюнку показана еволюція вічної мерзлоти в Росії в тому випадку, якщо виправдаються наведені вище прогнозні оцінки потепління клімату на Півночі в XXI столітті. Виділено 4 зони, що відрізняються різним ступенем і неоднаковими термінами початку повсюдного глибокого відтавання вічній порід згори.

За початок глибокого відтавання мерзлих порід прийнятий момент, коли шар грунтів, відтанули за літо, взимку промерзне не повністю і покрівля вічній порід почне прогресивно знижуватися. Часовий інтервал, за який вічній породи Отта повністю, залежить не тільки від потепління клімату, але також від складу і льдистости порід, їх температури і потужності, від теплопритоків знизу (із земних надр).

Танення може тривати роками, десятиліттями, сотнями і тисячами років.

При складанні карти-схеми (див. Рис. 3) враховувалося, що на однакові зміни глобального клімату вічна мерзлота в різних ландшафтних умовах буде реагувати по-різному. Найбільший внесок в різноманітність реакції мерзлоти на атмосферні дії вносить рельєф земної поверхні. На карті показані три категорії рельєфу: рівнини, плоскогір'я і гори.

Перша з півдня зона - це території, на яких вічна мерзлота до 2020 року буде відтавати зверху повсюдно, де вона розвинена. Ця зона сформується тільки в межах Західно-Сибірської низовини, на південній межі сучасної кріолітозони. Тут в даний час зустрічаються рідкісні острови-лінзи вічній порід з температурою вище -0,5 градуса Цельсія, приурочені до торфовищах. Після їх відтавання південний кордон кріолітозони відступить на північ на 300 км і більше, танення спучених льодом торфовищ супроводжуватиметься інтенсивними осіданням їх поверхні, але серйозних змін у природне обстановку і діяльність людини це не внесе: вічній торфовища зустрічаються рідко і в господарську діяльність практично не залучені .

Друга зона - території, де вічній породи будуть повсюдно танути до 2050 року. На півночі європейської частини Росії кріолітозона до цього часу відступить в північній або північно-східному напрямку на 50-100 км, в Західному Сибіру - на 100- 250 км, на півдні Среднесибирского плоскогір'я - на 600 км. В горах зміни криолитозони будуть мінімальними: острови вічній порід будуть відтавати повсюдно тільки на Енисейской кряжі і в невеликій частині гір Південного Сибіру і південно-східного Забайкалля. Як і в попередній зоні, наслідки відтавання мерзлих порід виявляться незначними: зникнуть острови і невеликі масиви мерзлих порід в самих незручних для людини урочищах - торфовищах, на сильно замшілих ділянках тайги, на затінених днищах вузьких, глибоких долин, на схилах північної експозиції. Сучасна температура цих порід не нижче -1 градуса Цельсія.

Третя зона об'єднує території, де до 2050 року глибоке відтавання вічній порід почнеться не повсюдно. Сучасна температура вічній порід тут змінюється в основному в межах від -1 до -5 градусів Цельсія. Відтавати будуть тільки малольдістие породи з температурами не нижче -1 ... -1,5 градуса Цельсія. Це переважно піски та скельні породи. Ширина зони часткового відтавання вічній порід на півночі європейської частини Росії досягне 30-100 км, на півночі Західного Сибіру - 40-200 км, у Східному Сибіру - 240-820 км.

Зона включає в себе також частину низьких гір Південного Сибіру, ​​Забайкалля, півдня Далекого Сходу і Камчатки до 60-62 градусів північної широти.

У четверту зону, зону відносно стабільних вічній порід, входить північна частина криолитозони з самими низькими температурамипорід - від -3 до -16 градусів Цельсія. Потужність їх вимірюється сотнями метрів. При прогнозних масштабах потепління клімату глибоке протаіваніе мерзлих порід на цій території виключається. Незначно збільшиться лише площа таликов.

Таким чином, на основі вищенаведених даних можна зробити висновок про зміни криолитозони Росії до середини XXI століття. Через 50 років температура поверхні грунтів підвищиться на 0,9-2,3 С 0, а глибина сезонногопротаіванія збільшиться на 15-33%. В результаті цього південна границя кріолітозони на рівнинах і плоскогір'ях відступить на північ і північний схід на 50-600 км. Якщо до зон повного відтавання вічній порід додати зону часткового їх танення, то в цілому утворюється смуга деградації вічної мерзлоти, ширина якої на півночі європейської частини Росії досягне 50-200 км, в Західному Сибіру - 800 км і в Східному Сибіру - 1500 км. Сильно скоротяться, але повністю не зникнуть острови і масиви вічній порід в горах Забайкалля, півдня Далекого Сходу і на Камчатці.

Негативні наслідки кліматичного потепління будуть відзначатися на всій території криолитозони: посилення деградації мерзлих товщ як по вертикалі, так і в плані; порушення функціонування природно-технічних систем, при проектуванні яких не була врахована можливість глобального потепління клімату і деградації мерзлоти. На території, де вічній породи відносно стабільні (третя і четверта зони на рис.3) через високу льдистости верхнього горизонту мерзлих порід навіть невелике збільшення глибини сезонногопротаіванія призведе до активізації таких руйнівних мерзлотних процесів, як термокарст, термоерозіі і солифлюкция. Посиляться процеси руйнування берегових уступів арктичних морів. Економіка Півночі вимагатиме додаткових витрат для забезпечення схоронності мерзлого підстави будівель і інженерних споруд.

Очікуване до середини XXI століття потепління клімату і кріолітозони можна порівняти з потеплінням в період голоценових кліматичного оптимуму 4600-8000 років назад, коли південна межа кріолітозони відступила на північ і зайняла положення, близьке до прогнозованого її положенню в 2050 г. На територіях, де вічна мерзлота зберігалася , збільшувалася глибина сезонногопротаіванія. Аналіз будови верхнього горизонту вічній порід дозволяє встановити глибину сезонногопротаіванія в цей час. В арктичних і високогірних районах вона опинилася на 20-40% більше сучасної глибини, тобто порівнянної з прогнозованою величиною приросту потужності сезонноталого шару до 2050 року. Подібний збіг зайвий раз підтверджує реальність запропонованого сценарію потепління клімату і кріолітозони.

Регіональні закономірності інженерно-геологічних умов і районування сибірської платформи

Формаційні і геолого-структурні особливості.Інженерно-геологічне районування Сибірської платформи необхідно для встановлення на її території закономірностей просторової мінливості інженерно-геологічних умов. Це завдання може бути успішно вирішена при строгому дотриманні історико-генетичних принципів вивчення і систематизації всіх факторів, що визначають інженерно-геологічні умови території. В основі регіонального інженерно-геологічного районування Сибірської платформи лежить інженерно-геологічний аналіз гірських порід і доданків ними комплексів, вивчення закономірностей їх поширення в земній корі.

Сучасний інженерно-геологічний вигляд гірських порід цієї території сформувався під впливом складного тектонічного режиму і кліматичної обстановки протягом усіх етапів геологічного розвитку. На основі сучасних уявлень про геологічну будовуСибірської платформи і законах її розвитку можна встановити генетичний зв'язок між будовою, складом, станом, фізико-механічними властивостями гірських порід і їх комплексів, приуроченість цих комплексів до певних геологічними структурами.

Сибірська платформа має двоярусне будова. Нижній структурний ярус складають сложнодіслоцірованние і сільнометаморфізованние формації архейского і раннепротерозойского віку, що утворюють фундамент платформи. На денну поверхню вони виходять, на Алданском і Анабарском щитах і в Ангаро-Канской частини Єнісейського кряжа. Верхній структурний ярус складний породами від позднепротерозойський до четвертинного віку.

Мерзлотно-гідрогеологічні умови.Закономірності розподілу і потужності багаторічномерзлих порід залежать головним чином від історико-кліматичних і геолого-структурних особливостей платформи. З огляду на динаміку зміни геокриологических умов в голоцені, на території Сибірської платформи можна виділити дві геокриологические зони: Північну і Південну. Кордон зон збігається з кордоном змикання позднеголоценових і плейстоценових кріогенних товщ і має велике інженерно-геологічне значення, так як розділяє територію з різними сучасними геокріологіческіх характеристиками (див. Додаток табл. 2). На кордоні потужність кріогенної товщі різко збільшується, підкреслюючи її різновікових. Поблизу кордону відбувається і перехід від суцільного поширення до острівного через перехідну зону переривчастого поширення мерзлоти. На південь від цієї лінії відсутні плейстоценові сингенетичні мерзлі породи і повторно-жильні льоди, але широко розвинені термокарст і псевдоморфози.

Попри всю різноманітність впливу регіональних і місцевих факторів на території Сибірської платформи простежується широтно-зональне зміна основних характеристик кріогенної товщі. У південних районах платформи температура мерзлих гірських порід змінюється від Про до -1 °, а потужність острівних масивів мерзлих порід - від 3 до 50 м. В північних районах платформи температура гірських порід знижується до -14 °, а криогенні товщі потужністю до 1500 м і більше залягають практично повсюдно. Площі таликов не перевищують тут кількох відсотків.

Внутрізональний неоднорідність геокриологических умов визначається впливом регіональних і місцевих факторів. Найважливіший з регіональних факторів - мобільність окремих районів в тектонічному відношенні. При оцінці ролі неотектонічних рухів з геокриологических позицій слід звертати особливу увагу на два аспекти: з одного боку, на істотну зміну рельєфу, а з іншого - на освіту і омолодження тектонічних розломів. Стійкі підняття (від 100 до 500 м) характерні для більшої частини території Сибірської платформи і обумовлюють платообразний розчленований рельєф, абсолютні висоти якого зазвичай не перевищують стелі інверсії температури повітря. В умовах зимового максимального тиску повітря підвищення температури гірських порід походить від днищ долин до вододілам. Висотний градієнт підвищення температури в середньому 2-3 ° / 100 м.

