конспект 1,сыпачев
.docxМерзлотоведение
Конспект
Лекция 1
Геокриология (мерзлотоведение) — раздел геологии и криологии, изучающий криолитозону.
Мерзлотоведение (геокриология), являющееся разделом геологических наук, имеет свой предмет, свое содержание, свои задачи и свои методы исследования.
Предметом мерзлотоведения является мерзлая оболочка земли (криолитозона), слагающие ее толщи мерзлых горных пород, мерзлотные геологические процессы и явления.
Мерзлыми называются горные породы, имеющие нулевую или отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед.
Породы, имеющие отрицательную температуру, но не содержащие лед, например маловлажные сыпучие пески, гравий и галечники, сухие скальные и полускальные породы, а также породы насыщенные минерализованными водами называются морозными.
Мерзлотоведение, как наука, подразделяется на три раздела:
общее мерзлотоведение;
инженерное мерзлотоведение;
агробиологическое мерзлотоведение.
Общее мерзлотоведение изучает историю развития и закономерности формирования мерзлой зоны литосферы, условия распространения мерзлых горных пород, их состав, строение, сложение и свойства, физические и физико-химические процессы, протекающие при промерзании и оттаивании пород, температурный режим мерзлых толщь и мощность криолитозоны.
Инженерное мерзлотоведение изучает физико-механические свойства мерзлых горных пород, развитие геологических процессов, связанных с промерзанием и оттаиванием, условия строительства и эксплуатации на них различных инженерных сооружений, разработки месторождений полезных ископаемых, вопросы охраны и рационального использования на территориях, сложенных многолетнемерзлыми породами.
Агробиологическое мерзлотоведение изучает мерзлые горные породы и почвы как объект сельского и лесного хозяйства.
Эти разделы взаимосвязаны, взаимообусловлены и составляют единое целое в познании мерзлых горных пород. Они определяют логическую структуру мерзлотоведения как науки. Особо тесно взаимосвязаны общее и инженерное мерзлотоведение.
Место мерзлотоведения среди других наук
Мерзлотоведение связано с такими науками как инженерная геология, гидрогеология, механика грунтов. Тепловое поле Земли, формирование и развитие мерзлых толщ, определяются как геофизическими параметрами, так и процессами, протекающими на поверхности Земли. Поэтому мерзлотоведение тесно связано с геофизикой и науками географического цикла, такими как геоморфология, физическая география, палеогеография, геоботаника, климатология и метеорология. Формирование и развитие мерзлых пород сопровождается физическими, физико-химическими и химическими процессами, в результате которых формируется их состав, строение и свойства и, следовательно, мерзлотоведение также связано с науками физического и химического цикла. Агробиологическое мерзлотоведение, изучающее мерзлые горные породы как объект сельского и лесного хозяйства связано с почвоведением, агробиологией, экологией и другими науками.
Методы мерзлотоведения
При исследовании мерзлых горных пород, их состава, строения, температурного режима, свойств, мерзлотоведение пользуется методами геологических, географических, геофизических, физико-математических и других наук. Обычно комплекс применяемых методов определяется задачами исследований. Так при изучении криолитозоны и слагающих ее пород как геологического и географического объекта применяются методы геологических, геофизических и географических наук, включающие полевые, лабораторные и камеральные исследования. При изучении мерзлотных геологических процессов и явлений применяются мониторинговые исследования и методы математического моделирования на персональных компьютерах и аналоговых устройствах. При изучении физико-механических и теплофизических свойств мерзлых пород используются лабораторные инженерно-геологические методы исследования. Специфические мерзлотные методы исследования, как указывал Б.Н. Достовалов / 1 /, связаны с изучением взаимодействия мерзлых горных пород с комплексом геологических и географических факторов и условий. При этом анализируются двусторонние связи между ними, выводятся частные закономерности и на основе их обобщения, синтеза изучаются общие закономерности развития толщ мерзлых горных пород.
