Склоновые криогенные процессы.

КРИП(Десерпция) Англ. - creep.. - медленное перемещение рыхлых пород по склонам вследствие периодического изменения их объема

1. при нагревании и охлаждении (температурный крип или сухой),

2. увлажнении и высыхании (гидрогенный крип или криогенная дефлюкция),

3. промерзания и протаивания (криогенный крип или криогенная десерпция)

и действия силы тяжести.

Для развития первого главную роль играют изменения объема обломков при колебаниях температуры

Для второго, кроме того, необходимо наличие насыщенного коллоидами влажного материала- заполнителя, набухание которого приводит к движению типа медленного вязко-пластичного. Криогенная дефлюкция отличается от медленной солифлюкции меньшими скоростями движения материала, и отсутствием выраженных в рельефе форм.

Третий процесс- при промерзании происходит пучение пород по нормали к поверхности склона, а при оттаивании поднятые породы опускаются по вертикали, и тем самым частицы грунта смещаются вниз по склону. При этом оседание вниз по склонам периодически промерзающих увлажненных пород, не сопровождается их течением. Криогенная десерпция характерна преимущественно для грубообломочных пород и заключается в приподымании обломков в результате образования в промежутках между ними базального льда-цемента. Эта (базальная) криогенная десерпция- разновидность криогенной десерпции, происходящая в несвязных, чаще всего грубообломочных породах вследствие образования и таяния в них базального ледяного цемента. Англ. - basal-cement-ice cryogenic deserption, basal-murbruck ice cryogenic deserption.

Иногда криогенная десерпция связана со смещением крупных обломков пород благодаря деятельности стебелькового льда. Англ. - needle-ice cryogenic deserption, stipitate deserption, pediculate deserption. Бывает также шлировая криогенная десерпция, наблюдающаяся в связных породах при образовании и таянии в ней ледяных линзочек и корок льда. Англ. - lens-ice cryogenic deserption, schlieren cryogenic deserption.

Пучение грунта при его промерзании происходит в основном в направлении, перпендикулярном поверхности склона, т.е. нормально основной поверхности охлаждения. Направление роста ледяных кристаллов и пучения совпадает с нормалью к охлаждающей поверхности. Величина потенциального морозного крипа стала бы реальной, если бы при протаивании грунта частица из верхнего положения опустилась быстрого вертикально в нижнее положение. В действительности при протаивании возникает тенденция движения частицы в направлении несколько выше по склону. Тенденция связана с попятной компонентой, которая связана, вероятно, с когезией и взаимодействием частиц друг с другом. В набухающихся и уплотняющихся грунтах, в случае, если напряжения параллельные склону недостаточно сильны, чтобы разрушить значительное число связей, частицы грунта при уплотнении повторяют путь, проделанный ими при набухании. Таким образом, грунт на склоне будет стремиться вернуться в прежнее положение, тем самым, уменьшая величину крипа по сравнению с его потенциальной величиной

Величина морозного крипа изменяется прямо пропорционально глубине его проявления и числу циклов. В целом скорость смещения частиц быстро падает с глубиной. Известны только единичные случаи их раздельного измерения. При поверхностном морозном крипе со смещением обломков под действием роста и разрушения стебелькового льда величина смещения, по сообщению Л. А. Жигарева, составила 14-18 см за 36 дней. Скорости смещения должны сильно варьировать.

На склоне средней крутизной 25°, сложенном каменистым песчаным грунтом, наблюдениями Блэка и Хамильтона (Black, Hamilton, 1972) было установлено, что морозный крип и крип, созданный сменой увлажнения-иссушения, могут на равных правах участвовать в поверхностном движении грунта (по измерениям авторов, оно равнялось 2-20 мм/год). Но такие наблюдения редки.

Крип обычно идет одновременно с солифлюкцией- см. слайд3

Криогенная десерпция активно участвует в движении курумов, образовании каменных полигонов, полос и потоков (Суходровский, 1979). (Криогенный крип, криогенное сползание). Англ. - cryogenic deserption.