Тільки в областях, де тектонічні підняття досягали 500-1000 м (плато Путорана, Енисейский кряж, Ангаро-Ленское і Алданское плато), рельєф піднімається вище стелі інверсії температур повітря і широтно-зональні закономірності формування основних характеристик кріогенної товщі порушуються впливом висотно-поясних особливостей теплообміну. Тут вище стелі інверсії відзначається збільшення суворості геокриологических умов з підвищенням абсолютної висотимісцевості. Градієнт зниження температури гірських порід з висотою орієнтовно дорівнює 0,5-0,7 ° / 100 м. Зі збільшенням висоти на кожні 100 м потужність кріогенної товщі збільшується на 40-50 м. На вершинах гір Путорана температура порід досягає -15 °,Що на 7-8 °нижче зонально обумовлених (Фотієва і ін., 1974).

На більшій частині території корінні породи залягають практично з поверхні. Їх кріогенне будова визначається тріщинуватістю, пористістю і вмістом води до початку промерзання. Сильна трещиноватость, а отже, і льодистість корінних порід до глибини 30-50 м є характерною особливістю північної зони. Серед кріогенних процесів найбільш розвинені: кріогенне вивітрювання і сортування грунтів, схилові процеси, а також морозобойное розтріскування грунтів з утворенням повторно-жильних льодів і первинно-грунтових жив. Відносні опускання і акумуляція визначили геокриологические особливості великої Центрально-Якутській низовини. Промерзання потужних піщано-глинистих товщ тут в основному відбувалося синхронно з накопиченням відкладень, в результаті чого відкладення характеризуються значною льодистістю через лід-цементу і широкого розвитку потужних (до 50 м) сингенетичні повторно-жильних льодів. У зв'язку з високою льодистістю четвертинних відкладень і широким розвитком повторножільних льодів широко розвинені термокарстові процеси, морозобойное розтріскування і пученіє.

Підновлення старих і формування нових тектонічних розломів істотно відбилися на динаміці підземних вод і визначили особливості формування геокриологических умов на плато Путорана, уздовж східного борта Предверхоянского прогину, в межах Алданське щита. Специфіка геокриологических умов цих районів полягає в зменшенні (в порівнянні з зональними характеристиками) потужності товщ многолетнемерзлих порід, збільшенні їх уривчастості і підвищенні температури гірських порід.

На більшій частині платформи геокриологические умови знаходяться в тісному зв'язку з гідрогеологічними. У зв'язку з тим що в вертикальному розрізі гідрохімічні і гідродинамічні зони в різних гідрогеологічних структурах змінюються в різній послідовності, а потужність їх змінюється в широких межах, в процесі охолодження верхніх горизонтів земної кори нижче 0 о в суворій відповідності з умовами зовнішнього середовища формується різна за своїм будовою кріогенна товща.

Типи кріогенної товщі Сибірської платформи: 1-одноярусная I типу; 2-двох'ярусна II типу; 3-двох'ярусна III типу; 4-II, IV, VI типи; 5-II, III, VII і VIII типи; 6-підтип «б» кріогенної товщі II типу. Межі: 7-гідрологічних басейнів I порядку; 8-площ поширення різних типів кріогенної товщі; 9-площ поширення підтипів кріогенної товщі; 10-області багаторічномерзлих порід. А-артезіанські басейни з індексами 1-8 відповідно: Хатангський, Анабаро-Оленекксій, Котуйская, Оленекского, Тунгуський, Якутський, Ангаро-Ленський, Західно-Сибірський. Г-системи гідрогеологічних масивів з індексами 1-10 відповідно: Таймирськая, Хантайская, Анабарского, патом-Вітімське, Байкало-Чарская, Алданская, Верхояно-колімська, Східно-Саянская, Даурська

Кріогенна товща першого типу розвинена тільки в східній і південній частинахплатформи, в межах Якутського і Ангаро-Ленського артезіанських басейнів, а також в межах Єнісейської і Алданское систем гідрогеологічних масивів. Тільки в межах цих басейнів безпосередньо під товщею багаторічномерзлих порід, в тріщинах і порах гірських порід, залягають скупчення прісних вод переважно гідрокарбонатно складу для промислового і питного водопостачання.

Двох'ярусне кріогенна товща другого типу займає центральну і північну частини Сибірської платформи, в межах Анабаро-Оленекского, Котуйская, Оленекского, Тунгуського і Якутського ( Західна частина) Артезіанських басейнів. В межах цих басейнів безпосередньо під товщею багаторічномерзлих порід, в тріщинах і порах гірських порід - скупчення солоних вод і розсолів з мінусовою температурою переважно хлоридного складу. Мінералізація їх досягає 100-200 г / л і тільки в Анабаро-Оленекском басейні - 20-30 г / л.

Скупчення прісних вод гідрокарбонатно складу тут можуть бути виявлені тільки в межах некрізних таликов фільтраційного виду в руслах та заплавах великих річок, А також під ваннами великих промерзає прісних озер.
Двох'ярусне кріогенна товща третього типу розвинена на території Анабарской системи гідрогеологічних масивів, складеної щільними кристалічними породами. Тут по товщею багаторічномерзлих порід залягають морозні породи, тому скупчення прісних вод приурочені виключно до породам сезонноталого шару, а також до непрямим талики фільтраційного виду під руслами великих річок.

Складним будовою кріогенної товщі характеризується плато Путорана. Тут, на низьких вододілах і в долинах, розвинена товща другого типу, а у високогірних частинах третій, сьомий і восьмий типи, які характеризуються переважанням в розрізі морозних порід, тріщини і пори яких не містять ні води, ні льоду (на карті умовно показаний восьмий тип кріогенної товщі.) На цій території прісні подмерзлотние води, мабуть, взагалі відсутні.

Кріогенна товща четвертого і шостого типів приурочена в основному до низьких морським терасах і шельфу морів Північного Льодовитого океану. Ці типи кріогенної товщі характеризуються переважанням в розрізі скупчень негативно-температурних підземних вод морського генезису. Крім умовно показаного на карті четвертого типу в прибережних мілководних ділянках могла зберегтися реліктова, занурена в море, кріогенна товща другого типу.

До числа регіональних чинників, що впливає на умови формування геокріологіческіх обстановки, відноситься і літологія порід. В першу чергу слід звернути увагу на закономірності поширення на території області багаторічномерзлих порід, карбонатних порід і оцінити регіональні умови виникнення і розвитку карсту. Карстові і артезіанські басейни і артезіанські схили карстово-пластових вод служать, як відомо, областями концентрації джерельного стоку. Тому підземні води протягом всієї епохи охолодження чинили істотний протидія умов промерзання порід, обумовлюючи формування своєрідною геокріологіческіх обстановки.

Під впливом потужного отепляющее впливу карстових вод в цих районах відзначається більш висока температурагірських порід, значна уривчастість і невелика потужність кріогенних товщ. Прикладом можуть служити моноклінальние карстові басейни периферії Сибірської платформи, особливо на південних схилах Якутського, Ангаро-Ленського і Тунгуського артезіанських басейнів; в Алданское складчастої області Юхтінско-Иллимахскій і Гинамскій карстові басейни.

Серед місцевих чинників, що впливають на формування температури гірських порід і в меншій мірі на уривчастість і потужність кріогенних товщ, слід виділити: експозицію схилів, сніговий покрив, рослинність, склад і вологість четвертинних відкладень. Вони суттєво змінюють зональне значення температури гірських порід, в зв'язку з чим необхідно їх ретельне вивчення при інженерно-геокриологических дослідженнях в кожному районі окремо. Без цих відомостей важко, а іноді неможливо прогнозувати зміни геокріологіческіх обстановки в процесі освоєння території.

Будівництво в районах багаторічної мерзлоти

Особливості будівництва в зоні багаторічної мерзлоти.Будівництво будівель і споруд на півдні, де температура повітря не опускається нижче 5 градусів і будівництво в Сибіру розрізняються. Тут треба враховувати безліч різних чинників. Будинки, споруджені без урахування багаторічної мерзлоти, можуть через деякий час прийти в непридатність. Відбувається це тому, що влітку земля прогрівається нерівномірно на кілька десятків сантиметрів. При таненні грунт стає вологим, часом текучим. Він осідає, розповзається. Та частина будівлі, під якою грунт розм'як, осідає. Взимку грунт знову замерзає, вологий грунт спучується і будівля перекошується, а іноді і руйнується.

Наявність багаторічної мерзлоти в окремих районах нашої країни ставить перед вченими багато завдань, вирішення яких має велике практичне значення. Велика частина цих завдань вченими вже вирішена. за останні рокина півночі і сході нашої країни побудовані сотні міст і селищ. Багато з них стоять на багаторічній мерзлоті, стоять міцно, на віки. Згадаймо хоча б таке місто, як Норильськ, побудований за Полярним колом. Вулиці Норильська забудовані багатоповерховими будинками. У місті споруджено заводи, школи, лікарні, кінотеатри, житлові будинки.

Будинки ці стоять вже багато років, зведені на своєрідних «курячих ніжках» залізобетонних палях-стійках. Нижня частина їх йде вглиб, в шар вічної мерзлоти, а над поверхнею землі вони піднімаються не більше ніж на метр. Повітря вільно проходить під будівлею. Грунт взимку замерзає, влітку відтає, але на будівлі це не відбивається, так як залізобетонні палі міцно вмерзли своїми підставами в шар багаторічної мерзлоти, і вона тримає їх, як кліщами. Місто Норильськ з'єднаний залізницею з портовим містом Діденка, які виросли на берегах сибірської річки Єнісей. Ця залізниця найпівнічніша на земній кулі. У зоні багаторічної мерзлоти побудовані сотні рудників, що дають нашій країні вугілля, поліметалічні руди, олово, золото, алмази і багато інших цінних корисних копалин. Північ - величезний край, скутий багаторічної мерзлотою, - перетворюється, розкриває свої багатства.

