книги из ГПНТБ / Общее мерзлотоведение

различного происхождения, в том числе термокарстовые, полиго­ нальные, эрозионные, лагунные, плотинные, тектонические, кра­ терные, карстовые и сложного происхождения. Наибольший инте­ рес представляют термокарстовые и полигональные озера.

Термокарстовые озера — озера оттаивания подземных льдов и льдистых пород. Размеры этих озер самые разнообразные — от небольших луж, ямок, заполненных водой, до озер в десятки и сотни метров в поперечнике, площадью в несколько квадратных километров. Характерные признаки таких озер, если они моло­ дые,— погруженные на дно деревья, пни и прочие «свидетели» опускания почвы. Более старые озера оттаивания могут быть лише­ ны таких признаков. Берега термокарстовых озер нередко бывают обрывистыми, со следами просадок, трещинами оседания и харак­ терными круглыми небольшими заливами, возникающими в ре­ зультате протаивания льдов. При заложении на берегах озер раз-' ведочных выработок можно обнаружить жилы льда или силыюльдистые породы, оттаивание которых приводит к образованию озер Среди термокарстовых озер намечаются озера двух подтипов: пов­ торно-термокарстовые и аласные.

Повторно-термокарстовые озера [19, 20] формируются на рав­ нинах и приморских низменностях вследствие вытаивания совре­ менных повторно-жильных льдов. Обычно они имеют неправиль­ ную или прямоугольную форму, часто ориентированы в каком-то одном направлении, неглубоки и интенсивно перемещаются в ре­ зультате термоабразионного воздействия на мерзлые породы бере­ гов, оттаивающих со скоростью около 15 м/год. Озера эти непосто­ янны по очертаниям, размерам и положению на поверхности рав­ нины, динамичны, площадь их зеркала, как правило, не превыша­ ет 1 км2, и лишь отдельные из них достигают 10 км2. Вода пресная.

226

Аласные озера формируются на высоких террасах в результате протаиванпя древних мощных повторно-жильных льдов. История формирования н развития аласных озер и связанного с ними свое­ образного аласиого рельефа описаны в литературе [211. По форме это обычно округлые, иногда продолговатые озера, площадь кото­ рых измеряется сотнями квадратных метров, иногда первыми квадратными километрами. Глубина озер достигает 1,5—3, иногда 10—15 м. Питание термокарстовых озер определяется их местопо­ ложением и осуществляется за счет атмосферных осадков и по­ верхностных вод. Подземные льды участвуют в питании только на

ранней стадии формирования, в период зарождения озерной котло­ вин г,г .

Химический состав воды термокарстовых озер весьма разнооб­ разен. Н. Г1. Анисимова [7] указывает, что первоначальный состав воды таких озер определяется солями, поступающими из льдовме­ щающих пород, и составом того подземного льда, таяние которого привело к образованию озерной котловины и озера. Чем больше объем льда и меньше концентрация растворимых солей в породе, тем менее минерализованы воды молодого термокарстового озера. Обычно их минерализация не превышает 1 г/л.

Последующее развитие озера вызывает к жизни сложные био­ химические процессы, происходящие в донных плах, которые в со­ четании с испарением способствуют возрастанию концентрации ионов и их перераспределению. В зрелых термокарстовых озерах эти процессы способствуют повышению минерализации до 1,5— 3 г/л. Дальнейшее обмеление озер и промерзание обмелевшей ча­ сти приводит к дополнительному возрастанию минерализации уже за счет криогенного концентрирования.

К термокарстовым по условиям формирования можно также отнести небольшие озерки, образующиеся от разрушения гидролакколитов. Однако эти озерки часто возникают над головкой источ­ ника, н потому химический состав их вод определяется составом воды этого источника.

С. В. Обручев указывает на прямоугольные озера, располагаю­ щиеся системами прямоугольника в «аллювиальных равнинах, не­ давно еще залитых морем». Такие системы озер были отмечены им на прибрежной равнине Охотского моря, к юго-западу от Ямской губы, затем вблизи с. Пеижины на равнине р. Пешкиной, на рав­ нине р. Анадырь. Эти так называемые полигональные озера наи­ более обстоятельно описаны Б. И. Втюриным. В отличие от термокарстовых они возникают не от протаиванпя повторно-жильных льдов, а формируются в понижениях, образующихся между вали­ ками, рост которых вызван образованием повторно-жильных льдов. Полигональные озера образуются на низких, сильно увлажнен­ ных поверхностях речных террас, на дне озерных впадин иного происхождения, на поверхности приморской низменности. Это небольшие озерки, прямоугольные в плане, площадь которых опре­ деляется густотой сети растущих валиков. Они очень динамичны

в своем развитии, ход которого определяется процессами формиро­ вания трещинно-полигонального рельефа.

