Što je permafrost. Što je permafrost (permafrost)? Uvjeti za nastanak permafrosta

Ledenjaci su ogromne mase pokretnog leda nastale od palog i nagomilanog snijega. Kada se snježno polje (velika nakupina snijega) ne stigne otopiti tijekom ljetnog razdoblja, ono se zbije, kristalizira i pretvori u led.

Ledenjaci koji se nalaze samo u planinama nazivaju se planinski glečeri. Pokrivaju površinu od 1.700.000 četvornih kilometara, ledene su kape i dugi jezici leda. Spuštajući se pod utjecajem gravitacije, ledenjak se postupno topi, stvarajući planinske rijeke. Najduži glečeri nalaze se u planinskim lancima Aljaske (SAD). Riječ je o Beringovom ledenjaku, dug 203 kilometra, i ledenjaku Hubbard, dug 112 kilometara. Najduži ledenjak u Rusiji - Bezengi na Kavkazu ima dužinu od 17.600 metara.

Pločasti glečeri

Na golemim prostranstvima Antarktika i na otocima rasprostranjena je glacijacija. Zauzima 14.400.000 četvornih kilometara (više od 85% u, 12% na Grenlandu). Pokrivni glečeri tvore divovske kupole koje u potpunosti prekrivaju kopno zajedno s planinama i ravnicama koje se nalaze na njemu. Kreću se zbog plastičnosti donjih slojeva leda.

Brzina kretanja ledenjaka je različita i nedosljedna. U unutarnjim predjelima pločastih ledenjaka iznosi manje od jednog milimetra dnevno, a u rubnim dijelovima doseže nekoliko metara dnevno. Planinski glečeri kreću se brže. Bilo je slučajeva kada su se ledenjaci s padina spuštali brzinom od 150 metara dnevno, uništavajući sve na svom putu.

Pokrovni glečeri "klize", u pravilu, u mora ili ocean, od njih se odvajaju sante leda - divovski blokovi leda, koji, odvajajući se od ledene kupole, "putuju" oceanom zahvaljujući strujama i vjetrovima.

vječni led

glacijacija

Poznato je nekoliko ledenih doba. Najstarija glacijacija bila je prije oko 2 1/2 milijarde godina, pretposljednja - prije 340-240 milijuna godina, a posljednja je počela prije oko 2-3 milijuna godina. Tijekom posljednjih milijun godina, ledenjaci su ili napredovali i zauzimali velika područja, a zatim su se povlačili tijekom međuledenih razdoblja. Debljina leda tijekom razdoblja glacijacije mjestimice je dosezala dva ili više kilometara. Uzroci glacijacije povezani su i s kozmičkim i kopnenim procesima. Tragovi prošlih napretka glečera rašireni su u Sjevernoj Americi i Euroaziji.

Prvi pisani dokazi o postojanju neobičnog stanja tla, kasnije označenog kao "permafrost", ostali su od ruskih istraživača iz 17. stoljeća koji su osvojili Sibir. Kozak Y. Svyatogorov postao je otkrivač, a članovi ekspedicija I. Rebrova i S. Dezhneva već su detaljnije proučili to pitanje. U svojim depešama sudu opisali su posebnost pojedinih zona u tajgi, u kojima zemlja čak i ljeti zadržava zimski mraz. Godine 1640. gubernatori M. Glebov i P. Golovin, u poruci ruskom caru, nisu krili iskreno zbunjenost:

Zemlja se, gospodaru, ne topi ni usred ljeta.

Konačno su se učvrstili u postojanju područja "permafrosta" tijekom početka industrijskog razvoja Sjevera. Godine 1828. lutalica F. Shergin prorezao je prvi metar leda u Jakutsku, dosegnuvši za 9 godina ocjenu od nešto manje od 116 i pol metara, a na putu nije sreo niti jedan vodonosnik. A. Middendorf, nakon što je izmjerio temperaturu u rudniku Sherigin, podvukao je crtu ispod odgovora. Tako je nevjerojatno postalo očita činjenica geografije i geologije zemlje.

Vječni led poluotoka Jamala na sjeveru Zapadnog Sibira, na teritoriju Jamalo-Nenetskog autonomnog okruga Rusije.