схема мерзлотного крипа. А. Потенциальный крип: теоретическое смещение грунта в результате подъема частиц сегрегационным льдом при промерзании и опускании их при протаивании. Смещение частиц грунта прямо пропорционально высоте подъема частиц и синусу угла склона. В. Реальный крип: смещение грунта, когда силы сцепления частиц друг с другом не позволяют частицам опускаться вертикально при протаивании

КУРУМ (Каменная россыпь, каменный поток, каменная река, делювий гольцовый). Англ. - kurum, block slopes, stone stream, rock stream, rock slope, stone slope, rock field, stone field.

- местный сибирский термин, введенный в науку Я. А. Макеровым в 1913 г.

1. Каменная россыпь располагающаяся ниже участков интенсивного морозного выветривания, линейно-вытянутые вниз по склонам. Родовое название для любых скоплений крупнообломочного материала, в том числе и для вытянутых каменных потоков. Курумы могут располагаться в вытянутых вниз по склону ложбинах, возвышаться над поверхностью склона, а также заполнять верховья речных долин (долинный курум).

Результат интенсивного физического выветривания. Процессы образования курумов включают физическое выветривание, вымораживание камней, термогенную, гидрогенную и криогенную десерпцию, подповерхностный смыв, соскальзывание и сползание глыб и др. Образуются в условиях сурового климата, как при наличии, так и при отсутствии многолетнемерзлых пород. Берут начало в каменных морях, образующихся за счет морозного выветривания и остающихся лежать на месте. Глыбовые продукты интенсивного морозного выветривания, плащеобразно залегающие на склонах курума движутся вниз по склонам в сторону ложбинных понижений, где они образуют каменные или щебневые потоки. Последние сливаются друг с другом и превращаются в каменные реки.

Перемещение курумов осуществляется микродвижениями, обусловленными колебаниями температуры, замерзанием и оттаиванием мелкозема, содержащегося в теле курума. Курумы разделяют на подвижные (block stream) и неподвижные (blockfield). В разрезе курума выделяются две части: верхняя в пределах слоя сезонного оттаивания и нижняя, находящаяся в многолетнетнемерзлом или талом состоянии.

В движении курума, помимо комплекса криогенных процессов (морозное выветривание, криогенная десерпция, вымораживание, солифлюкция) принимают участие подповерхностный смыв, скольжение по гольцовому льду или мерзлому "страту. Движение курума происходит двумя основными способами. Медленное движение курума вниз по склону обусловлено гравитацией, колебаниями объема обломков и заполнителя за счет суточных и сезонных изменений температуры, а также сезонным формированием и стаиванием гольцового льда. Основной механизм движения курума - криоггенная десерпция. Второй тип движения курумов - катастрофические подвижки, обусловлены деформацией и потерей прочности фунта на контакте верхней и нижней частей курума за счет избыточного сезонного оттаивания. Подвижки такого рода провоцируются внешними причинами: выпадением теплых ливневых осадков, сейсмическими толчками, вибрационными нагрузками на курумовые склоны и их «подрезкой» при освоении территорий.

ГЛЕТЧЕР КАМЕННЫЙ Англ. - rock glacier, stone gletscher.

Встречаются в горах. Представляют собой ряд мерзлотно-гляциальных форм рельефа, одним крайним членом ряда является погребенный под обломками горных пород ледник, другим - сцементированный инфильтрационным льдом крупнообломочный материал осыпей и обвалов. Выделяются различные по морфологии каменные глетчеры: языковидные, серповидные, каплевидные