Эрозионные озера, широко представленные на территории мерзлой зоны и за ее пределами, в условиях развития мерзлой зо­ ны часто осложняются термокарстовыми явлениями. Возникают сложные по генезису и по морфологии эрозионно-термокарстовые озера, сочетающие признаки тех и других. В отличие от «чистых» термокарстовых озер такие озера чаще образуют единые,системы, наследующие древние речные долины.

С точки зрения режима следует отметить озера, промерзающие до дна. Это мелкие озера глубиной до 1—2 м. Под дном таких озер мерзлый грунт иногда залегает неглубоко. Озера, не промерзаю­ щие до дна, имеют глубину свыше 2 м. Эти последние при достаточ­ ной емкости, благоприятных условиях питания и хорошем составе вод могут быть использованы для водоснабжения. Крупные или глубокие озера под своим дном имеют более мощные талики, раз­ меры которых зависят от величины озер, времени их существова­ ния и т. и.

Однако это положение справедливо для пресных озер. В ми­ неральных озерах даже летом на некоторой глубине вода может иметь температуру ниже нуля. Так, по данным Л. Я. Ячевского, позднее подтвержденным А. И. Дзенс-Литовским, оз. Развал (на Илецком соляном куполе) летом на глубине имеет температуру —5,5°. В глубоких частях Доронинского озера большую часть го­ да сохраняется температура —3°. Для озер с концентрацией солей в воде 6,91% понижение температуры может дойти до —16°. На дне таких озер создаются благоприятные условия для возникнове­ ния гидрогалинных таликов. «Таким образом, минеральное озе­ ро,— пишет А. И. Дзенс-Литовский,— в условиях вечной мерзло­ ты, в отличие от пресных водоемов в тех же условиях, может быть не аккумулятором тепла, а наоборот, аккумулятором холода». Нередко на дне промерзающих озер зимой вырастают различных размеров ив разном числе бугры. Одни из них летом исчезают, дру­ гие сохраняются до следующей зимы. С наступлением зимы они могут увеличиваться в размерах.

Поскольку озера являются важным фактором формирования и сохранения сквозных таликов, исследование их режима приобре­ тает особый интерес в отношении изучения вопросов взаимосвязи поверхностных и подмерзлотных вод. В первую очередь это отно­ сится к карстовым и тектоническим озерам.

Резюмируя сказанное о поверхностных водах территории рас­ пространения мерзлой зоны, следует еще раз подчеркнуть, что глубокое промерзание недр и связанные с ним явления и процес­ сы оказывают существенное влияние на характер и режим поверх­ ностных вод и их взаимодействие с подземными водами. В таких З'Словиях большое значение приобретает комплексность и рацио­ нальное сочетание гидрогеологических и гидрологических мето­ дов исследований.

228

Г л а в а X

КРИОГЕННЫЕ ЯВЛЕНИЯ

ИОСОБЕННОСТИ РЕЛЬЕФА ТЕРРИТОРИИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МЕРЗЛОЙ ЗОНЫ

Обширная территория, занятая мерзлыми породами, прости­ рается в северном полушарии в различные ландшафтные зоны от тундр до степей включительно. В области распространения мерз­ лых пород разнообразные рельефообразующие процессы, свойст­ венные этим зонам, отличаются существенным своеобразием даже если они не обусловлены криогенными факторами. Многолетнее и се­ зонное промерзание и протаивание горных пород находит отражение в формировании специфических особенностей рельефа и развитии так называемых криогенных явлений и образований (рис. 76).

сле следует упомянуть классификации С. П. Качурнна [1, 2], И. Я. Баранова [3], Б. И. Втюрина[4], классификацию структур­ ных грунтов А. Л. Уошборна [5]. С учетом этих классификаций криогенные явления и образования, а также связанные с ними фор­ мы рельефа и изменения поверхности дифференцируются на осно­ ве геологических (аккумуляция и денудация) и криогенных (про­ таивание и промерзание) процессов. Криогенные процессы, форми­ рующие те или иные криогенные явления, образования и рельеф, подразделяются на следующие: 1) протекающие при относитель­ ном постоянстве массы горных пород; 2) связанные с аккумуля­ цией материала горных пород, включая и накопление подземных льдов; 3) способствующие ходу денудации или непосредственно участвующие в денудации.

