Зміст
Введення
Глава 1. Поняття кріолітозони
1.1 Поширення кріолітозони
Походження кріолітозони
Будова кріолітозони
Глава 2. Підземні води кріолітозони
Глава 3. Підземні льоди кріолітозони
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Близько 65% території Росії зайнято багаторічномерзлі породами (ММП), але вони не всі однакові за своєю будовою і характером поширення. У Росії ММП суцільного поширення займають 53%, переривчастої - 15%, масивно-острівний 19% і острівної 13% від загальної площі кріолітозони.
Всі ресурси, якими ми сьогодні живі, а це 75% корисних копалин Росії, знаходяться на Півночі. Тому, в переносному, правда, сенсі, вони теж є "холодними" ресурсами, оскільки ми їх добуваємо у вкрай суворих умовах. Це нафта і газ, алмази, золото, олово, вугілля та ін ... Гірничі виробки, пройдені у вічній мерзлоті, просто вражають своїми розмірами (Нерюнгринское вугільний розріз, кар'єри-розробки алмазоносних трубок і т.д.). Мерзлота Центральної Якутії цікава і археологам. Вони висунули гіпотезу, що перші люди з'явилися на півночі - в Якутії, ледь не мільйон років тому. Правда, слід зазначити, що ця ідея заперечується. Проте малюнки на скелях і знахідки у вигляді фігурок, які відносяться до пізніших епох, свідчать про те, що стародавня людина жив і творив в суворих умовах.
У результаті освоєння північних територій, особливо в Західному Сибіру ми впливаємо на багаторічні мерзлі породи. Тому необхідно вивчати багаторічномерзлі породи і процеси, які в них відбуваються.
Глава 1. Поняття кріолітозони
На межі XVIII і XIX століть у гирлі р.. Олени було знайдено добре збережений тіло мамонта. За останні два століття таких знахідок зроблено дуже багато. Яким же чином тисячі років так добре зберігалися загиблі тварини? Вся справа в тому, що тіла мамонтів перебували в замороженому стані, тому що були оточені гірськими породами, температура яких була нижче 0 ° С. Такі породи існують на земній кулі від 2-4-х років до багатьох десятків і навіть сотень тисяч років і тому їх називають "вічної" мерзлотою або багаторічномерзлі. Територія на якій поширені багаторічномерзлі породи, носить назву кріолітозони (грец. "Кріос" - холод, "літос"-камінь, порода).
Кріолітозона складається з мерзлих, морозних і охолоджених порід. Під мерзлими розуміють такі породи, які містять у своєму складі лід і характеризуються негативними температурами. Морозні породи відрізняються від мерзлих тим, що в них відсутня вода і лід. Такі породи найчастіше представлені магматичними і метаморфічними їх різновидами, а також сухими пісками і галечниками. Охолоджені породи також мають температуру нижче 0 ° С і насичені мінералізованими солоними водами-кріопегов (грец. "Кріос"-холод, "пегі" солоні води).
1.1 Поширення
Кріолітозона широким кільцем охоплює простір навколо Північного Льодовитого океану і займає в цілому близько 25% площі всієї суші і 64% території Росії. Багаторічномерзлі породи є у вигляді "островів" і в прівершінних ділянках високогірних хребтів в Альпах, на Кавказі, на Тянь-Шані і Памірі, в Гімалаях та інших місцях, займаючи, в цілому 3 млн. км2.
Великий ареал високогірній мерзлоти (2 млн. км2) охоплює Тянь-Шань, Памір і Гімалаї, досягаючи на півдні 27 ° с.ш. Завдяки суворим зим в Росії, практично весь верхній шар земної кори поза кріолітозони промерзає на глибину до перших метрів. Влітку він відтає, а в зимовий період знову виявляється промороженому.
Поширення кріолітозони таке, що в південних районах вона розташовується окремими островами серед талих порід. Мерзлі породи мають потужність 10-25 м і залягають у вигляді лінз. На північ розташовується зона не суцільних мерзлих порід потужністю до 100 м, в якій багато таликов - ділянок непромерзшіх порід. Північніше, зазвичай, кріолітозона займає весь простір, а її потужність збільшується до 1000-1500 м.
Потужність "вічної мерзлоти" змінюється в дуже широких межах від перших метрів по південній околиці її розповсюдження, до 1000 м і навіть 1500 м.