Koncept "permafrosta" prvi se put pojavio u znanstvenoj zajednici 1927. godine. Autor pojma bio je sovjetski znanstvenik M.I. Sumgin, jedan od utemeljitelja domaće znanosti za proučavanje ovog fenomena.

znanstvena definicija

Pod permafrostom uobičajeno je uzeti u obzir kriolitozonu s temperaturnim režimom od 0 ° C i ispod i, sukladno tome, prisutnost podzemnog leda u njemu. Prema Sumginu, ovo je permafrost tla sa dobi od 2 godine ili više, maksimalne vrijednosti akumulacije mjere se tisućljećima.

Neko vrijeme vladala je određena zbrka u terminologiji. Značenje riječi "permafrost" nije imalo jasnu definiciju, što je dovelo do nedosljednosti. Ovaj stav je opravdano kritiziran i stoga su predložena druga imena. Bilo je pokušaja da se naširoko šire nazivi "permafrost rocks", "perennial cryolithozone". Ali kao rezultat toga, Sumginov je termin zapeo.

Razdoblje tijekom kojeg nastaje smrznuto stanje stijena dijeli ih na tri tipa:

• Kratkotrajno smrznuto kamenje (satima i danima),
• Sezonski smrznuto kamenje (mjesecima),
• Permafrost (godina)

Posebna kategorija uključuje srednje ili prijelazne oblike smrznutih stijena. Zovu se letovi. Primjer je slučaj kada sezonski smrznuta stijena nema vremena za odmrzavanje tijekom ljetnog razdoblja i traje nekoliko godina.

Veliki dio današnjeg permafrosta nastao je uslijed utjecaja posljednjeg ledenog doba. Volumen leda u smrznutim stijenama može biti i do 90 posto. Danas se opaža proces njihovog sporog taljenja.

Značajke smrznutih tala

Niske temperature u uvjetima permafrosta, koje su dugotrajne sezonske ili trajne prirode, prirodno ostavljaju traga na stanju lokalnog tla. U njemu se odvijaju osebujni kemijski i biološki procesi. Jedan primjer je prikazan na fotografiji lijevo.

Humus se nakuplja iznad smrznutog vodootpornog sloja u procesu koagulacije (zgušnjavanja) organskih tvari. Štoviše, njegova suprapermafrost regeneracija ili takozvano supra-permafrost gleying ne ovisi jako o milosti prirode. Za početak procesa dovoljna je mala količina godišnjih oborina.

Slojevi (slojevi leda) koji su nastali u tlu, razbijajući kapilare vodonosnika, blokiraju pristup vlazi iz gornjih horizonata permafrosta u donji okoliš nastanjen korijenjem. Posebno su karakteristične sve pojave koje se javljaju u tlu u uvjetima permafrosta. Kao rezultat mehaničkih promjena u tlu zbog prisutnosti smrznutog sloja, tundra je dobila svoj poseban izgled. Kriogene deformacije u obliku krioturbacije (miješanje pod utjecajem razlike temperature mase tla) i soliflukacije (klizanje mase tla zasićene vodom s padina uz zaleđeni sloj) dale su reljefu tundri valovite obrise, kada je nabujala. brežuljci se izmjenjuju s padinama u termokrškim udubinama. Iz istog razloga nastale su pjegave tundre.

Minus temperature također utječu na strukturiranje tla, uzrokujući njegov kriogeni karakter. Oni tjeraju proizvode stvaranja tla da prijeđu u kondenzirana stanja, a pritom naglo usporavaju njihovu mobilnost. Feruginacija tla nastaje kao posljedica koagulacije koloida permafrosta. Prema nekim istraživačima, kriogeni fenomeni također obogaćuju srednji dio podzolskog profila tla silicijevom kiselinom. Ovi znanstvenici smatraju da je bjelkasti prah rezultat diferencijacije plazme tla od permafrosta.

Područja distribucije

Permafrost ima globalnu rasprostranjenost. Zauzela je najmanje ¼ zemlje, uključujući gorje Afrike. Australija je jedini kontinent na kojem ovaj fenomen uopće izostaje.