При будівництві на територіях з вічній грунтами особливе значення має правильний вибір майданчиків для будівництва з такими грунтами, щоб вони не були здимистими, не наражалися на утворення криги і провалів. Крім того, необхідно вибрати такі об'ємно-планувальні та конструктивні рішення, а також методи здійснення будівництва, щоб забезпечити нормальні експлуатаційні якості будівель.

Залежно від геологічних, гідрогеологічних та кліматичних умов будівництво будівель в районах вічної мерзлоти здійснюється наступними прийомами:

зведення будівель звичайними методами.Цей метод застосовують у разі, коли підставою є скельні або напівскельні породи, які не мають значних трeщін, заповнених льодом або мерзлим грунтом. Тут вічна мерзлота не має практичного значення.

Якщо глибина залягання таких підстав до 3 м, то фундаменти влаштовують звичайні; якщо глибина 3-4 м - залізобетонні стовпчасті або пальові, а при глибині більше 4м - пальові із заглибленням паль в товщину ненарушенной структури шляхом влаштування свердловин.

При будівництві на тріщинуватих змерзлих корінних породах міцність підстави підсилюють шляхом буріння свердловин і нагнітання в них під тиском пари для відтавання льоду і розігріву товщі грунту до 50 ° С, після цього відразу нагнітають в тріщини під тиском цементний розчин, який твердне до охолодження товщі грунту. Цей же метод використовують при будівництві на талики достатньої потужності при відсутності в них вічній включень;

збереження грунтів основи в вічній стані.Цей метод застосовують для просадних і інших слабких льдонасищенних грунтів потужністю не менше 15 м з стійким температурним режимом. Якщо будівля опалювальне, то підстава надійно захищають від танення шляхом влаштування холодного підпілля висотою в залежності від ширини будівлі в межах від 0,5 до 1 м і більше.

Для провітрювання підпілля в цоколі влаштовують продухи, що дозволяють регулювати надходження повітря в залежності від пори року;

відтавання грунту в основі.Цей метод використовують при будівництві на грунтах, які не мають великий опади при відтаванні. Для того щоб забезпечити повільне і рівномірне відтавання грунту, рекомендується глибину закладення приймати мінімальної (але не менше конструктивної) в разі, якщо діяльний шар не перебуває з здимаються, а також замінювати діяльний шар грунту, якщо він включає пучіністие породи.

При такому методі забезпечується загальна жорсткість будівлі (шляхом влаштування безперервних залізобетонних поясів, замонолічених швів і ін.);

попереднє відтавання грунту і його ущільнення в підставі.Цей метод можна застосовувати для опалювальних будівель, коли виключається відновлення мерзлого стану відталих грунтів. Вибір будь-якого з перерахованих методів здійснюється в результаті всебічного техніко-економічного аналізу.

При проектуванні виробничих будівель перевагу слід віддавати їх блокування в єдині корпусу. Найбільш доцільно зводити великопролітні будівлі з розміщенням обладнання на етажерках, які не пов'язані з каркасом будівлі.

Для огороджувальних конструкцій застосовують шаруваті елементи з легких ефективних матеріалів. Особливу увагу слід приділяти повітронепроникності конструкцій - в місцях з'єднання елементів і в стиках панелей.

Вічній грунти в основі фундаментів глибокого закладення опор з ростверком або безростверкових рекомендується використовувати за принципом I при дотриманні наступних умов і вимог:

- вічній грунти повинні бути переважно зливається типу, температура яких протягом всього періоду експлуатації моста не буде перевищувати значень, прийнятих в розрахунках несучої здатності основи;

- в місцях сильні снігові замети поздовжній профіль дороги повинен забезпечувати в межах переходу наявність просвіту під мостом, як правило, не менше 3,5 м;

- русло в місці мостового переходу слід запроектувати таким чином, щоб звести до мінімуму можливість утворення криги і термокарста, для чого необхідно забезпечити максимальне збереження поверхневого шару грунту в межах межень частини русла і зосереджений пропуск вод під мостом, використовуючи для цієї мети при необхідності лотки або інші пристрої. При недостатності таких заходів рекомендується з верхової сторони моста на відстані 50-100 м здійснити перехоплення подрусловой потоку, наприклад, за допомогою мерзлотной завіси, що влаштовується з використанням охолоджувальних пристроїв. Для запобігання появи термокарста слід передбачити заходи щодо виключення можливості тривалого застою води вздовж насипу і під мостом, а також істотного пошкодження мохорастітельного покриву в зоні мостового переходу;

- дно русла в місцях можливого його значного розмиву має бути закріплене на довжині не менше 15 м в верхову і низову боку від осі малого моста;

- пальові елементи (палі різних типів) Фундаментів слід закладати в мерзлі грунти нижче рівня максимально можливого їх відтавання на глибину, що забезпечує сприйняття розрахункових навантажень, включаючи сили морозного випинання;

- низ пальових елементів необхідно розташовувати не менше ніж на 4 м вище поверхні підземного льоду або сильнольодистих грунтів. Якщо ця умова нездійсненна, такі грунти повинні бути прорізані пальовими елементами, а при неможливості цього - рішення про використання сильнольодистих грунтів як підстав слід приймати індивідуально.

В якості підстави фундаментів, використовуваного за принципом II, придатні будь-які вічній великоуламкові грунти, щільні і середньої щільності піски, тверді, напівтверді і тугопластічних глинисті грунти, а також інші малосжімаемим при відтаванні грунти (що характеризуються відносною осадкою при відтаванні не більше 0,03) при умови забезпечення передбаченого проектом опор несучої здатності підстав і переміщень верху опор в межах нормованих допусків.

У підставах фундаментів твердомерзлих грунти слід використовувати переважно за принципом I. При цьому для фундаментів залізничних мостів необхідно забезпечити на весь період експлуатації температури мерзлих грунтів основи на 0,5 ° С нижче розрахункових температур для пісків і супісків і на 1 ° С - для суглинків і глин.

Пластично-мерзлі грунти в підставах фундаментів слід використовувати, як правило, за принципом II. У разі техніко-економічної недоцільності такого рішення допускається використовувати ці грунти за принципом I (для залізничних мостів в дослідному порядку), якщо протягом усього періоду експлуатації споруди за допомогою комплексу заходів (наприклад, охолоджувальних пристроїв, кам'яних начерк, провітрюваних порожнин та інших заходів) буде збережена температура грунтів не вище прийнятої в розрахунках несучої здатності за міцністю і деформативності підстави.

При цьому кількість охолоджуючих установок слід призначати з урахуванням коефіцієнта надійності, рівного 2.

Вічній грунти в основі фундаментів малого моста, як правило, слід використовувати за одним принципом, не допускається обпирання їх частково на мерзлі і частково на немерзлі або відтають грунти.

При значній кількості опор великого мостадопускається застосування двох принципів для грунтів основи фундаментів сусідніх опор з урахуванням вимог нормативів. Для грунтів основи фундаменту кожної окремої опори спільне використання двох принципів не допускається.

Іноді багаторічну мерзлоту називають «підземним заледенінням». Лід, цементуючий гірські породи, зустрічається там в самих різних формах: лінзи, жили, плями, клини, величезні пласти, так званий підземний лід. У Росії загальна площа мерзлих порід становить близько 11 млн. Кв. км. Таким чином, багаторічна мерзлота поширена майже на 2/3 території країни. Мерзлі грунти виявлені навіть під водою, на шельфах. В цілому поширення багаторічної мерзлоти відповідає районам резкоконтинентального з холодними і малосніжними зимами. Разом з тим, прийнято вважати, що резкоконтінентальний клімат лише сприяє збереженню мерзлоти, що утворилася під час четвертинних зледенінь. Менше поширення мерзлоти в західній частині країни пояснюється наявністю покривного льодовика, який перешкоджав глибокому промерзанню грунтів. У різних частинах країни потужність багаторічномерзлих грунтів різна: вона коливається від декількох десятків метрів до кілометра. На глибоких шарах мерзлих грунтів практично не позначаються сезонні коливання температури. На величезних просторах російської Півночі і Сибіру в глибині залягає єдиний заморожений моноліт. Однак стан мерзлих грунтів не постійно. В даний час можна стверджувати, що холод поступово відступає з надр планети. Існує кілька зон поширення багаторічної мерзлоти.

Зона суцільного поширення багаторічної мерзлоти

У даній зоні знаходяться північно-східна частина Західно-Сибірської рівнини, Велика частина і Північний схід Сибіру. В умовах багаторічної мерзлоти утворюються своєрідні мерзлотние, або криогенні (створені льодом) форми мікрорельєфу. При сильних морозах грунт з поверхні розтріскується і в морозобойние тріщини проникає вода. Замерзаючи, вона розширює ці тріщини і утворюються своєрідні гратчасті полігони. Іноді, що утворюється на деякій глибині лінза льоду, піднімає знаходяться вище грунти, і виникає бугор спучування званий гідролакколітов. У Центральній Якутії подібні бугри досягають 40-метрової висоти. Коли тиск льоду і укладеної в ньому води прориває грунт, вода виривається на поверхню, утворюючи грунтову. На схилах гір Бирранга і поширені кам'яні осипи. Крім того, під впливом поперемінного промерзання і відтавання гірських порід на схилах, вони починають стікати вниз. Процес течії почвогрунтов називається соліфлюкція (від латинських слів «грунт» і «закінчення»).
Зона переривчастого поширення багаторічної мерзлоти.

На південь від зони суцільного поширення багаторічної мерзлоти розташована зона її переривчастого поширення. Тобто серед мерзлих грунтів зустрічаються непромерзшіе ділянки. найбільш характерною формоюв даній зоні є термокарстові улоговини або Алас. Вони утворюються в місцях просідання грунту, що виник через танення мерзлоти. Нерідко подібні улоговини зайняті озерами. Цікаво, що подібні озера недовговічні. Вода з них по тріщинах в льодовикових жилах може стікати в русло сусідньої річки, а на місці озера утворюється заболочена низина.

Зона острівного поширення багаторічної мерзлоти

Ця зона охоплює Прибайкалля і південь. Тут поширені ті ж форми мікрорельєфу, що і в попередній зоні, але зустрічаються вони значно рідше, і приурочені до «островам» багаторічної мерзлоти.