Внешне представляют собой крупные скопления обломочного материала, включающего лед. Имеют языковидную или лопастную форму и напоминают внешне небольшой ледник. У языковидных каменных глетчеров отношение длины к ширине больше 1, а у лопастных форм - меньше 1. Возвышаются над окружающей поверхностью до 30-40 м, ширина до нескольких сотен метров, длина до первых километров... Каменный глетчер имеет крутой фронт с углом естественного откоса. Крутизна фронтального уступа активных каменных глетче­ров может достигать 40°, а высота, обычно, составляет около 60 м, но иногда может достигать 120 м. На его поверхности имеются валы, ложбины. Валы и ложбины часто изогнуты и обращены выпуклой стороной вниз по склону, но есть и продольные формы.. Некоторые каменные глетчеры могут сложно перекрывать друг друга. Поверхность каменных глетчеров сложена валунами, глыбами и более мелкими обломками всех размеров и форм. Но этот внешний облик не отражает внутреннее строение. По имеющимся данным тело каменных глетчеров состоит из диамиктона, в котором количество мелкозема может быть очень значительным. Вероятно, все активные каменные глетчеры содержат лед, Активные каменные глетчеры могут быть разделены на два типа: со льдом-цементом и с ледяным ядром.

Размеры. Обычно их длина - от сотен метров до нескольких километров, ширина - от нескольких десятков до нескольких сотен мет­ров, мощность - в пределах первых десятков метров, уклон поверхности - 10-20°. Но встречаются и значительные отклонения по всем параметрам. Так, в Андах отмечен каменный глетчер длиной 12 км. Ширина в определенных условиях может в несколько раз превышать длину, а мощность достигать значительных величин. В Альпах, например, есть каменные глетчеры мощностью 80-100 и в Восточных Саянах - 125 м, а в Перуанских Андах - около 300 м. Максимальный уклон поверхности может составить 30-35°

Имеются две гипотезы происхождения каменных глетчеров: а) конец горного ледника, погребенный под мореной; б) самостоятельное образование, возникающее в результате накопления обломков (из камнепадов, осыпей) и льда (из лавинного снега, талой и дождевой воды - гольцовый лед)

На схеме (на стр. 35) показана морфология каменного глетчера: 1 - область питания; 2 - верховье каменного глетчера; 3 - боковой уступ; 4 — фронтальный уступ; 5 — осыпной шлейф; б - ступени (наплывы); 7 - дугообразные валы и ложбины; 8 - борозда раздела (Ухналев, 1991). '"

СОЛИФЛЮКЦИЯ solifluction, solifluxion (J.G.Andersson, 1906) - от лат. solum - почва, земля и fluctio -истечение, т.е. течение почвы. «

Солифлюкция связана с физическими свойствами оттаявшей грунтовой массы, которая наиболее подготовлена к движению, т.е. в ней ослаблены межчастичные связи.

Солифлюкция - движение (медленное или быстрое) по уклону подготовленных криолитогенезом грунтов деятельного слоя (тиксотропных), перешедших в пластическое или текучее состояние (обычно без дополнительного увлажнения) (Мудров, 1973).

Необходимо подчеркнуть, что солифлюкционные образования обладают тиксотропными свойствами.

Развитие солифлюкции предопределено тиксотропными свойствами рыхлых грунтов в пределах слоя сезонного промерзания-протаивания на равнинах Севера и в высокогорье.

Действительно, состав грунтов деятельного слоя изменяется в процессе криолитогенеза, и грунты приобретают коагуляционные (водно-коллоидные) структурные связи (за счет молекулярного притяжения частиц) через водные оболочки, т.е. становятся тиксотропными. В результате разрушения этих связей под влиянием динамического или статического напряжения происходит тиксотропное разупрочнение - разжижение грунта (полная потеря прочности) или размягчение грунта (частичная потеря прочности), что обусловливает солифлюкционное движение грунта по склону. Дело не только в том, что начавшееся тиксотропное ( tixotropic ) разупрочнение грунта вовлекает в движение все больший объем грунта, разрушая в нем структурные связи и высвобождая рыхлосвязанную воду. В смещающихся грунтах происходят структурные изменения в связи с ориентирова­нием грунтовых частиц параллельно плоскостям, по которым происходит транспортировка материала.

Итак, солифлюкция свойственна только покровным образованиям или грунтам, переработанным процессами криолитогенеза. Именно такие грунты имеют тот набор свойств и особенностей строения, которые необходимы для солифлюкционного смещения. Только процессы криолитогенеза в деятельном слое, преобразуя отложения разного генезиса за достаточно длительный срок (преимущественно не меньше, чем с конца верхнего плейстоцена) позволяет возникать и развиваться массовой солифлюкции. На молодых (голоценовых) террасах и аллювиальных равнинах, где нет покровных или типа покровных образований, отсутствует солифлюкционное движение со всеми присущими ему формами рельефа.

