Мощность мерзлоты и криолитозоны.

Мощности мерзлых толщ и криолитозоны изменяются в больших пределах: от 3-4 м до 1,5 км. Наибольшая мощность криолитозоны была зафиксирована в Северо-Западной Якутии. Там, на южном склоне Анабарского кристолического щита, нулевая температура по замерам в скважине была установлена на глубине 1450 м.

Законы изменения мощностей мерзлых толщ и криолитозоны носят сложный характер. Мощности криолитозоны зависят от многих причин: от условий и периода промерзания, отгеологияеского строени и гидрогеологических условий территории, от высотной поясности и широкой зональности.

На одной и той же широте ощност криолитозоны и ее строение сильно завият от геологических и гидрогеологических условий. Так, сильно обводненных ( в талом состоянии) отложениях мощность мерзлоты будет меньше, а льдистость мерзлых пород будет больше, чем в породах, относительно меньше обводненных или безводных. Чем больше при промерзании пород затраты (расход) тепла на образование льда, тем меньше будет мощность мерзлой толщи при условии, что время и температурные условия промерзания одинаковы.

Большое влияние на формирование мощности мерзлых тощ оказывает влияние потока тепла из недр Земли.

О температурном режиме мерзлых толщ.

Важнейшей характеристикой многолетнемерзлых пород является их температурный режим. В верхних горизонтах пород температура их меняется в течение года. Весной и летом верхние слови породы постепенно нагреваются. Когда температуры становится 0 С, начинается сезонное протаивание отложений, которое в южных районах достигает максимума в октябре, а в северных - в августе.

Все колебания температурры пород, происходящие в течение года, так называемые созонные колебания, постепенно затухают и на некоторой глубине температура пород остается относительно неизменной в течение года. В мерзлотоведении такой глубиной считается поверхность, где колебания температур не превышают 0,1 С. Она называется глубиной нулевых годовых амплитуд температур или подошвой слоя годовых колебаний.

Сезонное оттаивание и сезонное промерзание пород.

Ведя речь о многолетнемерзлых толщах и их температурном режиме, следует ввести понятие СТС - сезонноталый слой, который формируется над мерзлыми породами при оттаивании их летом на некоторую глубину. Немерзлые породы к югу от границы мерзлоты и талики в области ее распространения промерзают зимой. В результате этого образуется сезонномерзлыйслой - (СМС) - сезонная мерзлота. Слой сезонного промерзания и сезонного оттаивания пород многие мерзлотоведы называют деятельным слоем, подчеркивая тем, что именно в этом слое происходят наиболее интенсивные процессы замерзания и оттаивания грунтовой влаги, приводящие к образованию и таянию подзхемного льда, к пучению и осадкам, к процессам физического выветривания пород; здесь наблюдаются максимальные по величине изменения температур и т.д. Однако между сезонноталым и сезонномерзлым слоями сущестует одно важное различие. Сезонноталый слой образуется над мерзлой толщей за счет тепла, поступающего с поверхности земли летом, а сезонномерзлый слой возникает над талыми породами с нулевыми или положительными температурами при расходе тепла зимой. Сезонноталый слой развит над мерзлой водоупорной тощей, а сезонномерзлый - над талой, обычно водопроничаемой. Это приводит к определенному различию в их влажностном режиме и в процессах, которые протекают в этих слоях.

В сезонноталом и сезонномерзлом слоях происходит процесс так называемой температурной сдвижки. Суть этого важного географического явления заключается в том, что среднегодовая температура на поверхности земли не равна температуре на подошве этих слоев, а чаще всего бывает выше. Связано это с тем, что глинистые влажные породы, слагающие эти слои, имеют большую теплопроводность в мерзлом состоянии, чем в талом. Поэтому зимой через замерзший грунт тепло уходит в атмосферу легче, чем поступает в массив пород летом через протаявший слой, обладающий более высоким термическим сопровтивлением.

Термодинамические условия развития мерзлых пород.

Процессы промерзания и протаивания, охлаждения и нагревания, являющиеся основными в развитии мерзлых пород, связаны, как и все другие процессы, с движением и превращениями энергии и вещества в данном объеме породы.

Мерзлые толщи представляют планетарное явление, и их распространение и развитие зависят от общего теплового состояния Земли и его изменений, определяемых ее общим тепловым балансом. С другой стороны, тепловой баланс пород зависит от регионального и локального распределения приходящей энергии, зависящего в свою очередь от региональных и локальных геолого-географических условий. Поэтому для выяснения закономерностей развития теплового состояния пород, и в том числе мерзлых толщ, необходимо его изучение в планетарном, региональном и локальном аспектах. Другими словами, общий энергетический баланс Земли должен подразделяться на региональные, а последние - на локальные балансы и из балансовых или термодинамических условий в горных породах должен выводиться их темпертурный режим, связанный с условиями сущестования и развития мерзлых толщ.

Под "тепловым состоянием Земли" следует понимать термодинамическое ее состояние, характеризуемое основными термодинамическими функциями, а также внутренними и внешними параметрами. Основнымипараметрами, определяющими состояние Земли как термодинамической системы, кроме температуры и давления, являются внешние и внутренние энергетические воздействия или источники энергии.

По современным представлениям внешними энергетическими воздействиями на нашу планету являются: 1) лучистая энергия Солнца и звезд, перехватываемая и поглащаеммая Землей; 2)корпускулярное излучение Солнц и звезд, поглащаемое Землей; 3) энергия метеоритов, падающих на Землю и сгорающих в атмосфере; 4) гравитационные воздействия Луны и Солнца. Приток энергии из внешних источников увеличивает внутреннюю энергию Земли.

К внутренним источникам энергии условно можно отнести: 1) энергию, выделяющуюся и превращающуюся внутри Земли при ядерных реакциях; 2) энергию, выделяющуюся при изменениях гравитационного поля Земля; 3) энергию, выделяющуюся при изменениях скорости вращения Земли; 4) энергию, выделяющуюся при экзотермических химических реакциях.

Внутренние источники энергии по существу представляют собой различные процессы превращения внутренней энергии Земли в тепловую ее форму, способную давать тепловое или калорическое излучение по внешнее пространство, уменьшающее внутреннюю энергию Земли.