Багаторічна мерзлота займає площу бл. 10 млн км 2, або більше 60% території Росії. південний кордонпоширення мерзлоти проходить з північного заходу на південний схід від Кольського півострова до гирла р. Мезень і далі майже по Північному полярному колі до Уралу. У Західному Сибіру межа має субширотное простягання: уздовж широтного відрізка р. Об, до витоків р. Таз і далі до р. Єнісей до гирла р. Подкаменная Тунгуска, де вона різко повертає на південь. На схід від Єнісею мерзлота поширена майже всюди, виключаючи південь півострова Камчатка, о. Сахалін і Примор'я (див. Малюнок на с. 101 і картосхему на с. 102).

Багаторічної мерзлотою (або багаторічномерзлими гірськими породами) називають гірські породи, промерзлі на значну глибину і не відтають протягом тривалого часу - від кількох десятків років до багатьох тисячоліть. Мерзлота формується на суші (в горах і на рівнинах), на шельфі арктичних морів (Баренцове, Карське і ін.) І під льодовиками. Можливість промерзання гірських порід під льодовиками визначається температурою повітря і потужністю льодовика (в товщі льоду температура підвищується з глибиною на 2-2,5 ° С на кожні 100 м).

Верхній шар земної кори, що є ареалом поширення багаторічної мерзлоти, називають Кріолітозона. Нижньою межею криолитозони служить ізотерма 0 ° С. Температура верхніх горизонтів мерзлоти на початку і кінці теплого сезону року переходить через 0 ° С. В ході циклічних процесів промерзання і відтавання в її покрівлі формується сезонно-талий шар. Якщо гірські породи протавали глибше цього шару і не промерзають в зимовий час, то покрівля багаторічної мерзлоти знижується і виникають талики різного розміру і глибини.

Головні характеристики мерзлоти - поширення, потужність, льодистість і температура, криогенні освіти (форми рельєфу). Їх розподіл в просторі підпорядковується основних географічних закономірностей: широтноїзональності, Висотної поясності і секторні. За характером поширення багаторічної мерзлоти виділяються дві широтні мерзлотние зони:

I - північна (суцільного поширення) і II - південна (несплошного поширення мерзлих товщ). Південна зонапідрозділяється на три підзони в залежності від площі, займаної багато літньою мерзлотою: II а - переривчастого, II б - масивно-острівної, II в - ост рівного і редкоостровного поширення багаторічномерзлих порід. Південніше розташована зона (область) реліктових мерзлих порід.

На території Росії представлені два мерзлоти сектора: Європейсько-Західно-Сибірський (Атлантичний), клімат і природа якого розвиваються під переважним впливом атлантичних (і арктичних) повітряних мас, і Азіатський, що знаходиться в зоні дії Сибірського антициклону і характеризується різко континентальним кліматом. Секторні відмінності найбільш чітко проявляються в потужності мерзлих товщ і широтному положенні зон і підзон (див. Табл. 1 на с. 103). Багаторічна мерзлота, найімовірніше, виникла на Землі слідом за загальним по холоданіем клімату в кінці пліоцену -початку плейстоцену, після чого багаторазово відступала і наступала знову. на сучасний станбагаторічно-мерзлих порід в основному вплинула їх еволюція в другій половині плейстоцену і в голоцені: мінялися кліматичні умови, епохи покривних зледенінь чергувалися з межледниковья, рівень моря то підвищувався до відміток +100 м і більше, то опускався значно нижче сучасного, шельф арктичних ських морів ставав сушею (див. табл. 2на с. 104-105). Мерзлота зберігає в собі багато сліди (релікти) древніх епох.

У Європейсько-Західно-Сибірському секторі поширені реліктові мерзлі товщі, що збереглися в періоди максимального відтавання. На півночі вони залягають під сучасними мерзлим породами разом, а в південній частині - роз'єднаність (двошаровий мерзлота). На південь від мерзлої зони вони збереглися на глибині 50-100 м і перекриті талими відкладеннями.

Карта Поширення багаторічномерзлих порід

Таблиця 1

Поширення, температура і потужність багаторічномерзлих порід Росії

Зони (області)	підзони	Площі, займані мерзлотою,%	Температура, ° С	Південна межа подзон, ° пн.ш.		Максимальна потужність, м
				Європейсько-західносибірських сектор	Азіатський сектор	Європейсько-Західно-Сибірський сектор	Азіатський сектор
I Північна		більше 95	від -1 до -10	66,5–68	64–65 (50–60*)	300–450	500 (200)– 1500***
II Південна	IIа	75–95	від -0,5 до -3	65–67,5 (53–58*)	60–64	100–450	100–700
	IIб	25–75	від 1 до -	63,5–66	58–62 (50**)	50–300	(1000***) 0–100
	IIв	менше 25	1 від 2 до -0,5	61	52–60	0–200	0–50

* Примор'ї і Хабаровський край; ** Забайкаллі; *** Лівобережжі Вилюя, басейн р. Марха

На шельфі арктичних морів Росії зустрічаються острови мерзлих порід потужністю до 50-100 м. Найбільші з них - це реліктова мерзлота, ще не протаявшую після останнього (Сартанського) промерзання.

Для північних приморських низовин характерні засолених мерзлі породи, що містять в своєму складі понад 0,05% розчинних солей. це най мущественно глинисті морські відкладівня, що не протавали в епоху кліматичного оптимуму і зберегли первинну засоленість. Вони найбільш типові для Большеземельской тундри і півостровів Ямал і Гидан в ЗахіднійСибіру. У Середній і Східній Сибіру ареал засолених мерзлих порід образу ет лише вузьку смугу вздовж арктичногого узбережжя, проникаючи вглиб материка по долинах річок Лена і Колима. У басейніНЕ Олени виділяється найбільша в світі область континентального засолення багаторічної мерзлоти, пов'язана з різким переважанням випаровування над атмо сферними опадами. локально Контінітальне засолення зустрічається і в міжгірських западинах Байкальського регіону.

Будова багаторічномерзлих порід залежить в основному від розподілу в них крижаних включень. У кристалічних і метаморфічних гірських породах лід зустрічається у вигляді жилок, що заповнюють тріщини, в пісках - у вигляді лінз або дрібних кристалів, в глинах, суглинках, супісках і торфі - у вигляді прошарку (шліров) або сітки. Зустрічаються також великі поклади підземних льодів, генетично підрозділяються на жильні (клини), пластові, що опинились під завалами і печерні.

Особливе місце займають гігантські крижані жили, формування яких почалося в Сартанські льодовикову епоху і тривало сотні і тисячі років. В результаті крижані клини виросли до 20-50 м у висоту і 3-5 м в ширину ізлилися в майже суцільний масив льоду. Такі льодисті товщі широко поширені в межах Північно-Сибірської, Яно-Індігирськой і Центрально-якутської рівнин і на узбережжях північних морів. Їх загальні обсяги на території Росії складають близько 1 тис. Км 3.

На півночі Західного Сибіру і Східно-Європейської рівнини своєрідним природним феноменом є пластові підземні льодів в морських плейстоценових відкладеннях (потужність 30-50 м, розміри в плані до 1-2 км). У Східному Сибіру вони зустрічаються значно рідше.

Таблиця 2

Етапи еволюції багаторічної мерзлоти

Геологіче-ський період	Вік, індекс	сектори	кліматична епоха	Рівень моря (щодо сучасного)	Температура повітря (відносна. Сучасної)
середній плейстоцен	150000 (II2-4)	Евр.-Зап.-Сибірський	максимальне заледеніння (Рісським)	Вище на 100-150 м	Нижче на 5-6 ° С
		Азіатський	Максимальна заледеніння	незначно вище	Нижче на 5-6 ° С
пізній плейстоцен	125000-135000 (III1)	Евр.-Зап.-Сибірський	Межледниковье (Микулинським, казанцевское)	незначно вище	Вище на 2 ° С
		Азіатський	Межледниковье (казанцевское)	Близькою до сучасної	Вище на 3 ° С
	65000 - 80000 (III2)	Евр.-Зап.-Сибірський	заледеніння (Ранневалдайское, Зирянське)	Нижче на 20-80 м	Нижче на 5-6 ° С
		Азіатський	Заледеніння (Зирянське)	Близькою до сучасної	Нижче на 7-8 ° С
	30000 - 65000 (III3)	Евр.-Зап, Сибірський. і Азіатський	межледниковье (Средневалдайское, каргінское)	Вище на 5-6 м	Нижче на 1 ° С
	18000 - 20000 (III4)	Евр.-Зап.-Сибірський	заледеніння (Поздневалдайского, Сартанські)	Нижче на 100 м	Нижче на 10 ° С
		Азіатський	Заледеніння (Сартанські)		Нижче на 7-8 ° С
голоцен	5000 - 8000 (IV)	Евр.-Зап.-Сибірський	кліматичний оптимум	незначно вище	Вище на 2 ° С
		Азіатський

характеристики мерзлоти
Температура, ° С			Потужність, м
На суші	під льодовиками	на шельфі	На суші	під льодовиками	на шельфі
від -14 до -16	від -1 до 14	від -0,5 до -10	300–600	500–700	20–300
від -11 до -19 (Від -14 до -22 в горах)			300–700 (1000–2000 в горах
від -2 до -4 (Від -2 до -6 в горах)	ММП * відсутні	від -0,5 до -7	50-300 (50-400 в горах)	ММП відсутні	10–200
від -2 до -8 (Від-4 до -10 в горах)			50-400 (300-700 в горах)
від-1 до -10	до 10	від 0 до -1,5	до 300-500	до 700	до 500
від -3 до -13			до 500
Близькі до сучасних
від -11 до -18 (Від -13 до -21 в горах)	від -5 до -15	від -3 до -5	400–700 (800–1500 в горах)	300–700	100–300
від -9 до -20 (Від-13 до -23 в горах)			350–1000 (800–2000 в горах)
від -11 до -18 (Від -13 до -21 в горах)	ММП * відсутні	від 0 до -7	200–400	ММП відсутні	50–250
від 0 до -6 (Від -2 до -6 в горах)

Верхове болото в многолетне- мерзлих породах.Магаданська область

При таненні древніх льодовиків або айсбергів активізувалися процеси руйнування (термоденудаціі) гірських порід, і великі блоки льоду могли бути похованими під потужним чохлом обвально-осипних або зсувних відкладів. Вони були «законсервовані» мерзлотою і довгий час зберігалися в товщі мерзлих порід. Один з таких льодовикових останцов був розкритий водами Єнісею в районі Північного полярного кола і отримав назву Крижана гора.