Ogromna prostranstva Rusije žarište su permafrosta. Više od polovice teritorija najveće zemlje na svijetu otpada na kriozonu. Najrasprostranjeniji je u Transbaikaliji i istočnom Sibiru, gdje se najniža točka permafrosta nalazi u gornjem dijelu rijeke Viljuj na dubini od 1370 metara. Rekord je postavljen 1982.

Ekonomski utjecaj

Obračun permafrosta važan je za građevinske, istraživačke i druge gospodarske radove u regijama sjevera. Može stvarati probleme i biti od koristi. Sposobnost da služi kao prirodni hladnjak za skladištenje hrane leži na površini. Osim toga, u uvjetima permafrosta, vjerojatno je stvaranje hidratnih naslaga plinova koje koriste ljudi, posebice metana.

Visoka čvrstoća smrznutih stijena jako otežava rudarenje. Ali u isto vrijeme, postoji još jedna, snažna strana: vječni led cementira stijene, što je omogućilo uspješan razvoj kimberlitnih cijevi u kamenolomima Jakutije, dovodeći zidove zdjela u čisto stanje. Upečatljiv primjer potonjeg je primjer jakutskog kamenoloma Pipe Udachnaya.

Igarski muzej permafrosta jedinstven je fenomen, ne samo zato što su njegove glavne izložbene dvorane smještene u debljini vječnog leda, već i zato što je glavni eksponat muzeja sam permafrost.

Od prvih godina izgradnje grada, znanstvenici su provodili svoja istraživanja, stanica permafrosta otvorena je 1931. godine. Usput se rodila ideja da se stanovništvu pokažu rezultati brižnog odnosa prema prirodi. Ova ideja pripadala je znanstveniku permafrost Mihailu Ivanoviču Sumginu, koji je posjetio istraživačku stanicu 1938. godine. Do tada su iskopani šahtalni bunari i kontra nanosi do njih. Godinu dana prije početka Drugoga svjetskog rata iskopom je opremljeno pet komora, odvojenih od hodnika pregradama i vratima. Njihovi zidovi, kao i hodnik, bili su obloženi tankim slojem leda. Zapremina iskopanog tla iznosila je 468 kubičnih metara.

Izgrađeni prostori bili su od istraživačke vrijednosti, ali su ipak za one koji su to željeli, prvenstveno školarce i goste grada, prve ekskurzije već izveli djelatnici kolodvora. Tako se jedna od komora, zapravo, već tada počela koristiti kao biomuzej. Njegovi izlošci bili su smrznuti gušteri, lanci, jastrebov moljac u suspendiranoj animaciji, kukci: bumbari, bubamara i muha. Znanstvenici su nadopunili biomuzej koliko su mogli i primili posjetitelje.

Kao svojevrsni znanstveni eksperiment za proučavanje mogućnosti očuvanja papira iu sjećanje na Veliki Domovinski rat, osoblje stanice je 6. travnja 1950. postavilo oznaku novina ratnog razdoblja - Pravda, Izvestia, Trud i Krasnoyarsk Rabochy s oporuku da se 9. svibnja 2045. otvori kutija s novinama utisnutim u nju.

Službenim datumom otvaranja Muzeja permafrosta u Igarki smatra se 19. ožujka 1965. godine. Prvi eksponati, osim gore navedenih, bile su knjige o vječnom ledu i biljkama smrznutim u led. Činilo se da priroda ide prema entuzijastima, otkrivajući svoje stoljetne tajne. U jednom od zidova hodnika, tijekom prolaza, izložena su debla, njihovi dijelovi, koji omogućuju procjenu starosti - više od 50 tisuća godina.

Pa ipak, to je još uvijek bio muzej na dobrovoljnoj bazi, ostali prostori korišteni su kao znanstveni laboratoriji. I znanstvenici su nastavili eksperimentirati: tako se rodila ideja o izgradnji podzemnog klizališta, s mogućnošću da ga tijekom cijele godine koriste sportaši i amateri.

