Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Экзамен.docx
Скачиваний:
28
Добавлен:
06.12.2018
Размер:
2.38 Mб
Скачать

Вопрос №29 Подземные воды мерзлой зоны литосферы.

По П.Ф. Швецову, многолетняя мерзлота (криолитозона) это часть криосферы (области отрицательных температур), включающая в себя верхние слои земной коры, характеризующиеся наличием льда в слагающих их горных породах и отрицательной температурой, которая в течение многих веков может изменяться в связи с изменением географической среды и геологических условий, оставаясь отрицательной.

Многолетнемерзлые породы – продукт современного сурового климата, характеризующегося отрицательными среднегодовыми температурами и одновременно реликт прошлой более холодной геологической эпохи (ледниковой). Эпохи похолодания на Земле возникали неоднократно. Начало последней такой эпохи связывают с поздним кайнозоем (25 млн. лет назад). В плиоцене и плейстоцене началось многолетнее промерзание пород, продолжающееся до настоящего времени. Причины неравномерной периодичности развития крупных ледниковых эпох и соответственно появления мерзлоты недостаточно изучены. Предполагается, что они кроются в глубоких климатических изменениях, вызванных астрономическими факторами, определяющими положение Земли в космическом пространстве, и особенностями тектонического развития нашей планеты в разные эпохи ее геологического развития.

Периодическое (сезонное) изменение температуры горных пород передается с затуханием на некоторую глубину. Максимальная глубина, на которой годовые колебания не фиксируются, называется глубиной нулевых годовых амплитуд. Температура пород в течение всего года здесь оказывается постоянной и называется среднегодовой температурой горных пород.

Непрерывное распространение мерзлых пород с поверхносит развито только в северных районах. Однако и здесь под крупными водоемами и на участках интенсивной циркуляции подземных вод нередко существуют сквозные или несквозные талики. Число и площадь таких таликов возрастает с севера на юг, где их формирование в большинстве случаев уже определяется особенностями радиационно-теплового баланса дневной поверхности. По характеру распространения мерзлых пород выделяются области или зоны практически сплошного, прерывистого и островного развития многолетнемерзлых горных пород.

Мощность многолетнемерзлых толщ в соответствии с широтной зональностью закономерно уменьшается при движении от полюсов к экватору. Мерзлые образования при этом представлены не только многолетнемерзлыми горными породами, но и многолетними ледяными покровами на водных акваториях северных морей, а также покрывными и горными ледниками на континентальных участках Земли.

На фоне широтной зональности распределения мерзлых пород прослеживается также высотная зональность. Поэтому в гонных породах с высотой местности мощность мерзлых пород возрастает, а их температура уменьшается. Наибольшая мощность горных пород в Анабарском массиве достигает 1500 м, а в Антарктиде – нескольких километров, не считая мощности ледяного покрова.

По взаимоотношению подземных вод с мерзлыми породами Н.И. Толстихин в 1941 г. Предложил выделять надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Эта классификация выдержала проверку времени и в своей основе используется до сих пор.

В последующем к этим типам вод были добавлены еще два: внутримерзлотные и воды таликов.

Надмерзлотные воды по условиям залегания соответствуют верховодке. Отличие состоит в том, что они периодически полностью промерзают и затем оттаивают. Это обстоятельство приводит к появлению специфических криогенных явлений: морозному пучению грунта, образованию бугров пучения, гидролакколитов, наледей, термокарста, формированию выцветов солей на поверхности, криогенной сортировки обломков пород и т.д.

Бугры пученя возникают в результате проникновения воды в небольшие пустоты ее замерзания, расширения в объеме и последкющего оттаивания. Постепенно полость увеличивается в объеме и принимает все большее количество воды. При очередном замерзании и расширении объема кровля полости поднимается и образует бугор. Крупные многолетние бугры пучения с подземным льдом в ядре называются гидролакколитами или по якутски – булгунияхами.

Термокарст – геологическое явление неравномерного проседания или провала почвы и подстилающих пород в результате таяния подземного льда. Развитие термокарста происходит при потеплении климата, увеличении амплитуды колебания температур почвы или частично эрозии поверхностного слоя. Все это ведет к увеличению глубины протаивания пород и постепенному таянию подземных льдов.