Для ареалу поширення багаторічномерзлих порід характерні специфічні процеси і явища, звані кріогенними. Це кріогенне вивітрювання і морозобойное розтріскування, морозне здимання, наледеобразованія, термокарст, термоабразией, різноманітні схилові процеси.

Особливості поширення, інтенсивність розвитку і прояву екзогенних процесів визначаються ландшафтними та геологічними чинниками. З цими процесами пов'язано утворення певних мерзлоти форм рельєфу.

Морозобойное розтріскування відбувається в результаті різких коливань температури на поверхні землі, що призводять до розриву мерзлих порід і утворення полігональної в плані системи тріщин. Морозобойние тріщини в теплу пору року заповнюються водою, яка згодом замерзає і перетворюється на крижані клини. Виникає полигональная решітка повторно-жильних льодів. Розміри полігонів залежать від градієнта температури і фізико-механічних властивостей порід і варіюють від 0,5 до 50 метрів. Повторно-жильні льоди зустрічаються на акумулятивних рівнинах в днищах річкових долин і на межиріччях, образуясь переважно в пісках або торфі при температурі порід нижче -3 ° С. Інтенсивність процесу збільшується з півдня на північ.

Зимова протоки.Якутськ

Морозний пучение порід обумовлено збільшенням обсягу замерзлої вологи і накопиченням льоду при промерзанні. Цей процес дуже широко поширений переважно в суглинках, глинах і торфі. В результаті промерзання торфовищ в заболочених низинах виникають горбисті ділянки з відносною висотою в кілька метрів. Подібні освіти широко розвинені на півночі Західного Сибіру. Коли середньорічні температури повітря стають нижче -6 ° C, промерзання верхніх горизонтів гірських порід часто призводить до утворення багаторічних горбів обдимання - гідролакколітов, що містять крижане ядро; вони можуть досягати висоти 30-60 метрів при діаметрі 100-250 метрів і зустрічаються найчастіше в Забайкаллі, на Таймирі, на півночі Західного Сибіру і в Якутії, де називаються булгунняхі. Розвиток пучения в сезонно-талому шарі призводить до сортування грунтів з освітою кам'яних полігонів, плям-медальйонів і кам'яних розсипів смуг-курумов (на схилах).

Крижані тіла, що утворюються в результаті пошарового замерзання води на відкритій поверхні, називають криги. Вони формуються в холодний період року в результаті виливів підземних, річкових або озерних вод, що проривають під значним тиском крижану або грунтову покрівлю. За часом існування виділяються однорічні та багаторічні (НЕ протавали повністю в літній сезон) криги. Джерелом води найчастіше бувають підземні (грунтові та трещинние) води, тому криги тяжіють до активних тектонічним структурамі найбільш типові для гірських системпівдня і сходу Сибіру. Полою змінюються від дуже дрібних (площа до однієї тис. М 2, обсяг до однієї тис. М 3) до гігантських (площа понад одного млн м 2, обсяг льоду більше 22 млн м 3). Великі криги зустрічаються в басейнах Яни, Індігірки, на притоках Олени. В Якутії їх називають таринамі. Найбільший тарин виникає на р. Мома, правій притоці Индигирки, ця полій простягається по долині величезним мовою (3,5 км в ширину і 40 км в довжину). Потужність її 3-8 м, а площа більше 100 квадратних кілометрів.

Житловий будинок на вічній мерзлоті. Норильськ

Термокарст являє собою утворення сідають і провальних форм рельєфу внаслідок витаіванія підземних льодів. Причиною його виникнення є така зміна теплообміну на поверхні грунту, при якому глибина сезонногопротаіванія перевищує глибину залягання підземного льоду і починається багаторічна відтавання льодово мерзлої товщі. Форми прояви термокарста різноманітні. Найбільш поширені заболочені западини і термокарстові озера глибиною від 0,5 до 20 м. На підвищеннях і схилах прівитаіваніі великих крижаних жив формується бугристо-западинами рельєф.

Полій під житловим будинком. Якутськ

Многоспоров викликає питання про походження численних, часом дуже великих озерно-термокарстових заболочених улоговин, які називаються в Якутії Алас, а в Західному Сибіру - хасиреямі. Їх вважають термокарстовими утвореннями, пов'язаними зі зменшенням акваторії або осушенням термокарстових озер в результаті дренування їх річковою мережею. Термокарстові форми рельєфу широко поширені на північних приморських низовинах. З видаленням на південь ознаки сучасного розвитку процесу поступово згасають. За межами криолитозони зустрічаються лише реліктові термокарстові форми рельєфу, що свідчать про набагато більш активному розвитку процесу в минулому.

Процес руйнування берегів, складених мерзлим породами, під впливом механічної енергії хвиль і тепла води називається термоабразией. Береги, складені льодистими мерзлим породами або породами, що містять великі поклади підземних льодів, руйнуються набагато швидше талих берегів. Швидкість їх отступания нерідко досягає декількох метрів на рік. Найбільша інтенсивність термоабразией фіксується на берегах морів і великих озер крайнього Північного Сходу Росії.

Своєрідну групу утворюють схилові мерзлотние процеси, які беруть участь у знесенні, транзит і акумуляції матеріалу, т.зв. солифлюкция - в'язка течія пилуватих суглинних і супіщаних порід сезонно-талого шару на схилах крутизною до 15 °. Соліфлюкція супроводжується утворенням характерних форм мікро- і мезорельефа: соліфлюкціонние потоки, смуги, тераси та ін. Поряд з соліфлюкція широко розвинені криогенні зсуви, дзеркалом ковзання яких служить покрівля мерзлих порід. Великі блоки сезонно відтають сильно перезволожених порід швидко зміщуються на десятки і сотні метрів по схилах різної крутіз ни (від 3-7 ° до 10-25 °). процес опорувождается розривами дернового покриву. Кріогенні зсуви і солифлюкция поширені переважно в Північній Субарктіке.

Курумообразованіе являє собою складний процес криогенного вивітрювання великоуламкових матеріалу і його транспортування вниз по схилу. Добові та сезонні коливання температури призводять до циклічного розширенню і скорочення уламків порід і пульсаційного зміщення їх вниз по схилу. Швидкість транспортування матеріалу становить зазвичай кілька сантиметрів на рік. На зволожених схилах матеріал рухається в 3-4 рази швидше, ніж на сухих. Розміри курумов різні, площа їх може обчислюватися багатьма квадратними кілометрами. Найбільш широко вони поширені поблизу південного кордону мерзлоти, в гірських районах Байкальського регіону і Далекого Сходу з континентальним досить вологим кліматомі мінливою погодою.

Вивчення багаторічної мерзлоти має велике практичне значення в різних галузях народного господарствакраїни. Інженерна діяльність людини призводить насамперед до руйнування грунтово-рослинного покриву, що в полярних районах тягне за собою різке збільшення глибини сезонногопротаіванія (іноді в 2-4 рази), активізацію термокарста, термоерозіі та інших кріогенних процесів. При освоєнні родовищ, будівництві, прокладанні залізничних і шосейних доріг і т. П. Необхідно враховувати можливість пученія і осідань грунтів, сповзання відтають грунтів на схилах (солифлюкция, зсуви), утворення криги на дорогах, біля мостів і інше. Засоленості мерзлі породи істотно знижують несучу здатність ґрунтів. При витаіванія великих покладів підземних льодів відбувається катастрофічна активізація схилових процесів, що також ускладнює будівництво. При освоєнні північних районів необхідно враховувати, що природа їх дуже ранима, і техногенна активізація кріогенних процесів надовго ускладнить, або зробить неможливим відновлення природних геосистем.

Вічна мерзлота і її види. - розділ Астрономія, Земля, її склад і будова «Вічна Мерзлота» (Багаторічна Кріолітозона, Багаторічна Мерзлота) - Частина Кр ...

«Вічна мерзлота» (багаторічна кріолітозона, багаторічна мерзлота) - частина криолитозони, що характеризується відсутністю періодіческогопротаіванія. Райони багаторічної мерзлоти- верхня частина земної кори, температура якої довгий час (від 2-3 років до тисячоліть) не піднімається вище 0 ° C. У зоні багаторічної мерзлоти грунтові води знаходяться в вигляді льоду, її глибина іноді перевищуº 1 000 метров.следующіе структури:

· Вічній грунти, існуючі століття і тисячі років.

· Багаторічномерзлі (м.м.), існування роки, десятки років.

· Сезонна мерзлота, існування годинник, добу.

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Земля, її склад і будова

Під інженерною геологією розуміють науку що вивчає земну кару як середовище життя і діяльності людини В ІГ виділяють основні ... Земля її складу і ... Класифікація мінералів Сульфіди ссульфати галоїди карбонати ...

