Геологические явления в зоне многолетней мерзлоты

С областями развития ММП связан целый комплекс самостоятельных геологических процессов. Это морозное пучение и образование повторно-жильных льдов, солифлюкция и курумообразование, термокарст, термоэрозия и термоабразия. Изучение особенностей протекания этих процессов имеет не только научное, но и важное практическое значение. Динамика криогенных процессов нередко столь велика, что их недоучет способен привести к возникновению целого ряда инженерных и экологических проблем. Это прежде всего просадки грунта в местах интенсивного строительства зданий и сооружений, подтопления дорог и трубопроводов, аварии на буровых скважинах. Содержащиеся в деятельном слое надмерзлотные воды, увеличиваясь в объеме при замерзании, нередко приподнимают вышележащие отложения, образуя наледные бугры пучения. При этом выделяются миграционные бугры, когда к фронту промерзания мигрируют новые объемы воды из нижележащей протаявшей части грунта, и инъекционные бугры пучения, образующиеся в условиях закрытой системы. Инъекционные бугры, возникающие в результате промерзания подозерных таликов, носят якутское название «булгунняхи». Одной из разновидностей инъекционных бугров являются гидролакколиты — небольшие, до нескольких сотен метров в поперечнике, положительные формы, высота которых обычно не превышает 10 м. Образуются гидролакколиты при замерзании аллювиальных грунтовых вод либо напорных вод таликов, поднявшихся к поверхности, при их полном или частичном сезонном оттаивании. Замерзающая вода, увеличиваясь в объеме, все время приподнимает лежащие надо льдом породы. Постоянный рост гидролакколитов приводит к образованию на поверхности многочисленных трещин. С морозобойными трещинами, образующими системы различных по масштабу и форме полигонов, связано формирование повторно-жильных льдов. Этот процесс широко развит преимущественно в северной геокриологической зоне, характеризующейся низкими температурами и небольшой мощностью сезонно-талого слоя. Для образования повторно-жильных льдов необходимо соблюдение нескольких условий (Б. Н. Достовалова, А. И. Попова и др.): многократное возникновение морозобойных трещин глубже границы сезонного протаивания, соответствующее многократное заполнение трещин льдом и наличие в разрезе пластичных или способных к уплотнению отложений. При этом выделяются два типа роста жил: эпигенетический, в пределах уже сформировавшихся горных пород, и сингенетический, когда повторно-жильные льды формируются одновременно с накоплением осадков (пойменные, делювиальные, болотные и другие отложения). С областями развития многолетней мерзлоты связано развитие двух основных склоновых процессов — солифлюкции и курумообразования. Летом деятельный слой, находясь у самой дневной поверхности, очень подвижен. Перенасыщенный не проникающей в глубину талой и дождевой водой, грунт приобретает способность перемещаться, «стекать» при очень малых (доли градусов) углах наклона. Этот широко распространенный в районах развития ММП процесс носит название солифлюкции (от лат. «солюм» — грунт и «флюкос» — течь). В результате образуются характерные натечные формы — солифлюкционные террасы. При обилии на склонах каменного материала, преимущественно в горных и плоскогорных районах, где близко к поверхности залегают скальные породы, деятельный слой может течь по тонкому увлажненному субстрату, образуются подвижные каменные россыпи — курумы. Обломочный материал курумов образуется при периодическом сезонном промерзании и оттаивании скальных пород или в результате их морозного выветривания. Местами курумы образуют сплошные каменные поля, размеры которых могут достигать нескольких десятков квадратных километров. В областях распространения ММП широко развиты процессы деградации мерзлоты, к которым относятся термоабразия, активно протекающая на озерных и морских берегах, термоэрозия, вызванная отепляющим воздействием движущихся водных потоков, и термокарст. Теромоабразия не относится к ведущим мерзлотным процессам криолитозоны, и проявления ее достаточно локальны. Льдистые крутые берега рек, озер или морей в результате совокупного механического и теплового воздействия воли нередко быстро отступают, образуя термоабразионные ниши или нависающие над водоемами козырьки. Термокарст (термический карст) — процесс вытаивания подземного льда, заключенного в верхней части многолетнемерзлой зоны, и связанного с этим проседания поверхности с образованием отрицательных форм рельефа — западин, термокарстовых озер. Сегодня справедливо считается, что явление термокарста — самый распространенный и один из самых динамичных процессов современной криолитозоны. Под термокарстовыми озерами вследствие отепляющего воздействия воды могут возникать подозерные талики. Основными причинами, инициирующими термокарстовые процессы, принято считать потепление климата и антропогенное нарушение естественных ландшафтов (рытье каналов, вырубка леса, распашка, образование искусственных водоемов, прокладка трубопроводов, строительство дорог и других объектов инфраструктуры). Формы термокарстового рельефа различны (мелкие западины, неглубокие озера, крупные котловины) и зависят от того, какие типы льдов и льдистых отложений подвергаются оттаиванию. При миграции или осушении термокарстовых озер образуются так называемые аласные котловины, или хассыреи, разделенные буграми останцов пород, вмещавших вытаявшие ледяные жилы. Сегодня собраны многочисленные данные о естественной цикличности термокарстового процесса. Нередко на месте высохшего озера начинается вытаивание вновь образовавшегося льда, постепенно приводящее к появлению нового водоема, который, в свою очередь, с течением времени начинает мелеть, сначала разбиваясь на группу более мелких озер, а впоследствии и полностью пересыхая, опять образуя аласную котловину. Продолжительность такого цикла в естественных условиях составляет первые сотни лет. В то же время при активном антропогенном воздействии на ландшафт скорость процессов способна очень резко возрастать. Термоэрозия, так же как и термокарст, представляет собой ведущий процесс преобразования первичного рельефа земной поверхности. Специфика разрушительной работы рек и ручьев в криолитозоне связана не только с их отепляющим воздействием, по и с влиянием на эрозионные процессы морозобойного растрескивания грунтов. Морозобойные трещины во многом предопределяют характер и даже рисунок гидросети. Поверхность практически всех уровней рельефа в криолитозоне разбита сетью морозобойных трещин на полигоны, поперечник которых варьирует в широких пределах от 10 до 500 м, а иногда и до 1,5-2 км. К разделяющим полигоны морозобойным трещинам обычно приурочены ледяные жилы. Первичная эрозионная сеть непременно наследует сеть морозобойных трещин, благодаря чему сама приобретает полигональный характер. В целом полигональные структурные формы очень широко распространены практически во всех областях криолитозоны. Образование подобных структур может быть как вызвано растрескиванием грунта на мелкие полигоны, так и связано с неравномерным промерзанием деятельного слоя или развитием локальных очагов напряжений, нередко дизъюнктивного характера. Пятна-медальоны развиваются в дисперсных породах в результате прорывов па поверхность, по трещинам внутри полигонов, испытывающего гидростатическое давление разжиженного грунта верхней части сезонио-талого слоя. Еще одним типом полигонально-структурных форм являются каменные кольца и многоугольники. В результате неоднократного промерзания и протаивания рыхлых пород, содержащих каменные обломки, происходит «вымораживание» крупного обломочного материала на поверхность и его постепенное перемещение в сторону пониженных трещинных зон. Интересно, что сегодня остатки древних каменных полос можно обнаружить на поверхности Земли далеко от современной границы многолетней мерзлоты. Очевидно, что подобные структуры сформировались в более древние геологические эпохи, когда холодный субарктический климат распространялся существенно южнее, нежели в настоящее время.