25. listopada 1996. podzemni laboratoriji Znanstvenoistraživačke Stanice vječnog leda preuzeti su u općinsko vlasništvo. Izvedeni su veliki radovi na remontu podzemnog dijela, proširenju i stvaranju novih izložbenih dvorana. Bez sumnje, podzemni dio muzeja smatra se glavnim u zavičajnom kompleksu "Muzej vječnog leda". No, zanimljivi su eksponati u odjelima prirode, povijesti, gradilištu br. 503, te izložbeno-izložbenoj dvorani. U dvorani prirode, primjerice, koja se nalazi ispred ulaza u tamnicu, nalaze se kosti prapovijesnih životinja pronađene u okolici Igarke, među kojima je i zub mamuta. A vodiči, govoreći o značajkama rasta drveća, pokazuju deblo desetogodišnjeg božićnog drvca s vodoravnim korijenjem - ovako stabla traže vlagu koja im je potrebna za rast u odmrznutom sloju tla.

Veliku ulogu u razvoju muzeja, njegovu popularizaciju odigrali su prvi muzejski vodič Pavel Aleksejevič Evdokimov, bivša ravnateljica muzeja Marija Vjačeslavovna Mišečkina i njezin pokojni suprug Aleksandar Igorevič Toščov. Njihove zasluge uključuju ne samo očuvanje tla od vremenskih utjecaja od kontakta s ljudima (a to je također čitav niz mjera), već i otvaranje i modernizaciju novih dvorana, uvođenje muzejske tradicije i opsežnu izdavačku djelatnost.

Permafrost je široko rasprostranjen i nalazi se uglavnom u kriolitozonama - teritorijama na kojima se, na određenoj dubini, iz godine u godinu zadržavaju negativne temperature, a porijeklo permafrosta je još uvijek nejasno. Prvi istraživači smatrali su da su stijene permafrosta ostatak drevnih glacijacija. Prisutnost fosilnog leda i teorija fazne zavjese mogla bi poslužiti kao potvrda takvih stavova. Međutim, trenutno je utvrđena nesklad između granica glacijacija i suvremenih granica pojave permafrosta. Istraživači poput Midendorfa i G. Vildea povezivali su nastanak permafrosta s lokalnim klimatskim uvjetima.

Uočeno je da za svakih 200 m nadmorske visine prosječna godišnja temperatura pada za oko 1 °C. Prema G. Vildeu, permafrost bi mogao nastati u područjima s prosječnom godišnjom temperaturom od -2 °C i niže. Moderne granice pojavljivanja permafrosta prilično su blizu ispunjavanju ovog uvjeta. M. I. Sumgin polazi od činjenice da je krajem pliocena počelo ozbiljno zahlađenje. Povremeno ponavljajući, te su hladnoće uzrokovale nedostatak u ravnoteži topline i dovele do pojave permafrosta. S vremenom bi se ta zahlađenja mogla povezati s glacijacijama u prvoj polovici kvartara.

Tako je M.I. Sumgin, takoreći, generalizira prethodne hipoteze, ali treba pretpostaviti da podrijetlo permafrosta još nije u potpunosti razjašnjeno, a istraživanja koja se trenutno provode vjerojatno će omogućiti rješavanje ovog problema.

Porijeklo permafrosta

Smrznute stijene, bez obzira na sastav, obično su vodootporne, pa se podzemne vode u područjima permafrosta mogu podijeliti u tri glavne vrste: subpermafrost, interpermafrost i suprapermafrost.
Subpermafrost vode, koje leže ispod sloja permafrosta, praktički se ne razlikuju po svojim svojstvima od podzemnih voda u normalnim uvjetima. U sjevernijim zemljopisnim širinama razvijene su u stijenama, a u južnijim u aluvijalnim naslagama dolina.Subpermafrost vode često imaju pritisak i mogu se koristiti kao izvor vodoopskrbe.

Interpermafrost vode se javljaju u sloju permafrosta.U pravilu su ograničene na lokalne talike i predstavljaju izolirane akumulacije vode, ponekad povezane s subpermafrost i suprapermafrost vodama.Zalihe interpermafrost vode su vrlo ograničene, budući da je volumen taliksa, na koji one su ograničene, beznačajna je. interpermafrost vode se mogu pojaviti u čvrstoj fazi, tvoreći fosilni led.