Якщо Вам потрібно додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що будемо робити з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним ля Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Твитнуть

Всі теми даного розділу:

Земля, її склад і будова
Земля входить до складу солн.с-ми і оберт. Із заходу на схід навколо солнца.імеет супутник луна.состоіт з різних оболонок і состава.верхнійявл. Гідросфера і атмосфера.атмосфера межує з космічних

геосфери Землі
Внутрішнє геосфери Землі: земна кора(0-50), верхня мантія (50-400), перідотіт.обочка (400-1200), нижня мантія (1200-2900), рідке ядро ​​Fe (2900-5000), тверде ядро ​​(5000-6370). Під земною корою распологая

Основні геохронологии. Ери і періоди
Геохронологія показує відносить. последов. геологіч.собитій в розвитку З. В основі геохр. лежать 2 передумови: - взаємна змінюваність осадочн.пород в часі. молодші породи завжди

Тектонічні руху. Платформи і геосинкліналі. типи дислокацій
Геол.развітіе З. відбувається під постоян. впливом ендогенних процесів (внутрішнє) .пріводят до безперервної деформації земн.кори, кіт. явл. тонкою оболонкою. Деформації земн.корипоявл. в переміщений

Сейсмічні явища. Землетруси і моретрясенія.Сейсмографи
Виявлю. у вигляді пружних коливань земн.кори і спостерігаються в районах геосинкліналях тобто горообразовател. регіонах. щорічно на землі відбувається 1 катострофіч і до 100 землетрусів. якщо тектон. цього

Породообразующие мінерали, їх будова і властивості. шкала Маоса
Породообразующие мінерали - мінерали, що входять як постійні істотних компонентів до складу гірських порід. Найбільше значення мають силікати (75% маси земної кори). Для кожної

Мінерали, групи оксидів і силікатів.
Оксиди і гідроокіслиоб'ед близько 200 хв (більше 40 зустрічей на землі слід цього типу), на їх частку прих-ся близько 17% всієї маси земн кори, пріетомбольш частина цього кол-ва представлена ​​з'єднання

Осадові гірські породи механічного та хімічного походження.
Освіта осадового матеріалу відбувається за рахунок дії різних факторів - впливу коливань температури, впливу атмосфери, води і організмів на гірські породи і т.д. Всі ці процеси ін

Органогенні осадові породи і породи змішаного походження.
Органогенні породи формуються завдяки накопиченню продуктів життєдіяльності організмів: перш за все морських і, в меншій мірі, прісноводних безхребетних. Деякі біогенні породи під

Основні властивості пилуватих і глинистих порід
Глини є одним з найбільш поширених типів гірських порід, що складають до 11% всього обсягу земної кори. Властивості: набухання Під набухаемость розуміють здатність глин

Геологічна діяльність вітру. Еолові відкладення. Рухливі піски і заходи боротьби з ними.
Вітер - один з найважливіших екзогенних факторів, що перетворюють рельєф Землі і формують специфічні відкладення. Найбільш яскраво ця діяльність проявляється в пустелях, що займають близько 20% поверхонь

Вивітрювання гірських порід і його види. Кора вивітрювання. Елювій і його властивості.
Вивітрювання бувають: фізичне, хімічне та органічне (біологічне). Фізичне вивітрювання - механічне дроблення порід майже без зміни їх мінералогічного складу. це відбувається із

Заходи боротьби з вивітрюванням
Заходи боротьби з вивітрюванням можуть бути конструктивними і консерваційними. Конструктивні заходи полягають в створенні раціональних конструкцій (відсутність виступів, карниз

Геологічна діяльність текучих вод. Види ерозій.
Розмивання пов-тідождев. цівками, виявлю. у вигляді струмків і річок, наз. водною ерозією. Розрізняють 2 види водної ерозії пов-ти З .: плоскасную (плоскастной змив), струменевий. Плоскастн. призводить до вирівнюва

Делювіальні і пролювіальние відкладення
Делювій, делювіальнівідкладення, делювіальні шлейф - скупчення пухких продуктів вивітрювання гірських порід біля підніжжя і у нижніх частин височин. Делювій поширений дуже широко і про

Яри. Єри запобігання х появи і розвитку.
Яр - форма рельєфу у вигляді відносно глибоких і крутосхилих незадернованних балок, утворених тимчасовими водотоками. Яри ​​виникають на піднесених рівнинах або пагорбах, складених р

Будова ерозія річкових долин. Алювій і його властивості. Заходи боротьби з ерозією річок.
Будова річкової долини в поперечному перерізі. Основними елементами річкової долини є русло річки, заплавні і надзаплавні тераси і їх схили. Русло - найбільш знижена частина річкової д

Геотермические зони земної кори. Геотермічний ступінь в надрах Білорусі.
Геотермії (геотерміки) - наука, що вивчає теплове поле Землі. Визначення температури в оболонках Землі грунтується на різних, часто непрямих даних. Найбільш достовірні температурні дані

Льодовики і льодовикові відкладення. Властивості моренних і флювіогляцеальних відкладень.
Льодовик - маса льоду переважно атмосферного походження, що зазнає вязкопластіческого протягом під дією сили тяжіння і прийняла форму потоку, системи потоків, купола (щита) або

Стрічкові глини і їх властивості.
Возер, приліг-х до тане льодовика, отклад-ся дрібнозернисті опади. При цьому взимку, коли танення мінімально і потоки слабкі, в цих озерах проісхотлож тонкодисперсних фракцій (гли

Сезонне промерзання грунтів.
У зимовий час грунти промерзають на некіт глибину, а в теплий час року оттаів.Ето явлназсезонним промерзанням грунтів. Глибина промер різна від часток метра на півдні і до 3-4м для сівби і завис

Нормативна глибина сезонногопромерзаніе грунтів Білорусі
Сезонне промерзання грунтів на Бел від 102 до 150см. В умовах а Бел.промерзаніе грунтів завис від багатьох чинників і коливається в великих межах. Завдяки багаторічним вимірам в різних

Морозний пучение грунтів
При промерзанні грунти (пилуваті Сугла і супіски) зр-ся в обсязі, тобто проісхпрогрессір-е наростання відносить больш-ва льоду в пріповерх-ї частини Багаторічномерзлі толщіни.Ето явив назмороз

Карстові процеси і карсту породи. Види карсту.
Карст - хімічне розчинення гірської породи, відбувається в результаті фільтрації підземної води, кінцеві продукти сталактити і сталагміти. При розчиненні гірських порід в масиві гірської по

Зони карстоутворення та цементації.
Підняття або опускання карстового масиву, внаслідок рухів земної кори, викликає зміна положення базису корозії. Карстовий процес при цьому або посилюється, або слабшає. Нижче рівня п

Заходи щодо запобігання карстоутворення та підвищенню міцності карсту порід.
Будівництво в карстових районах пов'язано зі значними труднощами, так як карст породи є ненадійним підставою. Порожнеча знижує міцність і стійкість порід, як підстав

Зсуви і причини, що призводять до їх виникнення. Ознаки зсувного схилу.
Зсуви - ковзне зміщення ґрунтів на схилах долин, ярів, балок, берегів морів, виїмок під дією гравітації і напорі поверхневих або підземних вод. Зсуви руйнують з

Ступінь стійкості схилу.
Визнач-сясоотнош третьому сил, що прагнуть зіштовхнути масу порід вниз по схилу до сил, кіт чинять опір цьому зрушення-му зусиллю. Ступінь стійкості схилу опр співвідношенням

Протизсувні заходи пасивні і активні.
Боротьба зі зсувами предссоб дуже слож завдання. Протизсувні маропріят призначають з урахуванням активності зсуву та підрозділ на пасивні і активні (інженерні). Пассівнявлпрофілактіч

Теорії походження підземних вод.
Води верхній частині земної кори називають підземними. 1) інфільтраційна (підземні води відбуваються з атмосферних опадів, які по дрібних канальцям гірських порід проникають в землю, гд

Грунтові води. Зона аерації і капілярна кайма.
Грунтові води - постійні в часі і значні за площею поширення горизонти підземних вод на першому від поверхні водоупоре. Вони характеризуються рядом ознак: 1.

Карти гідроізогіпс і визначення по ним напрямку руху підземних вод.
Карти гідроізогіпс відображають характер поверхні (дзеркала) грунтових вод (рис. 56) .Гідроізогіпсамі називають лінії, соедініющііе точки з однаковими абсо

Артезіанські води. Надмірна натиск і п'єзометричний рівень. Покрівля та підошва напірного пласта.
Артезіанські води - підземні води, укладені між водотривкими шарами і що знаходяться під гідравлічним тиском. Залягають головним чином в доантропогенових відкладеннях, в межах великих геол

Артезіанський басейн, його основні властивості.
Артезіанський басейн - підземний резервуар прісної води. В межах артезіанського басейну розрізняють три області: харчування, напору і розвантаження. В області харчування водоносний горизонт зазвичай піднятий

Агресивність підземних вод і її види.
Агрессівпв- пвопределхіміч-го складу, кіт оказивразрушаюшающее дію на бетонні і метал конструкції та, фільтри свердловин, обсадні труби, насоси та тд.Агрес дію на бетон дзвін його здуло і подрібнення.