Роль и место криогенных явлений и образований в геологиче­ ском процессе определяются, в свою очередь, при прочих равных условиях направленностью процессов промерзания и протаивания. Здесь различаются три случая. Первый — процессы, связан­ ные с сезонным чередованием протаивания и промерзания без пре­ обладающего воздействия того или иного; второй — процессы, протекающие под преобладающим воздействием фактора промерза­ ния; третий — процессы, протекающие под преобладающим воз­ действием фактора протаивания. Сочетание геологических и крио­ генных факторов и определяет место того или иного криогенного

230

явления в классификационной схеме (табл. 38), в соответствии с которой и производится их описание.

Криогенные явления и процессы, протекающие с сохранением относительно постоянной массы горных пород в годовом цикле раз­ вития криогенеза и связанные с сезонными изменениями строения

ильдистости пород под воздействием протаивания и промерзания.

Кним относятся: сезонное пучение, формирование структурных грунтов (каменные многоугольники, кольца и т. и), выпучивание валунов, формирование наледей и, наконец, морозобойное растре­ скивание.

Мо р о з н о е п у ч е н и е связано с миграцией влаги в пре­ делах деятельного слоя и ее замерзанием в течение осени и зимы. В результате зимой образуется бугор пучения, летом вследствие протаивания льда этот бугор может разрушаться. Незначительные поднятия и последующие опускания земной поверхности, вызван­

влаги и ее накопление может быть обусловлено либо влиянием градиента температуры и влажности, и тогда происходит накопле­ ние сегрегационного льда, либо путем передвижения воды под дей­ ствием гидростатического давления, и тогда формируются инъек­ ционные льды. Гидростатическое давление в этом случае может возникать вследствие промерзания воды в замкнутой системе про­ мерзающего деятельного слоя или поступления в промерзающий деятельный слой подземных вод источника. По последней схеме образуются хорошо известные в литературе сезонные гидролак­ колиты. Размеры сезонных бугров пучения обычно невелики — 1,5—2, редко 4—8 м. У крупных бугров пучения происходит раз­ рыв почвенного слоя в верхней части, что способствует обнажению и быстрому таянию льда, образующего ядро бугра. Растрескива­ ние гидролакколитов часто ведет к излиянию воды с постепенно уменьшающимся расходом. Разрушение гидролакколитов в усло­ виях непрерывно возрастающего гидростатического давления иног­ да сопровождается взрывом. Неравномерность промерзания и про­ таивания в сочетании с неоднородностью деятельного слоя обусло­ вливает в определенной обстановке не только миграцию влаги, но и перемещение переувлажненного грунта в пределах этого слоя на участки, промерзающие медленнее. При протаивании переме­ стившиеся массы грунта остаются в пределах возникшего бугра. Перемещение грунтовой массы под бугор может повторяться при сезонном промерзании в последующие годы. Таким образом, вслед­ ствие сезонных процессов возникают многолетние образования — мелкие бугры пучения, туфуны, бугры-могильники, пятна-медаль­ оны 4

Процессы пучения., связанные с изменением фазового состоя­ ния и перераспределением влаги в деятельном слое, приводят,, по­ мимо роста бугров пучения, к выпучиванию (вымораживанию) твердых тел из породы на поверхность. Такими телами могут быть

232

Т а б л и ц а 38

Классификация криогенных явлений и образовании

233

столба вверх приводит к формированию в его основании полости, частично заполняемой оплывающим грунтом. В процессе протаивания столб не может занять прежнее положение, а оказывается несколько приподнятым. Многократное повторение процесса при­ водит к полному выпиранию столба на поверхность. Аналогичные силы развиваются, если на месте столба бывают валуны, крупные камни и другие твердые тела, заключенные в дисперсном материа­ ле. Действие сил смерзания и процесса, механизм которого изло­ жен выше, приводит в конечном итоге к дифференциации грубообло­ мочного материала, выжиманию его на поверхность, а в сочетании с процессами морозобойного растрескивания — к формированию структурных грунтов и своеобразного микрорельефа типа камен­ ных многоугольников, колец, полос.

Однако явление выпучивания способно выводить на поверх­ ность не только обломочный материал, но и тонкодисперсный. Этому способствует высокое гидростатическое давление, раз­ вивающееся в сильно увлажненных дисперсных грунтах при промерзании. Неравномерность промерзания деятельного слоя, связанная с различными причинами, в том числе и с морозобойным растрескиванием', приводит к тому, что дисперсный разжиженный грунт изливается на поверхность земли, образуя «мерзлотные сальзы», и растекается по ней в виде пятен и полос мелкозема. Многократное повторение этого процесса способствует дифференциации материала*, слагающего деятельный слой.

Н а л е д е о б р а з о в а н и е — весьма характерный про­

234