Режим вечной мерзлоты

Многообразие и изменчивость факторов, влияющих на вечную мерзлоту, делает ее явлением подвижным. Часто достаточно изменить один из них, чтобы вызвать значительное понижение уровня и даже полное исчезновение на данной территории вечной мерзлоты, что наблюдается обычно при выжигании и вырубке леса, осушении и распашке местности, искусственном снегозадержании и т. п. меро­приятиях, которыми часто пользуются для борьбы с вечной мерз­лотой.

Подземные воды и лед в вечномерзлых грунтах

Грунты, имеющие температуру 0° и ниже, могут быть теорети­чески подразделены на с у х и е, имеющие открытые поры, заполнен­ные воздухом, и влажные, у которых поры заполнены льдом и реже водой, не замерзающей из-за насыщения ее слоями или за счет высокого давления.

Лед находится в различных соотношениях с грунтами. Наиболее распространенный случай — заполнение льдом пор и трещин в гор­ных породах. Лед в крупных трещинах и пустотах может находиться

245

в виде ледяных жил и клиньев. Наконец, могут быть мощные скоп­ления льда в виде слоев, больших линз, глыб, погребенных среди слоев, скованных вечной мерзлотой. Такие массы льда, сохраня­ющиеся длительное время, получили название каменного, или ископаемого, льда. В северо-восточной Сибири ископаемые льды распространены очень широко и представляют собой повторные трещинные льды; погребенные под речными наносами речные наледи; лед промерзших и занесенных наносами мелких озер; погребенные части и фирны древних ледников; погребенные участки берегового припая и г. д.

В условиях вечной мерзлоты существуют и водоносные горизонты, которые делятся на надмерзлотные (находятся в деятельном слое), межмерзлотные (циркулируют в талых прослоях) и подмерзлотные (залегают ниже слоя вечной мерзлоты). Межмерзлотные и подмерзлотные воды заслуживают большого внимания как источники водоснабжения. С надмерзлотными — свя­зан ряд рельефообразующих процессов, в частности, — образование наледей.

Наледи, их образование и типы

Надмерзлотные воды в большинстве случаев сезонные: летом циркулируют в оттаявшем деятельном слое, а зимой промерзают, и только там, где слой сезонной мерзлоты не смыкается с вечной мерзлотой, эти воды находятся в движении круглый год. Связанные с этими водами наледи образуются зимой, когда надмерзлотная вода, движущаяся по склону, оказывается между вечной мерзлотой и слоем сезонной мерзлоты. Живое сечение водоносного слоя резко сокра­щается, и вода оказывается под сильным напором. При малом при­токе и напоре происходит вспучивание грунта и образование тонкого слоя воды в образовавшейся полости. При замерзании ее возникает подземная наледь; в случае концентрации напора под не­большим участком поверхности образуется бугор с водяным ядром — гидролакколитом, у которого вода может позднее замерз­нуть, и бугор с ледяным ядром будет долго сохраняться в рельефе. Если давление оказывается большим и воды поступает много, то слой сезонной мерзлоты взрывается и вода выливается на поверх­ность, где быстро замерзает и превращается в грунтовую наледь. Прорыв слоя сезонной мерзлоты облегчается там, где этот слой тоньше, например: под зданиями, под толстым слоем снега и т. п. Ускоренное промерзание деятельного слоя (под дорогой, под расчищенным от снега участком) способствует образованию наледей, поскольку при местном промерзании возникает препятствие на пути воды и она прорывается на поверхность склона выше препятствия.

Наледи образуются и на реках в тех местах, где при быстром нарастании ледяного покрова и водоупорном (например, скальном) дне вода не успевает проходить через оставшееся живое сечение. Взламывая лед (иногда прорываясь через галечный аллювий на пойму), вода выходит на поверхность, заливает большие простран-

24

ства и замерзает. При достаточно обильном подземном питании данной реки размеры наледей (площадь и мощность) могут оказаться до 10 км². Такие крупные наледи иногда не успевают стаять за лето. На выходах источников подмерзлотных и межмерзлотных вод зимой часто образуются родниковые наледи (накипи).

Особенности развития геологических и геоморфологических процессов при наличии вечной и сезонной мерзлоты

Специфичным процессом в условиях вечной мерзлоты является термокарст. Развивается он в том случае, когда нарушается режим мерзлых грунтов, содержащих погребенные (каменные) льды. При таянии этого льда лежавшие на нем грунты оседают, образуются впадины и воронки, достигающие больших размеров по площади и глубине, похожие на карстовые воронки, за что это явление и полу­чило свое название. В образующихся впадинах может сохраняться вода (термокарстовые озера), а в случае ее ухода — образуется котловина-алас с заболоченным, иногда сухим, дном. Термокарст может развиваться и при отсутствии сплошных масс ископаемого льда. Многие грунты, накапливающиеся в долинах рек, в озерах и болотах, часто обладают очень большой льдистостью, т. е. объем льда в них очень велик. В некоторых случаях лед состав­ляет 60% и больше от общего объема взятого образца грунта. При от­таивании такого грунта, как и при классическом термокарсте, возни­кают просадки, формируются впадины и котловины. На месте прохождения тракторов, разрушающих растительность, предохраняв­шую грунт от таяния, в тундре возникают глубокие рвы, исключа­ющие возможность дальнейшего пользования накатанным путем. При сильном развитии этого процесса местность оказывается разби­той на сеть понижений, между которыми сохраняются останцы бывшей поверхности.