1.2 Походження кріолітозони
Безсумнівно, що виникнення кріолітозони в Північній півкулі в цілому пов'язане з неодноразовими оледеніннями, що охоплювали в останні 2 млн. років величезні райони. Кріолітозона формується не тільки в просторі, але і в часі. Відомо, що промерзання верхній частині земної кори відбувалося в геологічній історії не один раз. Але потім, породи, звичайно, відтавали, місцями охороняючи лише неясні сліди колишньої промерзання. У межах Росії встановлено, що приблизно 2 млн. років тому, тобто в пізньому пліоцені кріолітозона вже існувала в межах Новосибірських островів, Яно-Індігирськой і Колимської низовинах. Але в окремі моменти подальшої геологічної історії вона зникала і знову виникала. Десь близько 650 000 років тому виникнувши, вона вже зберігалася, тому що один за іншим слідували льодовикові епохи. Здавалося б, де були більш потужні льодовики і де вони зберігалися довше за все, там і слід очікувати максимальні потужності кріолітозони. Однак, картина виходить більш складною. Саме в тих місцях, де знаходилися льодовики, потужність кріолітозони менше, ніж у тих місцях, де льоду не було. Там, в умовах суворих зим гірські породи промерзали на велику глибину при інших рівних умовах. У реліктовому стані «вічна мерзлота» зараз знаходиться під дном шельфових морів північних узбереж Росії, незважаючи на спірність існування в їх межах Панарктіческого льодовикового покриву. Якщо шельфи і не покривалися льодом, то в умовах сильного зниження рівня моря під час останнього заледеніння вони повинні були промерзати на велику глибину.
Таким чином, області суцільний «вічної мерзлоти» почали виникати ще в пізньому пліоцені - 2 млн. років тому, але суцільна кріолітозона, вже не зникала згодом, утворилася близько 650 000 років тому, тобто в ранньому плейстоцені в межах півночі Сибірської платформи. У рівнинних ділянках материків поширення кріолітозони пов'язано з широтної зональністю, тому що кількість сонячної радіації стає менше на північ, знижуються середньорічні температури, збільшується альбедо - відбивна здатність поверхні Землі внаслідок тривалого збереження сніжного покриву. Сніжне поле відображає до 90% сонячної радіації, тоді як пооране поле лише 7-8%. У гірських районах спостерігається висотна геокріологіческіе зональність. Можливо, що в горах Паміру і Гімалаях потужність кріолітозони зростає і до 3000 м
Потужність кріолітозони залежить від дуже багатьох факторів: широти місцевості, ландшафту, рельєфу, геологічної будови, структури та теплового потоку. Наприклад, на Анабарському стародавньому масиві Сибірської платформи потужність кріолітозони перевищує 1000 м, тепловий потік у докембрійських структурах невисокий - 15-25 мВт/м2 і дуже маленький геотермічний градієнт. У той же час на більш молодий, епіпалеозойской Західно-Сибірської плиті властивий більш високий тепловий потік - до 50 мВт/м2 і геотермічний градієнт до 5 ° С на 100 м. Тому на тих самих широтах потужність кріолітозони в Західному Сибіру в 2-3 рази менше і коливається від 300 до 400м.
1.3 Будова кріолітозони
У межах поширення кріолітозони покрівля багаторічномерзлих порід завжди залягає на певній глибині, яка визначається потужністю шару, відталого влітку. Цей шар називається сезонноталого, він повністю промерзає. У кріолітозоне і на таликов взимку утворюється сезонномерзлий шар, який стелить немерзлому або талими породами. Улітку цей шар повністю відтає.