Переход в пластическое или текучее состояние происходит в таких тиксотропных грунтах под влиянием ряда факторов. Эти факторы являются, естественно, теми самыми, которые нарушают связность преобразованных криолитогенезом грунтов на горизонтальных поверхностях - например, плотностные, влажностные, температурные градиенты или искусственные механические воздействия - перемятие, вибрации, статические или динамические нагрузки. К этим факторам добавляется специфический для склонов - сила тяжести.

Солифлюкция не просто перемещение самого верхнего слоя отложений под влиянием крипа, а связное движение определенной массы грунта. Под действием крипа, предопределенного развитием стебелькового льда, могут смещаться по уклону лишь отдельные, несвязные частицы грунта. В этом смысле крип не может быть составной частью солифлюкции, хотя очевидно, что крип и солифлюкция часто действуют вместе и являются составной частью всех склоновых процессов на Севере и в высокогорье.

Скорость солифлюкции обычно составляет несколько сантиметров в год; но иногда при катастрофических сплывах может достигать 1м в час.

Обычно выделяют аморфную и структурную солифлюкцию

СОЛИФЛЮКЦИЯ АМОРФНАЯ - Англ.- amorfsolifluction Медленное вязкопластичное течение переувлажненных рыхлых пород. Захватывает весь оттаявший слой, но с глубиной скорость и величина смещения убывают. В результате действия аморфной солифлюкции возникают солифлюкционные языки, потоки, террасы, покровы, валы, гряды и останцы солифлюкционного обтекания (Гравис, 1969)..

СОЛИФЛЮКЦИЯ СТРУКТУРНАЯ - - structural solifluction.

солифлюкционное перемещение материала вниз по склонам с образованием структурных полосчатых грунтов. Состоит из трех элементарных процессов: 1) выдавливание грунтовой массы на поверхность при неравномерном промерзании достаточно мощного сильно увлажненного сезонно-талого слоя; 2) перемещение зажатой под мерзлым слоем грунтовой массы вниз по склону; 3) оплывание выдавленной на поверхность массы грунта (Гравис, 1969). Англ.

Также выделяют медленную и быструю солифлюкцию

СОЛИФЛЮКЦИЯ МЕДЛЕННАЯ - АНГЛ. - slow solifluction

Течение сильно увлажненного грунта со скоростью, не превышающей нескольких сантиметров в год

При медленной солифлюкции происходит тиксотропное разуплотнение слабо увлажненных грунтов (малольдистых в мерзлом состоянии), что приводит к медленному, вязкопластичному движению. Наиболее благоприятными для медленной солифлюкции являются склоны крутизной 2-7°. Скорость и характер солифлюкии различны в разные сезоны. Наибольшая величина солифлюкции приходится на период начала промерзания или начало протаивания. Летом солифлюкция сильно замедляется или даже прекращается ; связи с упрочнением структурных связей из-за подсыхания грунтов и повышения их температуры. Однако солифлюкция в этот период может возобновиться под воздействием таких искусственных факторов, как вибрация, перемятие, статические или динамические нагрузки.

Начало весенней солифлюкции несколько запаздывает по сравнению с началом протаивания грунтов. Это предопределяется необходимость к протаивания льдонасыщенного горизонта грунтов, способных смещаться. Горизонт, где развивается обильное льдовыделение, располагается на глубине 20-30 см. Движение начинается с верхних горизонтов и может охватить весь деятельный слой. Весенней солифлюкции присуща наибольшая скорость движения на поверхности, и она постепенно убывает с глубиной (на подошве смещаемого горизонта скорость, естественно, равна нулю).