При оттаивании ледистого грунта на склонах он, будучи насыщен водой, разжижается и сползает. Природный процесс развивается сравнительно медленно и известен под названием солифлюк-ц и и. В результате его на склонах появляется сеть мелких бороздок, иногда возникают бугры наползающего грунта, которые чаще обра­зуются в основаниях склонов и на дне долин. Растительный покров даже тундровых растений сдерживает этот процесс, замедляет его развитие. При воздействии на местность человека (например, унич­тожение растительного покрова) оттаивание грунтов резко возрас­тает, усиливается их сползание, на склонах появляются борозды с разорванным и снесенным растительным покровом, разжиженные грунты начинают двигаться в виде потоков грязи, процесс принимает подчас катастрофические размеры и сильно разрушает склоны. Для прекращения его необходимо проводить сложные мероприятия, восстанавливать растительный покров, регулировать режим вечно-мерзлых слоев и т. д.

247

Рельефообразующая роль надмерзлотных вод уже частично рассмотрена выше (бугры — гидролакколиты). Кроме образования наледей и бугров (некоторые бугры такого происхождения могут достигать 10—20 м и более в высоту и в этом случае называются б у л г у н н я х а м и). Содержащаяся в деятельном слое вода участвует в развитии различных форм микрорельефа тундровых пространств. К этим формам относится пятнистая тундра, каменные кольца, многоугольники и т. д.

Образование пятнистой тундры происходит при нерав­номерном промерзании деятельного слоя, когда в остающихся не-промерзших участках возникает сильное давление, при этом грунт на поверхности растрескивается, а незамерзшая, разжижен­ная масса выдавливается на поверхность. Каменные кольца и много­угольники возникают на грунтах, содержащих щебень и валуны, которые выталкиваются на поверхность давлением разжиженных масс (под валуном замерзание происходит медленнее, чем в открытом грунте) с последующим расталкиванием (по указанной выше при­чине) вымороженных камней к краям глиняных пятен. Форма пятен определяется в значительной степени рельефом той поверхности, на которой они образуются. На ровной местности пятна округлые, на склонах — вытянутые вниз по склону.

Своеобразные формы микрорельефа тундровых пространств — полигональные поверхности — развиваются при участии поверхностных вод. При сильных морозах в замерзших грунтах образуются морозобойные трещины (замерзший грунт при дальнейшем охлаждении сокращается в объеме), в которые весной поступает вода. Замерзая в трещинах, вода оказывает силь­ное давление на их стенки, которые вздуваются буграми. Морозо­бойные трещины обычно располагаются на местности в виде правиль­ных многоугольников, в силу чего местность также оказывается разделенной на полигоны трещинами и валиками. Между валиками на поверхности полигонов летом образуются озерки воды, а по тре­щинам вода стекает по склону и постепенно их углубляет. С наступле­нием осенних заморозков действие замерзающей воды на стенки тре­щин возобновляется, размер ледяных клиньев и высота валиков увели­чиваются. Развитие полигонов на ровной местности может продол­жаться долгие годы, но на склонах, где летом трещины промываются стекающими водами, полигональная поверхность сравнительно скоро перерабатывается в бугристую тундру. Бугры здесь представляют собой остатки внутренних частей полигонов, отделенных друг от друга понижениями, образовавшимися на месте размытых трещин и ледяных клиньев.

Для районов развития вечной мерзлоты характерен высокий коэффициент стока, что объясняется полной водоупорностью замерз­ших грунтов и слабым испарением с холодной поверхности земли. Это отражается на работе рек, которые при значительных уклонах могут нести большое количество наносов. При уменьшении уклонов река отлагает большие массы принесенного материала, образуя

248

внутренние дельты (точнее их следует называть промежуточными дельтами), и, частично освободившись от переносимого материала, течет дальше. В местах обильного отложения наносов (в пределах промежуточной дельты) образуются многочисленные рукава и про­токи, широкие и высокие прирусловые валы, мели и т. д. При малых уклонах поверхности в этих местах возникают на пойме озера, вода которых сдерживается промерзшими прирусловыми валами.

Некоторые особенности организации

и проведения инженерных работ в районах распространения вечной