2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ
Среди первых письменных сообщений, зафиксированы доклады о многолетнемерзлых породах ленских воевод П. Головина и М. Глебова в 1640г /1/. Среди первых русских исследователей, сообщавших и описывающих многолетнюю мерзлоту, можно отметить географа и историка В.Н. Татищева (первая половина XVIII века).
В 1757 году М.В. Ломоносов, впервые высказал, что существование мерзлых горных пород является действием двух процессов – летнего нагревания и зимнего охлаждения. Он явился основоположником учения о теплообмене между горными породами и окружающим пространством как об основном факторе, определяющем тепловое состояние поверхности литосферы. («Слово о рождении металлов от трясения Земли»).
Изучение многолетнемерзлых пород во второй половине XVIII и первой половине XIX века продолжили другие русские исследователи, среди которых можно отметить Ф.П. Врангеля, Ф.Ф. Матюшкина и др.
В 1828 году служащий Русско-Американской компании Федор Шергин, начал проходку колодца в Якутске. Она продолжалась 9 лет, глубина этого колодца достигла 116,4 м, однако он не вышел из многолетней мерзлоты, не вскрыл водоносных горизонтов и получил название “Шергинской шахты”. В апреле 1829 г А. Эрман определил температуру пород в Шергинской шахте на глубине 15,7 м. Она составила минус 60 С.В начале сороковых годов ХΙХ века академик А.Ф. Миддендорф измерил в этом колодце температуру до глубины 116 м и определил температурный градиент мерзлых пород, по которому рассчитал мощность многолетнемерзлой толщи в г. Якутске, где она составила 184,6 м.
Позднее изучением многолетнемерзлых пород занимались русские исследователи, среди которых следует отметить горного инженера И.А. Лопатина, А.А. Бунге, Л.А. Янчевского и других. И.А. Лопатин, исследовал в 1866г многолетнемерзлые четвертичные отложения в низовьях р. Енисея и Арктических островах, описал ряд мерзлотных геологических процессов и определил их значение для строительства на севере. А.А. Бунге в 1882г описал жильные льды на островах дельты р. Лены, объясняя их возникновение морозобойными трещинами. Л.А. Янчевский в 1889г в докладе “О вечно мерзлой почве Сибири” указал на практическое и теоретическое значение проводившихся исследований мерзлых горных пород. Он составил первую карту распространения мерзлых грунтов Сибири, показав положение их южной границы.
Особо следует отметить работы будущего академика, горного инженера В.А. Обручева, который во время геологического изучения Сибири уделял большое внимание многолетнемерзлым породам. Свои многочисленные полевые наблюдения за многолетнемерзлыми породами он опубликовал в курсе “Полевая геология”.
В 90-е годы XIX века в Санкт-Петербурге, по просьбе Управления строительства Сибирской железной дороги при Русском географическом обществе была создана комиссия для изучения мерзлых грунтов. Ее возглавил известный русский геолог И.В. Мушкетов. Членами этой комиссии были: климатолог А.И. Воейков, геологи В.А. Обручев и К.И. Богданович, геофизик М.А. Рыкачев. Комиссия разработала и в 1895г опубликовала первую “Инструкцию для изучения мерзлоты почвы в Сибири”. В 1889г А.И. Воейков опубликовал первую сводку о мерзлых породах по трассе строительства железной дороги в Сибири.
Изучение многолетнемерзлых пород продолжилось при строительстве западной части Амурской железной дороги (1909-1914г). Их проводили Н.С. Богданович, профессор Иркутского университета А.В. Львов и другие исследователи. В 1916г А.В. Львовым была опубликована фундаментальная работа “Поиски и испытания водоисточников водоснабжения на Западной части Амурской железной дороги в условиях вечной мерзлоты почвы”. Эта работа обобщила огромный материал, накопленный отечественными исследователями в области изучения многолетней мерзлоты.
В эти же годы работники Переселенческого управления и Метеорологического бюро России изучали почвы, растительный покров, земледелие, водоснабжение в условиях распространения многолетнемерзлых пород. Среди них следует отметить работы М.И. Сумгина, Н.И. Прохорова, П.И. Колоскова, Р.И. Аболина, Б.Н. Сукачева и других исследователей.