Осенняя солифлюкция протекает иначе. Главными факторами в это время будут температурные, влажностные и плотностные градиенты, связанные с появлением мерзлого верхнего горизонта и гидростатических напряжений (strain) в некотором среднем горизонте деятельного слоя. Скорость осенней солифлюкции примерно в 1.5 раза выше весенней. Это связано с градиентными напряжениями, которые характеризуются большими величинами и большей длительностью действия. Во время осенней солифлюкции максимум скорости имеет некоторый внутренний горизонт, вверх и вниз от которого он убывает.

В продольном разрезе солифлюкционной формы также отмечается закономерное распределение скоростей: наибольшей она будет в верхней и осевой частях, а наименьшей - по краям и во фронтальной зоне.

СОЛИФЛЮКЦИЯ БЫСТРАЯ - rapid solifluction. солифлюкция, скорость которой измеряется несколькими сантиметрами, метрами и даже десятками метров в сутки (Гравис, 1969).

Возникает в рыхлых породах, имеющих жидкотекучую консистенцию (сильно увлажненные породы во время протаивания) (Суходровский, 1979).

Характерна для крутых склонов (не менее 10-15°), сложенных пылеватыми супесями и суглинками. Носит катастрофический характер, но развивается локально. Происходит в форме сплывов и оползней скольжения (Сергеев, 1978). (Сплыеание криогенное). Англ. –

Формы рельефа при солифлюкции:

ВАЛ СОЛИФЛЮКЦИОННЫЙ - (Гряда солифпюкционная). Solifluction protalus, solifluction bank

1. Длинное (до 100 м и больше), шириной 0.5-10 м валообразное поднятие, идущее поперек склона. Склон вала, обращенный вниз круче и выше (до 4-5 м), на поверхности солифлюкционного вала наблюдаются гофрировка дернового покрова и трещины, выполненные мелкоземом со щебнем. Валы имеют в плане дугообразные очертания. Сложены рыхлыми породами, смешанными с дерном. Образуются на пологих (3-5°) склонах под влиянием солифлюкции, при участии морозного пучения. Встречаются вместе с солифлюкционными террасами

ТЕРРАСА СОЛИФЛЮКЦИОННАЯ - (Наплыв ступенчатый, терраса натечная, терраса желифлюкционная). , : Англ.-solifluction terrace, gelifluction terrace).

Натечное образование грунта, развивающееся под влиянием солифлюкции; площадка площадью до нескольких сот квадратных метров, длиной до сотен метров, ограничена уступом высотой от 0.5 до 5-6 м. Имеет наклонную, слабо увлажненную по­верхность и относительно сухой стабильный фронтальный уступ В плане имеют дугообразные очертания. Характерны серии солифлюкционных террас, придающие ступенчатость склонам. Часто расположена у подножия склона; может иметь выступающий в виде лопасти край, свидетельствующий о неравномерном движении (

Замедление движения или остановка фронтального уступа смещаемых отложений связана не только со сдерживающим влиянием дернины или со встречными неподвижными участками склона, но и (что важно) с тиксотропным упрочнением грунтов фронтальной части солифлюкционной формы. Если давление скапливающегося грунта в верхней по склону части превысит прочность фронтального уступа, то движение может возобновиться (Мудров, Тумель, 1966).

ЯЗЫК СОЛИФЛЮКЦИОННЫЙ - Англ. - solifluction lobe, solifluction tongue, gelifluction lobe, congelifluction lobe.

изолированный языкообразный выступ до 25 м шириной и 150 м длиной, образовавшийся при стремительном процессе солифлюкции на участках склона, характеризующихся изменением уклона. Фронт языка обычно крутой (15-25°), верхняя поверхность относительно пологая (Толковый словарь англ. геол. терминов, 1977-1979).

Образуются в условиях локального наслоения нескольких мелких потоков переувлажненного грунта (Гравис, 1969).

ВЗБУГРЕНИЯ СОЛИФЛЮКЦИОННЫЕ - скопления небольших бугров на слабонаклонных поверхностях. Высота бугров 0.6-1.5 м, ширина 4-8 м. длина 12—15 м. Бугры вытянуты вниз по склону, сложены суглинками. Имеют солиф-шжционное происхождение (Константинова, 1963). Англ. - solifluction ridge

ВЫМОРАЖИВАНИЕ -(Пучение морозное, выпучивание). Англ. -frost heaving, upfreezing, freezing out) поднятие вверх крупных частиц грунта и вынос их на поверхность из масс мелкозернистого материала в период замерзания.