Промислові і термальні води.
Промислова вода - природний висококонцентрований водний розчин різних елементов.Напрімер: розчини нітратів, сульфатів, карбонатів, розсоли лужних галлоідов. Промислова вода містить до

Мінеральні лікувальні води.
Мінеральні води - це природні води, які є продуктом складних геохімічних процесів. Вони надають на організм людини лікувальну дію, обумовлене або підвищеним вмістом корисних

Дійсна швидкість руху і швидкість фільтрації підземних вод.
ШВИДКІСТЬ РУХУ ПІДЗЕМНИХ ВОД ДІЙСНА (ІСТИННА) - швидкість руху підземних вод в порах або тріщинах р п. Визначається за допомогою індикаторів, що вводяться в водоносний пласт, або розподілом

Потужність, градієнт напору, витрата і напрямок руху підземного потоку.
Градієнт напору - зміна напору на одиницю довжини путі.Расход потоку - величина, пропорційна площі поперечного перерізу потоку і градієнту напору у напрямку руху. Расстояніеотводоуп

Депрессионная воронка при роботі свердловини і каналу в напірному і безнапірному пластах.
При роботі водозабірної свердловини навколо неї утворюються депрессионная воронка поверхні рівня підземних вод, в межах якої вода рухається до свердловини. при обмежених природних ресурсахар

Визначення напрямку підземних вод.
За відсутності карт, що відображають становище вільною або пьезометрической поверхні ґрунтових вод, для визначення напрямку їх руху необхідно мати не менше трьох виробок, щоб встановити

Методи визначення коефіцієнта фільтрації грунтів.
Методи визначення коефіцієнта фільтрації згідно з ГОСТ 25584 застосовуються для піщаних, пилуватих і глинистих ґрунтів і не поширюється на грунти в мерзлому стані, а також не встановлюють коефі

Визначення швидкості руху підземних вод
Відзначимо тільки, що найголовнішим засобом для дослідів по визначенню дійсної швидкості руху підземних вод є так звані індикатори (фарбувальні вещест

Мета, завдання і склад інженерно-геологічних вишукувань.
ІНЖЕНЕРНО-геологічні дослідження-комплекс робіт, спрямованих на вивчення взаємодії різних видівінженерної діяльності (будівництво, гірські розробки) з геологічним середовищем. В завдань

Розвідувальні роботи. Буріння, електророзвідка.
У районах, де геологи-пошукачі виявили істотні ознаки корисних копалин, проводять пошуково-розвідувальні роботи. Мережа маршрутів згущується, риють канави, закладаються шурфи і інші раз

Пластовий дренаж - Пластова дренажна система укладається в підставі захищається споруди безпосередньо на водоносний грунт.
Пристінна дренажна система складається з дренажних труб (з фільтрує обсипанням), покладених на водотривкий грунт із зовнішнього боку споруди. Кільцева дренажна система розташовується по

Суфозійними явища і їх відмінність від карстових.
Суффозія - винос дрібних частинок з гірської породи під впливом фільтраційного потоку (підземної води) .Від породи відриваються дрібні частинки і виносяться за її межі. Розрізняють два види Суфозія

Компресійні і Штампові вивчення ґрунтів.
Під стисненням розуміється ущільнення грунту з витісненням повітря з порового простору. Динамічні впливу від транспорту, легкої промисловості і землетруси можуть викликати подібний ефект уплотн

ОСОБЛИВІ ВИПАДКИ ЗАЛЯГАННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД

§ 8. Вічна (багаторічна) мерзлота

Багаторічна, або вічна, мерзлота - товща гірських порід в земній корі з мінусовою температурою, стійкою протягом тривалого часу незалежно від фізичного стану води, укладеної в гірських породах. Площа поширення многолетнемерзлих порід в СРСР становить 49,7% всієї території країни, а на земній кулі - до 24% всієї площі суші.

Вивчення багаторічної мерзлоти і умов будівництва в районах її поширення має велике народногосподарське значення. Тут виявлено численні родовища найрізноманітніших корисних копалин: вугілля, залізних руд, алмазів, олова, вольфраму, нікелю, золота, нафти, газу і багатьох інших, що викликало зростання в цих районах гірничодобувної промисловості і розвиток інших галузей народного господарства і пов'язаних з ними житлового і дорожнього будівництва.

Природні умови районів поширення багаторічної мерзлоти визначають спеціальні вимоги до проектування, будівництва та експлуатації споруд, недотримання яких призводить до деформації споруд або їх руйнування.

Походження вічної мерзлоти обумовлено, на думку більшості дослідників, тим, що протягом року земна кора втрачає тепла більше, ніж в неї надходить, і зимовий промерзання перевищує річне відтавання. Взагалі ж деталі цих процесів вивчені ще недостатньо, і точно причини походження вічної мерзлоти не з'ясовані.

Потужність Багаторічномерзлі товщі порід залежить від багатьох чинників: від температурного режиму атмосфери, грунту і літосфери; від характеру рельєфу, рослинності; від товщі снігового покриву; від наявності поверхневих водойм та водостоків; від циркуляції підземних вод; від геохімічних процесів, що протікають в літосфері; від виробничої діяльності людини. Потужність многолетнемерзлих порід коливається від декількох метрів до 600-800 м, а в басейні р. Вилюя перевищує 1000 м.

Багаторічномерзлі породи не можна розглядати як суцільний екран, що відокремлює поверхневі води від підземних; поширення їх переривчасте. Ступінь уривчастості залежить від багатьох природних чинників: кліматичних, геологічних, гідрогеологічних, орографічних, тектонічних і ін. Навіть на Крайній Півночі нашої країни під озерами, по долинах річок, в районах прояву молодий тектоніки і в інших місцях поширені породи, які мають позитивну температуру. Ступінь уривчастості багаторічної мерзлоти збільшується в напрямку з півночі на південь, і поступово многолетнемерзлие породи переходять в талі.

Верхній шар земної кори в районах поширення вічної мерзлоти в весняно-літній період відтає, а восени і взимку замерзає. Якщо цей шар при промерзанні взимку не зливається з товщею вічній грунту, то його називають сезоннопромерзающім, а якщо зливається - сезоннооттаівающім, або діяльним, шаром. Потужність діяльного шару в різних місцяхколивається від часток метра до 6-8 м. У тонкодисперсних грунтах - суглинках і глинах - глибина сезонного промерзання і відтавання рідко перевищує 2-3 м.

Досвід будівництва в районах розповсюдження вічній грунтів свідчить, що неврахування режиму діяльного шару призводить до найсумніших наслідків: дороги, аеродроми, будівлі та інші споруди деформуються і навіть руйнуються. Тому встановлення потужності діяльного шару і його температурного режиму має істотне значення і є однією з основних задач при проведенні інженерних вишукувань.

Нерідко зимовий промерзання по глибині не досягає вічно-мерзлій товщі порід. Діяльний шар, що утворився за період літнього оттпіпапія, що не замикається з вічномерзлими породами. Це проливає мерзлота. Іноді спостерігається чергування талих і вічній прошарками грунту на значну глибину. Подібне залягання називається шаруватої, або переривчастою, мерзлотою. Це обумовлюється наявністю крупнозернистих і тріщинуватих порід, але яким підземні води циркулюють з великою швидкістю, що і оберігає їх від промерзання.

Підземні, води багаторічної мерзлоти, по Н. І. Толстіхина, підрозділяються на три категорії: надмерзлотние, Межмерзлотние і подмерзлотние.

Надмерзлотние води, що залягають над зоною мерзлих порід, в свою чергу поділяються на води діяльного шару і води багаторічних надмерзлотних таликов.

Надмерзлотние води діяльного шару залягають на товщі багаторічної мерзлоти, яка є для них водотривким ложем. Характерна особливість цих вод - сезонна зміна рідкої і твердої фаз. На півночі тривалість існування рідкої фази визначається двома-трьома місяцями літньо-осіннього періоду; у напрямку на південь існування рідкої фази збільшується до шести місяців і більше. Харчування вод діяльного шару відбувається за рахунок атмосферних опадів і частково за рахунок поверхневих водотоків.

У хімічному відношенні надмерзлотние води сезонного шару характеризуються малою мінералізацією, значним вмістом органічних речовин і наявністю гумусових кислот. Температура їх низька і рідко перевищує 5 ° С.

Надмерзлотние води багаторічних таликов існують завдяки тепловому впливу поверхневих вод. Залягають подібні талики під озерами і руслами річок. По долинах річок Сибіру, ​​що несе тепло, є наскрізні талики, через які здійснюється зв'язок, надмерзлотних, межмерзлотних і подмерзлотних вод. Відрізняються ці води постійністю якості та кількості. Мінералізація їх невисока, жорсткість 0,8-1,2 мг екв; вони широко поширені в басейнах річок Олени і Колими. Дебіт каптажних споруд (свердловин, галерей) нерідко досягає 47 л / сек. Використовуються дані води на питне і господарсько-технічне водопостачання.

Межмерзлотние води. До межмерзлотних водам, по II. II. Толстіхина, відносять як рідкі води, що циркулюють в масиві; вічній порід, так і тверду фазу - копалини льоди і тимчасово законсервовані багаторічної мерзлотою мерзлі водоносні горизонти, колись функціонували. Основним фактором, що оберігає рідкі Межмерзлотние води від замерезанія, є їх динамічність, а іноді також висока мінералізація. За характером вміщають гірських порід виділяються пластові, карстові і тріщини-жильні. Межмерзлотние води.

При проходці гірських виробок в разі перетину межмерзлотних вод притоки з плином часу можуть збільшуватися, що обумовлюється збільшенням відносинах шляхів внаслідок відтавання льоду в тріщинах, мерзлих водоносних горизонтів і т. П.

Подмерзлотние води. Подмерзлотние водами називаються всі підземні води, що залягають нижче шару багаторічної мерзлоти. Ці веди мають напором, нерідко в кілька сотень метрів. За характером залягання і умов циркуляції подмерзлотние води аналогічні підземним водам внемерзлотних районів. Умови ж харчування і стоку подмерзлотіих вод інші.

За гідрогеологічними умовами серед подмерзлотних вод П. І. Толстихин виділяє наступні типи: алювіальні, порово-пластові, тріщини-пластові, трещинние або жильні, і тріщини-карстові.

Алювіальні під мерзлотние, води харчуються за рахунок просочування атмосферних вод по талики в аллювии, підтікання підземних вод з корінних порід і за рахунок конденсації. Подмерзлотние води алювіальних відкладень мають температуру, близьку до нуля. Лише в тих випадках, коли в харчуванні алювіальних вод беруть участь води корінних порід з більш високою температурою, подмерзлотние води аллювия мають аномально високу температуру.

Хімічний склад подмерзлотних вод алювію характеризується меншим вмістом органічних речовин.

Подмерзлотние води алювіальних відкладень при розробці багатьох розсипних родовищ корисних копалин грають негативну роль; на боротьбу з ними доводиться виділяти багато матеріальних засобів.

Порово-пластові подмерзлотние води залягають в осадових породах і мають капором. У багатьох місцях виявлено артезіанські басейни подмерзлотних вод.