Глибина промерзання або протаивания має важливе значення і залежить від кількості сонячної радіації, що надходить в даний район влітку і взимку. У південних районах Західного Забайкалля, протаіваніе влітку може досягати 4-6 метрів, але поруч, в залежності від рельєфу і ландшафту не перевищує і 0,5 м. На крайньому півночі, наприклад, на Землі Франца-Йосипа влітку відтає всього 10-20 см грунту. У кріолітозоне завжди знаходяться ділянки, де сезонноталого шар не повністю промерзає взимку і ділянки, де влітку не повністю відтає сезонномерзлий шар. Відтавання порід починається відразу після сходження снігу й його темп може досягати декількох десятків сантиметрів на місяць. Навіть на невеликій, здавалося б, однорідною в кліматичному відношенні площі, літнє відтавання відбувається на різну глибину і з різною швидкістю. Все залежить від конкретних геолого-геоморфологічних особливостей, експозиції схилу, залісеності і т.д. Шари сезонного відтавання можуть промерзати не тільки зверху, але і знизу, з боку багаторічномерзлих порід. Шар сезонного промерзання і відтавання надзвичайно важливий для будівництва, тому що саме його потужністю визначаються умови, в яких закладаються фундаменти будівель, забиваються палі і т.д. Тому складаються детальні карти сезонноталого і сезонномерзлих шарів, в яких відбуваються фазові перетворення води, пов'язані з поглинанням чи виділенням тепла. Шар з сезонними змінами теплового стану порід дуже швидко реагує на будь-техногенне втручання, при цьому можуть розвиватися негативні процеси, які потім важко ліквідувати.
У різних геологічних районах будова кріолітозони може відрізнятися. Місцями розвинені тільки мерзлі породи. В інших районах, наприклад, на древніх платформах, де осадовий чохол перекриває метаморфічних фундамент, перший представлений мерзлими, а другий морозними породами.
На узбережжях морів Льодовитого океану під мерзлими породами залягають охолоджені породи з кріопегов і перехід між ними поступовий. Верхня товща мерзлих порід має більш молодий вік, чим більш нижня.
Глава 2. Підземні води кріолітозони
Освіта багаторічномерзлих порід, які є водоупорами, сильно змінили умови водообміну атмосферних і підземних вод у кріолітозоне. Велика частина прісних підземних вод у кріолітозоне приурочена до таликов. Таліка або талими зонами називаються товщі талих гірських порід, які розвинені з поверхні землі або під водоймами та річками і які безперервно існують більше десятка років. Якщо талики знизу подстилаются мерзлими породами, то вони називаються надмерзлотние або некрізними, а якщо талики тільки обрамляються з боків мерзлими породами, як стінками, то вони носять назву наскрізних. Талики також можуть бути межмерзлотние і внутрімерзлотнимі у вигляді лінз «тунелів», «труби», обмеженими з усіх сторін мерзлими породами. Підземні води кріолітозони по відношенню до мерзлим породам (криогенним водоупора) поділяються на:
1) надмерзлотние;
2) межмерзлотние;
3) внутрімерзлотние;
4) подмерзлотние води.
Надмерзлотние підземні води поділяються на тимчасові води діяльного шару і постійні води некрізних таликов. Тимчасові води існують тільки влітку, і глибина їх зелеганія не перевищує покрівлі мерзлих порід. Води мають важливе значення для процесів солифлюкции, освіти курумов, опливін, здимання порід.
Постійні води пов'язані з ненаскрізними талики над покрівлею мерзлих порід і вони відповідають за освіту гідролакколітов, горбів здимання, полою.
Межмерзлотние води зазвичай розташовуються між двома шарами мерзлих порід, наприклад, між голоценових верхнім і реліктовим, позднеміоценовим, нижнім. Ці води найчастіше динамічно неактивні.
Внутрімерзлотние води, про що говорить їх назва існують усередині товщі мерзлих порід і знаходяться в замкнутих об'ємах, будучи присвяченими до таликов в карстівних вапняках.
Подмерзлотние води циркулюють поблизу підошви мерзлій товщі, володіють позитивними температурами, іноді слабко або сильно мінералізовані і можуть бути напірними і ненапорнимі, а також контактуючими з мерзлої породою або неконтактірующімі, тобто відокремленими шаром талих порід від мерзлих.
Глава 3. Підземні льоди кріолітозони
Підземними льодами називають всі види льоду в мерзлих породах незалежно від їхньої освіти, розмірів і умов залягання. З їх формуванням пов'язані багато геокріогенние процеси. За даними В.А. Кудрявцева, М.М. Романовського та інших дослідників, льоди, що формуються в гірських породах, можуть бути поділені на чотири основні групи:
1. Похований лід, що утворюється при похованні сніжників і підземних льодів.
2. Повторно-жильний лід, що утворюється при неодноразовому заповненні водою або снігом морозобійних тріщин, захоплюючих як діяльний шар, так і ММП. Глибина таких жив різна - від 0,5-1 до 30-40 м, а ширина у верхній частині до 8-10 м і більше.