Новый период развития мерзлотоведения начался в России после Октябрьской Социалистической революции, в связи с интенсивным хозяйственным освоением районов Крайнего Севера и Северо-Востока. В эти годы положено начало планомерного и целенаправленного изучения районов распространения многолетнемерзлых пород.
В 1927г во Владивостоке выходит капитальный труд М.И. Сумгина “Вечная мерзлота почвы в пределах СССР”. Эта работа считается основополагающей в развитии и становлении мерзлотоведения как самостоятельной отрасли знаний.
В 1929г в системе Академии наук СССР создана комиссия по изучению вечной мерзлоты (КИВМ) под председательством академика В.А. Обручева. Она решала вопросы, связанные с хозяйственным освоением Севера, проектированием и строительством железных дорог на Востоке страны В это же время различными ведомствами была организована работа специальных мерзлотных станций в г. Сковородино (1927г), Петровске-Забайкальском (1928г), Анадыре (1935), Игарке, Якутске, Воркуте (1936г), Норильске (1937г). На них проводились натурные исследования мерзлых горных пород, моделировались мерзлотные геологические процессы и явления. В 1932-1935г под руководством КИВМ были выполнены мерзлотные исследования по трассе Байкало-Амурской Магистрали.
В 1936г КИВМ была преобразована в Комитет по вечной мерзлоте, а в 1939г комитет реорганизован в институт мерзлотоведения АН СССС им. академика В.А. Обручева.
В 1940г институтом мерзлотоведения опубликован первый учебник “Общее мерзлотоведение”, авторами которого являлись М.И. Сумгин, С.П. Качурин, Н.И. Толстихин и В.Ф. Тумель.
Несколько позже, в 1959г издана сводная работа “Основы геокриологии (мерзлотоведения)”, написанные большим коллективом авторов.
В 1961г Якутское отделение института мерзлотоведения было реорганизовано в институт мерзлотоведения Сибирского отделения АН СССР.
В 1953г на геологическом факультете Московского Государственного Университета (МГУ) была организована первая в мире кафедра мерзлотоведения, которую возглавил проф. В.А. Кудрявцев.
В 1967г кафедра выпускает учебник Б.Н. Достовалова и В.А. Кудрявцева “Общее мерзлотоведение”, в котором отражены основные теоретические положения и практические достижения этой науки. В этом же году в МГУ опубликовано учебное пособие А.И. Попова “Мерзлотные явления в земной коре (криолитология), а 1973г опубликован учебник А.И. Попова и Г.К. Тушинского “Мерзлотоведение и гляциология”. В 1978г кафедрой подготовлен и издан фундаментальный учебник “Общее мерзлотоведение (геокриология)”, под редакцией В.А. Кудрявцева, а в 1981г под его же редакцией, краткий курс “Мерзлотоведения”.
В Магадане, Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО). Публикуется нормативная литература, методические пособия и учебники, среди которых можно отметить учебник Н.А. Цитовича “Механика мерзлых грунтов” выпущенный в 1973г, книгу “Общее мерзлотоведение”, изданную Новосибирске в 1974г под редакцией П.И. Мельникова и Н.И. Толстихина. Особо хочется отметить цикл учебников по инженерной геологии В.Д. Ломтадзе, “Инженерная геология. Инженерная петрология” (1970 и 1984гг), “Инженерная геология. Инженерная геодинамика” (1977г), “Инженерная геология. Специальная инженерная геология” (1978), отдельные разделы которых посвящены описанию особенностей формирования, состава, строения и свойств мерзлых грунтов, характеристике мерзлотных геологических процессов и явлений, методам и методикам их изучения.
В 1970 г в Москве при АН СССР создан Научный совет по криологии Земли, в состав которого вошли видные ученые, занимающиеся вопросами изучения мерзлоты.
В настоящее время, различными проблемами и направлениями мерзлотоведения занимаются научные институты, проектные организации, высшие учебные заведения при решении практических задач возникающих при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений в области развития многолетнемерзлых пород.