Тріщини-пластові подмерзлотние води характерні для порід древнього віку (палеозой - юра). Циркулюють вони по тріщинах в пластах пісковиків, вапняків, конгломератів та інших порід, що перекриваються водоупорами. Зокрема, на багатьох родовищах кам'яного вугілля, поширених в зоні багаторічної мерзлоти (Букачачінском, Буреинском басейнах і ін.), Подмерзлотние води цього типу приурочені до тріщинуватих пісковиків, конгломератів, зрідка до алевролітами і пластів вугілля. Породи глинистого складу є водотривкими і Підземні води на ряд водоносних горизонтів. Води володіють напором від десятків до сотень метрів.

Тріщинні і тріщини-карстові подмерзлотние води пов'язані з тектонічними порушеннями. Ці води відзначені в багатьох місцях Забайкалля, в басейнах Алдана, на Олені і в інших місцях. Режим даних вод ще більш непостійний. Вапняки на площі поширення багаторічної мерзлоти є найбільш Водообільность породами, з ними пов'язані виходи великих джерел, де утворюються потужні полою.

Джерела в зоні багаторічної мерзлоти. Для районів поширення багаторічної мерзлоти характерні специфічні умови виходів підземних вод на поверхню. Джерела поділяються на низхідні і висхідні. Спадні джерела утворюються за рахунок надмерзлотних вод, розташованих вище місцевого базису ерозії. По режиму джерела надмерзлотних вод поділяються на сезонні і функціонують протягом всього року. Дебіт тих і інших джерел непостійний.

Висхідні джерела утворюються за рахунок виходів подмерзлотних вод. Геологічні умови виходів подмерзлотних вод вельми різноманітні. Режим джерел ускладнюється мерзлотнимі факторами - оттаиванием і замерзанням шляхів руху води, що обумовлює поділ висхідних джерел на наступні види: періодично зникаючі, мігруючі, змінні сезонні, непостійні по дебіт і постійні. Режим висхідних джерел, що залежить від замерзання і відтавання шляхів руху води, не відображає справжнього стану водоносного горизонту, який живить ці джерела. Високодебітні висхідні джерела утворюються в місцях виходів на поверхню тріщини-карстових подмерзлотних вод.

Явища, пов'язані з вічною мерзлотою. В області поширення вічної мерзлоти спостерігаються полою, гидролакколіти, термокарст, солифлюкция і пученіє.

Полій - крижане тіло, що утворилося на поверхні землі або на льоду річки в результаті замерзання підземної або річкової води, що вилилась на поверхню землі або крижаного покриву річки. Розрізняють грунтові, або наземні, полою, річкові та змішані.

Грунтові криги утворюються при замерзанні виходять на поверхню підземних вод.

Річкові полою розвиваються в результаті збільшення напору поди в замерзає річці в місцях різкого звуження живого перетину потоку або заповнення русла льодом. Річкові полою деформують мости, труби, водозабірні споруди, а також значно ускладнюють рух транспорту зимовими дорогами по льоду річок

Мал. 8. Гідролакколіт (по М. Я- Чернишову)

1 - породи діяльного шару; 2- -лед;

3 - водоносні тріщини

Гидролакколіти - горби спучування виникають внаслідок утворення льоду в товщі промерзлих порід (рис. 8), т. Е. При утворенні підземних криги. Розрізняють гидролакколіти однорічні (сезонні) і багаторічні. Гидролакколіти мають округлу і куполоподібну форму різної висоти. Бувають також пологі здуття і валообразние підняття. Найбільше значення в освіті гідролакколітов мають подозерние талики, при промерзанні яких утворюються гидролакколіти висотою від декількох метрів до 70-80 м. У поперечнику великі гидролакколіти досягають іноді 200-250 м.

Грунтові криги і горби обдимання є надійним пошуковою ознакою на підземні води в районах поширення багаторічномерзлих порід.

Термокарст - замкнуті воронко, улоговини або блюдцеобразние зниження, що утворюються внаслідок витаіванія похованого льоду або відтавання (деградації) вічній грунту з подальшим його ущільненням. Термокарст в багатьох районах поширення вічної мерзлоти займає до 30% площі і більш. Термокарстові зниження зазвичай заповнені водою, утворюючи озера, болота площею в сотні квадратних метрів, а іноді і кілометрів. При утворенні нових термокарстових знижень під впливом місцевих змін термічного режиму многолетнемерзлих гірських порід, яке відбувається при забудові та освоєнні нових територій, виникає серйозна загроза різних інженерних споруд. Тому при господарському освоєнні нових територій необхідно проводити спеціальні дослідження з метою виявлення потенційної можливості розвитку термокарстових процесів.

Соліфлюкція - протягом перезволоженого розмороженого грунту діяльного шару під впливом сили тяжіння. Соліфлюкція широко поширена на Крайній Півночі. Вона проявляється на схилах при невеликих кутах (кілька градусів). Відомі випадки переходу соліфлюкціонние спливанія в зсуви катастрофічного характеру. Явища солифлюкции завдають значної шкоди різним спорудам, головним чином дорогах, протрассировать уздовж схилів або на схилах.

Пученіє - процес збільшення обсягу промерзає грунту, що відбувається як внаслідок збільшення обсягу замерзлої вологи, так і в результаті освіти в промерзають грунтах прошарків і лінз льоду, що особливо інтенсивно йде в умовах міграційного підтікання води ззовні до фронту промерзання. Особливо потужні прошарки і лінзи льоду утворюються при тривалій затримці кордону промерзання на деякій глибині і близькому положенні до неї дзеркала грунтових вод. Якщо ж промерзання йде інтенсивно (при сильних морозах), то вода в дисперсних грунтах не встигає підтягуватися до фронту промерзання і лінзи і прошарки льоду не утворюються, а виникають лише окремі кристали льоду, розсіяні у всій масі грунту і міцно цементують його частки.

Пученіє мерзлих грунтів чинить негативний вплив на різні споруди, але найбільші ускладнення приносить полотну автомобільних і залізних доріг, в тому числі на в'їзних і виїзних шляхах в кар'єрах, а також аеродромних покриттів. Зазвичай підняття грунту нерівномірне, що змінює профіль дорожнього шляху або покриття і вносить значні ускладнення в роботу транспорту. Навесні при відтаванні грунт вирячені місць розріджується і втрачає здатність підтримувати покриття доріг.

Пученіє на дорогах і аеродромах відзначається не тільки в області поширення багаторічної мерзлоти, а й в районах сезонної мерзлоти, хоча і проявляється тут менш інтенсивно.

Умови будівництва в районах вічної мерзлоти. У зв'язку із здійсненням широкої програми будівництва різноманітних споруд в районах поширення багаторічномерзлих порід велике значення набувають питання обліку своєрідних кліматичних, гідрогеологічних та грунтових умов конкретних будмайданчиків, де намічається будівництво об'єктів.

Практика будівництва в цих районах свідчить, що в результаті будівництва температурний режим па будівельних майданчиках порушується і, як наслідок, суттєво змінюються гідрогеологічні умови і фізико-механічні властивості грунтів основи. Зазвичай мерзлі грунти підстав під впливом тепловіддачі від споруд розморожують, нерідко на значну глибину, а відталі грунти стають більш-менш просадними. Залежно від швидкості процесу відтавання споруди зазнають деформації, нерідко значні. Отже, конструктивні рішення при проектуванні і будівництві споруд, виконані без урахування їх деформативність-напряжеіного стану і умов спільної роботи з відтає просадними грунтами, призводять до передчасного руйнування капітальних будівель, що будуються на таких ґрунтах. Про це свідчить багаторічна практика будівництва в районах Воркути, Норильська, Забайкалля, Якутська, Магадана і ін.

Як вказувалося, в областях поширення багаторічної мерзлоти зосереджені родовища багатьох корисних копалин: кам'яного вугілля, залізних руд, Кольорових металів, а також алмазів, золота та ін. При розробці родовищ в цих районах доводиться рахуватися з такими особливостями: трудомісткість розробки пухких мерзлих порід збільшується в порівнянні з талими приблизно в 10-15 разів; при природній вентиляції в зимовий час в виробках спостерігається охолодження порід і утворенню полою; при вентиляції виробок підігрітим повітрям температура мерзлих порід підвищується, льодистість їх зменшується, що вносить значні ускладнення в хід робіт; гідрогеологічні умови тут специфічні, часто ускладнюють ведення гірничих робіт; товща мерзлих порід тільки тимчасово і то не завжди оберігає вироблення від поверхневих і підземних вод.

Для боротьби з негативними явищами підземних вод на підземні роботи необхідно, по В. П. Бакакіну, будь-якими заходами зберігати природний стан, мерзлих порід.

Під час ведення гірничих робіт відкритим способом основним ускладнює фактором є значна міцність мерзлих порід. За даними А. Н. Зеленіна, суглинок з вологістю 20% в талому стані чинить опір різанню 5-7 кгс / см , А при -25 ° С до 150 кгс / см . Тому основним заходом, істотно поліпшує ведення робіт відкритим способом, є зменшення енергоємності розроблюваних порід. Для зниження міцності порід, що розробляються найбільшого поширення набули методи теплових і водно-теплових меліорації, які в порівнянні з вибуховим способом розпушування обходяться приблизно в 10 разів дешевше. При певних умовах можна досягти глибини відтавання пухких гірських порід з поверхні до 6-9 м і більше без застосування трудомістких дорогих інженерних робіт. Це дає можливість застосовувати на копальнях високопродуктивні гірські машини-драги, екскаватори, отвалообразователи і ін., Що різко підвищує інтенсивність розробок, продуктивність праці і знижує собівартість видобутку.

В даний час застосовуються різні варіанти теплової та водно-теплової меліорації: шляхом використання природних теплових процесів (снігозатримання в зимовий період і видалення снігу ранньою весною, спалювання рослинного і мохового покриву, зачерненого снігу і ін.); відтавання мерзлих грунтів шляхом нагнітання в них води; фільтраційно-дренажний спосіб. Недоліком цих методів є тривалість періоду підготовки, але при відповідному плануванні підготовчих і очисних робіт вони дають значний ефект.