Подземные воды в районах многолетней мерзлоты

На северо-востоке СССР, северной части Америки, Канады гор­ные породы на значительную глубину имеют круглогодичные отри-

156

Рис. 70 Карта многолетней мерзлоты на территории СССР (по М М Сумгину):

/ — сплошная мерзлота, 2 — многолетняя мерзлота с таликами, 3 - многолетняя мерзлота с преобладанием Таликов, 4 — многолетняя

мерзлота островного характера

нательные температуры, т. е находятся в мерзлом состоянии. Зону, в которой грунты постоянно или длительное время (в течение мно­гих лет) находятся в мерзлом состоянии, называют зоной много­летней мерзлоты (криолитозоной).

Многолетняя мерзлота — следствие резкого изменения климати­ческих условий в различных районах земного шара в четвертичный и более древние периоды. Замечено, что южная граница многолет­ней мерзлоты постепенно отодвигается на север, о чем свидетель­ствует исчезновение мерзлоты в районах, известных ранее как мерзлотные.

В Советском Союзе многолетняя мерзлота занимает 10 млн. км², или 47% всей площади страны (рис. 70). На севере страны много­летняя мерзлота имеет повсеместное распространение; в централь­ных частях зоны многолетней мерзлоты среди мерзлых грунтов встречаются талики. В более южных районах мерзлота имеет островной характер Мощность слоя мерзлоты уменьшается с севе­ра на юг. Ниже приводятся данные о его мощности в различных пунктах северного полушария.

Пункт Мощность, м

Западный Шпицберген 240

Аляска (среднее течение р Юкон) 120

Гудзонов залив (Порт-Черчилл) . ... 38

Гудзонов залив (Порт-Нельсон) 10

Изучение районов многолетней мерзлоты и заключенных в них подземных вод началось еще в XVI в. Однако велось оно недоста­точно и в ограниченных районах. Работы возросли во второй поло­вине XIX в в связи со строительством сибирского пути.

В СССР широкие и планомерные исследования районов много­летней мерзлоты осуществляют научно-исследовательские,, проект­ные и производственные организации, а также учебные заведения В числе крупных ученых и инженеров, вложивших много труда в изучение этих районов, следует отметить акад. В. А. Обручева,

A. В. Львова, М. И. Сумгина, Н. И. Толстихина, Н. А. Цытовича,

B. А. Кудрявцева, П. Ф. Швецова, Н. И. Салтыкова, И. Я. Барано­ ва и др.

В зоне многолетней мерзлоты выделяют надмерзлотные, меж­мерзлотные и подмерзлотные подземные воды (рис. 71).

Надмерзлотные воды приурочены к так называемому активно­му, или деятельному, слою и распространены повсеместно. В пре­делах этого слоя земной коры грунты и заключенные в них подзем­ные воды летом оттаивают, а зимой вновь замерзают. Глубина про­мерзания зависит от географической широты, ландшафта и характера пород.

По долинам крупных рек многолетняя мерзлота опускается на большую глубину или даже отсутствует; под ними образуются сквозные талики, через которые происходит разгрузка межмерз­лотных и подмерзлотных водоносных горизонтов. В этих случаях надмерзлотные воды могут быть использованы в течение всего го-

158

да. Качество их в первую очередь зависит от санитарного состояния районов, в которых они используются, и наличия водопроницаемых слоев в верхней зоне. Промерзание грунтов и открытых водотоков, ведет к образованию наземных и речных наледей, иногда вызываю­щих деформации дорог и различных сооружений

Межмерзлотные воды часто образуют постоянный водоносный горизонт с водой, пригодной для водоснабжения. При наличии в верхней части мерзлоты трещин подземные воды из этого горизон­та могут подниматься, выходить на поверхность или замерзать в деятельном слое, образуя поверхностные наледи или ледяные буг­ры, названные Н. И. Толстихиным гидролакколитами (рис. 72).

Рис 71. Типы подземных вод в районах устойчивой

мерзлоты (по Н И Толстихину и М М Светоза-

рову)

а — надмерзлотные воды, б — переход к межмерзлотным

водам, в — межмерзлотные воды, г — переход к подчерзлот

ным водам, д — подмерзлотные воды / — песок, 2 — песок

водоносный, 3 — тачик

Размеры наледей могут колебаться в широких пределах от 100 да 1 млн. м². Давление воды, измеренное в одной из таких наледей, достигало 5269 кПа. Установление мест расположения наледей име­ет важное значение для оценки водоносности данного района.

Подземные воды могут иметь пластовый, трещинно-карстовый и трещинно-жильный характер. Циркулируя в мерзлых грунтах, межмерзлотные воды имеют отрицательные температуры В ряде районов Центральной Якутии, в низовьях реки Яны и других райо­нах северо-востока Сибири, по данным В. М. Максимова, межмерз­лотные воды находятся в твердой фазе (подземный лед) Глубина залегания их в зависимости от особенностей района может коле­баться от десятка до нескольких десятков и сотен метров.

Питание межмерзлотных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков за пределами таликов, а также за счет по­ступления вод из подмерзлотного и более глубоких водоносных го­ризонтов. В последнем случае наблюдается более высокая темпера­тура воды, чем обычно (до +1—3°С). Режим и дебит межмерзлот­ных вод большей частью постоянный.

159

Подмерзлотные воды заключены в талых породах, залегающих под слоем многолетней мерзлоты. Обычно они имеют выдержанное распространение и используются для промышленного и питьевого водоснабжения. Подмерзлотные воды могут быть как пресными, так и минерализованными. Как правило, они напорные, приурочены к трещиноватым и закарстованным породам и тектоническим тре­щинам. Питание получают за счет атмосферных осадков, поверхно­стных вод и вод вышележащих водоносных горизонтов. В долинах древних рек, где многолетняя мерзлота под руслом часто отсутству-

Рис 72 Гидролакколит / — надмерзлотные слои, 2 — лед, 3 — трещины в подмерзлотных слоях

ет, создаются благоприятные условия для взаимосвязи всех водо­носных горизонтов, развитых в районе.

Нередко в областях распространения многолетней мерзлоты обнаруживаются нисходящие и восходящие источники. Первые свя­заны с водами надмерзлотными и редко межмерзлотными. Появ­ляются обычно вследствие промерзания верхней зоны и увеличения напора, вызывающего прорыв подземными водами верхнего замерз­шего грунта. Дебит их источников обычно незначителен. Вторые связаны с межмерзлотными и подмерзлотными водами; часто они выходят в руслах рек и в озерах. На участке их выхода вода обыч­но не замерзает даже зимой. Дебиты восходящих источников по­стоянны и достигают 5 л/с. При наличии в районе трещинно-карсто-вых вод дебит их может повышаться до нескольких десятков, сотен и даже тысяч литров в секунду.

160

Рис 73 Карта распространения минеральных вод на территории СССР (по Н И Толст нхину)

/ — области углекислых вод, 2 — области азотных термальных вод, 3 — платформенные области с негазирующими хлоридно натриевыми и хлоридными кальциево натриевыми водами (мелкими точками показаны районы с сероводородными и метановыми водами) 4 -области слабоминерализованных вод коры выветривания кристаллических метаморфических пород, местами обогащенных тяжелыми

металлами и радолом, 5 — минеральные источники