7. 2. Экологические явления, связанные с деятельностью подземных вод и процессами, протекающими в криолитозоне

Геологическая среда и особенно верхняя часть геологического разреза являются областью активной циркуляции подземных вод, чему способствует пористость, трещиноватость и водонасыщенность горных пород. Подземные воды определяют возникновение разнообразных форм и явлений, влияющих на характер экосистем и хозяйственную деятельность человека. К таковым относятся различные карстовые и суффозионные формы, а также явления,

118

протекающие в областях распространения многолетнемерзлых пород – криолитозоне.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ образуются в тех случаях, когда растворимые горные породы – известняки, доломиты, мел, гипс, каменная соль – либо обнажаются на поверхности земли, либо неглубоко залегают под маломощным покровом рыхлых четвертичных отложений, контактирующих на глубине с водоупорными подстилающими породами (рис. 2). Циркулирующие на поверхности или внутри пород (по трещинам) воды, растворяют и уносят материал в виде раствора, нарушая связь между нерастворимыми или плохо растворимыми частицами. Растворение горных пород подземными водами получило название КАРСТА. В результате возникают следующие формы.

КАРОВЫЕ ПОЛЯ – различные обширные площади, покрытые карами – неглубокими (от нескольких см. до 1-2 м) углубления рытвинообразной и дырообразной формы. Передвижение по ним утомительно и даже опасно.

КАРСТОВЫЕ ВОРОНКИ – имеют различные формы (конические, чаше – и блюдцеобразные) и размеры, достигающие 20-30 м глубины и первых сотен метров в поперечнике. На дне воронок располагаются вертикальные, наклонные, реже горизонтальные ходы в виде щелей ли колодцев – поноры. Через поноры поверхностные воды проникают в глубь массива.

КАРСТОВЫЕ КОТЛОВИНЫ ЗАМКНУТЫЕ ПОНИЖЕНИЯ,

возникающие в результате слияния карстовых воронок.

КАРСТОВЫЕ КОЛОДЦЫ, ШАХТЫ И ПРОПАСТИ формируются в результате дальнейшего расширения и углубления понор. Когда колодцы и шахты достигают нескольких сотен метров в глубину, они приобретают вид грандиозных пропостей.

Поверхностные карстовые формы превращают территории в труднопроходимые местности, непригодные для проведения

119

сельскохозяйственных работ и дорожного строительства. С этими формами связаны периодически исчезающие озера. Исследования в Тульской области показали, что в лощинах с карстовыми провалами луговые угодья отличаются от лощин без провалов лучшими качествами: поглощение поверхностных вод провалами предохраняет луговые угодья от заболачивания и эрозии. Однако с этим связано и загрязнение водоносных подземных горизонтов поверхностными водами сомнительного качества.

ПОДЗЕМНЫЕ КАРСТОВЫЕ ФОРМЫ создаются подземными водами внутри массива горных пород. Они представлены карстовыми пещерами и каналами, широко развитыми в горых и равнинных областях. Пещеры состоят из системы ветвящихся каналов, переходящих в огромные залы и гроты. Наличие карстовых полостей вызывает на поверхности правильных воронок и пропостей.

Образование подземных карстовых пустот часто приводит к катастрофическим последствиям. Основными из них являются: просадки и провалы жилых зданий и хозяйственных сооружений, расположенных над пустотами; деформации железнодорожных и автомобильных полотен, требующих переноса и восстановления значительных участков дороги; утечки воды из искусственных водохранилищ; обильные притоки карстовых подземных вод в горные выработки, используемые при разработке полезных ископаемых.

СУФФОЗИОННЫЕ ЗАПАДИННЫЕ ФОРМЫ рельефа образуются в рыхлых песчано-глинистых и лессовидных толщах, из которых происходит значительный механический вынос подземными водами твердых частиц. Материал переносится в подстилающие закарстованные породы, в результате чего на поверхности возникают провальные формы, напоминающие карстовые, - суффозионный карст (ложный карст, псевдокарст). На выходах подземных вод на склонах речных долин образуются небольшие полукруглые выемки – суффозионные цирки или «блюдца».

120

Суффозионные процессы активизируются при прорыве залегающих на глубине водопроводных, канализационных, тепловых коммуникаций. Образующиеся при этом пустоты приводят к возникновению провалов, наносящих значительный материальный ущерб и приводящих к техногенным катастрофам.