Процесс выпучивания из породы на поверхность достаточно крупных твердых тел (столбов, валунов, галек и пр.), находящихся в слое сезонного промерзания-протаивания. Происходит в результате сезонного пучения и усадки рыхлых грунтов при их промер­зании и оттаивании в связи с возрастанием сил смерзания при понижении температуры (Достовалов, Кудрявцев, 1967). Природное явление в областях распространения многолетнемерзлых пород, характеризующееся постепенным систематическим выдвиганием из толщи протаивающих дисперсных грунтов на дневную поверхность твердых предметов -обломков, валунов, галек, столбов и др. под воздействием сил морозного пучения при многократной повторности процесса (режеляции) способствует образованию микроформ типа структурных грунтов, курумов и тому подобных скоплений каменного материала на земной поверхности (Геологический словарь, 1973).

Один из самых распространенных процессов морозной сортировки. Происходит в периоды промерзания поверхностного слоя отложений, который, распучиваясь, приподнимает смерзшиеся с ним крупные обломки (морозного вытягивание (frost-pull) , как бы вытягивая их из нижележащего, пока еще талого горизонта. Под обломками образуются пустоты, в которые попадает мелкозем и вода. Замерзание воды способствует еще большему выпучиванию обломков. Когда грунт оттаивает (сверху), то камень погружается лишь после оттаивания его основания. Кроме того, камни выталкиваются льдом, образующимся вокруг и под камнем (French, 1976).

РАСТРЕСКИВАНИЕ МОРОЗОБОЙНОЕ - (Грещинообразование морозное, желивация, конжелифракция, растрескивание грунтов криогенное, трещинообразование морозобойное).

Англ. -frost cracking, frostfissuring, frost riving, frost splitting, thermal-contraction cracking).

1. Под морозобойным растрескиванием понимается образование трещин из-за температурного сжатия грунта при отрицательных температурах. За исключением дилатационного трещинообразования при дифференцированном пучении. Морозобойное растрескивание больше зависит от скорости охлаждения, чем от действительной температуры во время трещинообразования. При этом важным фактором выступает изолирующее влияние снежного покрова, о чем свидетельствует высокая обратная корреляция между его толщиной и частотой возникновения. Большинство морозобойных трещин наблюдается в рыхлых грунтах; в условиях вечной мерзлоты рисунок трещин в первую очередь запечатлевается в многолетнемерзлых грунтах, а не в деятельном слое, где эти структуры разрушаются при протаивании. Таким образом, повторное растрескивание часто распространяется по ледяным жилам как вверх, так и вниз от кровли вечной мерзлоты. Развитие трещин в глубину происходит под влиянием максимальных градиентов температуры.

В результате действия морозного вымораживания и морозобойного растрескивания формируются структурные грунты.

Transtension- растяжение, contraction? Stretch-contract

СОРТИРОВКА ГРУНТОВ МОРОЗНАЯ –

Англ. - sorting, frost sorting, sorting by frost action.

1. Процесс сортировки обломочного материала по размеру при попеременном промерзании и протаивании грунтов (сезонным или кратковременным). Интенсивное льдообразование и пучение мелкозема под крупными обломками, сменяющееся затем медленным таянием льда и оседанием мелкозема, обуславливают постепенное выталкивание, вымораживанием крупных обломков в направлении фронта промерзания. Морозная сортировка создает в слое сезонного промерзания-протаивания структурные грунты

Осуществляется тремя механизмами: поднятием или морозным пучением frost heaving; миграцией обломков к фронту промерзания; механической сортировкой. Кроме того, в сортировке минерального грунта по размерам частиц участвует действие стебелькового льда, массовое смещение грунта из-за связанных с изменениями влажности колебаний эффективного давления и, возможно, криостатического давления.