Подмерзлотные воды по условиям залегания являются либо грунтовыми, либо артезианскими. Отличие их состоит только в том, что мерзлота затрудняет условия их питания и разгрузки, стабилизирует режим и иногда ограничивает зону их распространения. Кроме того, подмерзлотные и межмерзлотные воды могут находиться в жидком состоянии, но иметь отрицательную температуру (криопэги). Сохранение таких переохлажденных вод в жидкой фазе связано с их высокой минерализацией (более 30г/л), по мере роста которой температура замерзания воды снижается.

Воды таликов представляют особый интерес для северных регионов. Такили – это своеобразные кровеносные сосуды мерзлой зоны земли, обеспечивающие постоянный круговорот воды в этих казалось бы насквозь промороженных породах. Как теперь установлено, даже на Крайнем Севере такили достаточно широко распространены. По ориентировочным подсчетам в пределах зоны многолетнемерзлых пород таклики занимают не менее 20% ее площади. Они широко развиты под всеми крупными поверхностными водоемами (реками и озерами), по зонам тектонических нарушений, на участках развития хорошо проницаемых отложений (ледниковых, аллювиальных_ по долинам рек, у подножий склонов, в местах разгрузки подмерзлотных вод и т.д.

Главные причины формирования такликов обусловлены отепляющим воздействием на мерзлые породы поверхностных и более теплых глубинных вод, активным водообменном, при котором вода при небольших отрицательных температурах (от -1 до -3 С) не спевает замерзнуть, повышенной минерализацией, разнообразными геохимическими процессами, протекающими в выделением тепла.

Талики по строению и залеганию воды делятся на надмерзлотные и сквозные. Последние, в свою очередь, подразделяются на два типа в зависимости от условий питания:

  1. С надмерзлотным питанием

  2. Подмерзлотным питанием

Надмерзлотные или несквозные талики залегают на многолетнемерзлых породах, но относительно глубоко и поэтому в течении долгой полярной зимы не ромерзают. Они образуются в поймах и на низких трассах речных долин относительно небольшого размера (продрусловые талики), под небольшими озерами и озерными террасами (подозерные талики), в конусах выноса у подножия гонных склонов (склоновые талики), в хорошо проницаемых обломочных породах и т.д. Причины их образования – отепляющее воздействие речных или озерных вод и активный водообмен.

Сквозные талики, т.е. талики, обеспечивающие гидравлическую связь надмерзлотных вод с подмерзлотными, образутся в долинах крупных рек, озерных котловинах, зонах тектонических нарушений, областях разгрузки артезианских и грунтовых вод. Под всеми крупными реками и озерами всегда развиты сквозные таклики.

В долинах рек обычно встречаются сквозные таклики с надмерзлотным питанием. Областью питания для них служат надмерзлотные воды окружающих склонов. При наличии в долине реки водоупорных отложений формируются высоконапорные воды с большими динамическимим запасами, которые позволяют обеспечивать водой высокого качества крупные населенные пункты.

Талики с подмерзлотным питанием развиты преимущественно по зонам тектонических нарушений в областях разгрузки подмерзлотных вод. Поэтому они могут располагаться на водоразделах, склонах и бортах речных долин. Роль их в водообмене и круговороте воды в пределах всей территории многолетнемерзлых пород исключительно велика.

Разгрузка подмерзлотных вод по такликам в естественных условиях осуществляется в виде открытых и скрытых родников, концентрирующихся либо вдоль тектонического разлома (родники линейных структур), либо в местах выхода пород водоносного комплекса на поверхность (родники очаговых структур). Примером может служить групповой очаг рузгрузки подмерзлотных вод в долине р. Большой Анюй (Чукотка), где описано более 20 родников (в зоне пересечения различных разломов) с дебитами от 100 до 1500 л/с. По тектоническим разломам подмерзлотные воды могут разгружаться в аллювий речных террас и смыкаться с таликами подмерзлотного типа.

С таликами, имеющими подмерзлотное питание, связано формирование наиболее крупных наледей – ледяных тел, образующихся на поверхности земли за счет разгрузки подземных вод и их замерзания. Это обусловлено тем, что подмерзлотные воды разгружаются в течение всей длинной северной зимы и в зависимости от расхода родников формируют наледи разного размера. Талики надмерзлотных вод обычно большие наледи не формируют, так как питание формирующих наледи вод от осени к весне резко уменьшается либо прекращается совсем.