КРИОГЕННЫЕ (МЕРЗЛОТНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ) ПРОЦЕССЫ широко проявляются в криолитозоне, характеризующейся мерзлым состоянием горных пород из-за присутствия в них льда. Лед заключен в порах и трещинах пород. Область постоянно мерзлых пород и грунтов (криолитозона) приурочена к высоким заполярным и субполярным широтам обоих полушарий. В Северном полушарии, где широко развиты пространства суши и обусловленные этим континентальные условия климата, она простирается далеко к югу, захватывая не только таежную зону, но и проникая даже в зону степей (Забайкалье и Монголия).

Выше многолетнемерзлых пород залегает поверхностный слой, промерзающих зимой и оттаивающих летом, называемый деятельным слоем. В весенне-летнее время он оттаивает на глубину от нескольких см. до 1,5-2,0 м. Летом он целиком насыщен водой или содержит воду над постоянно мерзлыми слоями, являющимися по отношению к ней водоупором. Это так называемые надмерзлотные воды. Мощность деятельного слоя имеет значение при возведении различных построек в районах многолетней мерзлоты и при учете сельскохозяйственных возможностей территорий.

Осложнения при всякого рода строительствах на мерзлых грунтах заключается в деформациях поверхности, возникающих из-за нарушения температурного режима грунтов и фазовых изменений содержащейся в них влаги, приводящих к изменению объема грунтов. Другие трудности возникают в связи с водоснабжением населенных пунктов, поскольку подземные воды находятся здесь большей частью в мерзлом, а значит, в неподвижном состоянии.

121

Под толщей вечно мерзлых пород циркулируют подмерзлотные напорные воды, находящиеся вне сферы влияния климатических условий. В толще вечной мерзлоты в виде линз могут залегать также межмерзлотные и внутримерзлотные воды, образование которых связано с неравномерным распределением температур в самих мерзлых грунтах. Участки талого грунта, к которым они приурочены называются таликами. К наиболее неблагоприятным в экологическом отношении криогенным процессам относят термокарст, образование наледей и бугров пучения, солифлюкцию.

ТЕРМОКАРСТ представляет собой процесс таяния подземных льдов или рыхлых пород, насыщенных льдом, сопровождающийся проседанием и провалами поверхности земли и образованием отрицательных форм рельефа «блюдец протаивания», западин и котловин, часто округлой формы и глубиной от 8-12 до 20-30 м. При отсутствии стока в понижениях возникают термокарстовые озера. Вода такого озера, благодаря относительно высокой температуры, способствует развитию процесса и приводит к прогрессирующему углублению озера.

НАЛЕДИ (якут. – «тарын») образуются в зимнее время, при господстве сильных морозов, в результате многократного излияния на поверхность речных, надмерзлотных и межмерзлотных вод и их послойного промерзания. Название «наледь» относится не только к самому процессу излияния воды, но и к сформированной ледяной массе.

БУГРЫ ВСПУЧИВАНИЯ (БУГРЫ ПУЧЕНИЯ). Не всегда при начавшемся зимнем промерзании грунта напорные воды водоносного горизонта выходят на дневную поверхность. Часто они, не найдя выхода на поверхность, приподнимают и вспучивают в виде бугра верхний мерзлый слой почвы и грунта, образуя бугры грунтовых наледей. Бугры грунтовых наледей образуются также и при сезонном промерзании влажных или насыщенных водой таликов. Рост бугра в высоту продолжается, постепенно замедляясь, до тех пор, пока сопротивление приподнятых слоев не

122

уравновесит напор поступающей воды. Часто из бугра через трещину в его вершинной части вырывается фонтан воды, которая разливаясь замерзает вокруг бугра в виде наледей.

Негативные последствия, связанные с образованием и ростом в грунтах криогенных трещин и наледных бугров проявляются спустя нескольких лет после начала их роста.

СОЛИФЛЮКЦИЕЙ называют процесс медленного оплывания и вязкого течения на склонах деятельного слоя. Солифлюкция имеет характер простого вязкого течения переувлажненных поверхностных образований глинистого состава, происходящего под непосредственным действием силы тяжести.

Любые хозяйственные мероприятия, проводимые в криолитозоне, нарушают установившийся режим вечной мерзлоты и приводят к оттаиванию пород и возникновению разжиженных масс грунты. Это вызывает деформацию сооружений, вплоть до их полного разрушения. Растепление многолетнемерзлых пород происходит также в процессе бурения скважин. В результате таяния подземных льдов породы вблизи скважины переходят в вязкотекучее состояние. В стволе скважины образуются крупные полости, учащаются обвалы пород, что обусловливает частые аварийные ситуации.