3. Ін'єкційний лід, що виникає в результаті замерзання підземної води, внедряющейся під натиском в товщу мерзлих дисперсних порід.
4. Конституційний лід, що утворюється головним чином при промерзанні вологих дисперсних порід. Він підрозділяється на: лід-цемент - дрібні кристали льоду, що заповнюють пори і невеликі тріщини у вологих породах при їх замерзанні, і сегрегаційний (лат. "сегрегаре"-відокремлювати), або міграційний лід, що утворюється при замерзанні води, мігруючої до фронту промерзання. У результаті утворюються крижані шліри (ниткоподібні включення), невеликі гнізда, лінзоподібні прошарку.
Освіта покладів підземного льоду тісно пов'язане з кріогенними процесами. Наприклад, з криогенним розтріскуванням, прояви якого не кидаються в очі при наземних роботах, але добре видно в ілюмінатори літака або вертольота при польотах над лісотундрою і тундрою Сибіру. Зверху добре видно, що виникає, сітка, така ж, як буває в пустелі Сахара із висохлої після зливових дощів грунтом, тобто грунт тріскається, і коли висихає, і коли замерзає. У виникають тріщинах може відбуватися формування полігональної-жильних льодів, що досягають великої потужності. У кріосфері на обводнених ділянках в тріщини потрапляє вода, яка, замерзаючи, перетворюється на клини (жили), так формуються системи повторно-жильних підземних льодів. При багаторазових повтореннях таких процесів у льодовиковий період на великих просторах приморських низовин Північного Сходу жили росли і зливалися в льодовий комплекс, який називають Едома. Тоді тут були так звані мамонтові степу. Взагалі великі тварини паслися на цих степах. І загадково вимерли. У місцях, де є поклади підземних льодів при їх витаіваніі виникають термокарстові озера. Так дивують часом твори кріосфері, наприклад, в хребті Токінскій Становік на південно-сході Якутії є озеро у формі серця, що виникло в результаті подпруди гірського струмка мореною розтанув у троговими долині льодовика. Не менш унікальні полою, які часто формуються в місцях розвантаження підземних вод кріолітозони і зберігаються все літо. Прекрасний Байкал теж знаходиться в зоні впливу кріосфері. Гори, які оточують озеро Байкал, зверху складені мерзлими породами, внизу - сезонно мерзлими. І чиста вода озера багато в чому зобов'язана цього безперервно працює кріогенно реактора. Тобто грунтові води промерзають, відтають і стікають. Талі води, фильтруясь через тіла потужних і численних курумов, стікають в Байкал щорічно. І так мільйони років. Тому це озеро практично найчистіше в Росії і містить 20% світових запасів прісної води.
Висновок
Кріолітозона займає більше половини території Росії і саме в місцях, багатих на корисні копалини - нафтою, газом, вугіллям, різними рудами. Освоєння цих територій має величезне значення для нашої країни. Області поширення багаторічномерзлих порід дуже чуйно реагують на будь-які природні або техногенні втручання Висока льодистість багаторічномерзлих порід і термічне рівновагу, готове зміститися від найменших змін визначає нестійке поведінка багаторічномерзлих порід. Будь-яке підвищення температури відразу ж підвищує глибину сезонного протаивания, лід перетворюється у воду, яка йде, грунт ущільнюється і просідає. Це явище, зване термокарст, супроводжує будівництво, вдаване без урахування правил, передбачених для кріолітозони.
Те, що відбувається зміна клімату та природного середовища під впливом техногенної діяльності людини і згодом природних причин, може доставити майбутнім поколінням чимало клопоту в районах поширення багаторічномерзлих порід.
Список використаних джерел
1. Загальне мерзлотознавства (геокриології) / Под ред. В.А. Кудрявцева. - М.: Изд-во МГУ, 1978. 464 с.
2. Павлов А.В. Закономірності формування кріолітозони за сучасних зміни клімату / / Известия РАН, серія геогр., 1997, N 4, c. 61-73.
3. Джон Б., Дербішир Е., Янг Г. Зими нашої планети. - Москва; 1982; 253.
4. Палмер Геологія. - Москва; 1984; 485.
5. Гурський Б.М., Гурський Г.В. Геологія. - Москва; 1985; 391.