U uvjetima slojevitog mraza ove vode mogu tvoriti kontinuirani vodonosnik i biti ograničen ili neograničen, kao i interstratalne vode u normalnim uvjetima.U nekim slučajevima moguće je kretanje interpermafrost voda duž pukotina i drugih poremećaja u permafrostu. Takve se vode mogu usporediti s pukotinskim vodama nezamrznutih zona.

Najveći interes predstavljaju permafrost vode. Po prirodi pojavljivanja slične su podzemnim vodama, jer imaju vodonepropusno smrznuto korito i slobodnu površinu (slika 1.) U područjima konfluentnog permafrosta vode suprapermafrosta su sezonski smrznute, a zimi se pretvaraju u led. U područjima permafrosta koji se ne spaja, ove vode mogu biti sezonski poluzamrzavajuće, kada se samo njihov gornji dio, koji se nalazi u aktivnom sloju, smrzava ili ne smrzava u onim slučajevima kada je cijeli vodonosnik u taliku.

Slika 1. Sheme pojave suprapermafrostnih voda:

a-sezonsko smrzavanje; b-sezonski polu-zamrzavanje; sezonski bez smrzavanja;

Kretanje suprapermafrostnih voda uzrokovano je prvenstveno istim razlozima i događa se prema istim zakonima kao i kretanje podzemnih voda u uvjetima izvan vječnog leda i, osim toga, pritiskom koji se razvija u zatvorenom prostoru, budući da je voda zatvorena u smrzava se i povećava volumen za oko 9 %.U uvjetima permafrosta ovakav način kretanja suprapermafrostnih voda od velike je važnosti.

Poznato je da se voda koja se smrzava u zatvorenom prostoru može prehladiti i samim time pod visokim tlakom.Koliko je velika sila tlaka prehlađenja vidi se iz dobro poznatog primjera s pripremom leda u kutiji. Za pripremu leda, kutija dimenzija 30 x 10 x 6 m se odmah punila vodom, umjesto da se sukcesivno punila i smrzavala u tankim slojevima. Voda se odmah počela lediti sa svih strana, a njezina je unutrašnjost bila pod ogromnim pritiskom i, vjerojatno, u stanju hipotermije.

Dogodila se eksplozija goleme sile koja je izbacila blokove leda zapremine nekoliko kubičnih metara na udaljenosti do 20-30 m. Manji komadi leda odbačeni su na još veće udaljenosti. Iz navedenog je vidljivo da je tlak prehlađenja dovoljan je da izazove kretanje vode.

Inženjersko-geološki fenomeni u zonama permafrosta

Led:

Kao što je već spomenuto, voda koja ispunjava pore nestjenovitih stijena, tijekom smrzavanja, igra ulogu dovoljno čvrstog cementa i pretvara stijenu u čvrstu monolitnu masu.Ovaj proces je popraćen promjenom volumena stijene tijekom smrzavanja. i odmrzavanje i karakterizira ga vrijednost relativne kompresije δ. Kada smrznuto tlo prijeđe u odmrznuto stanje δ predstavlja omjer promjene debljine sloja tla tijekom odmrzavanja pod opterećenjem i njegove početne debljine i izražava se formulom:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

gdje je hm debljina sloja smrznutog tla; ht je debljina sloja istog tla nakon prijelaza u odmrznuto stanje u uvjetima nemogućnosti bočnog širenja pri danom tlaku; em-koeficijent poroznosti prirodne stijene u smrznutom stanju; et je koeficijent poroznosti prirodne stijene nakon njenog prijelaza u odmrznuto stanje u uvjetima nemogućnosti bočnog širenja pri danom tlaku. Za glinene stijene, et se određuje pri sadržaju vlage na granici izdašnosti, za pješčane stijene, kada se uzorak odmrzne bez mućkanja u uvjetima slobodnog strujanja otopljene vode. pri dovoljno velikim vrijednostima δ, u slučaju odmrzavanja smrznutog sloja, dolazi do oštrog smanjenja volumena koji zauzima, što zauzvrat uzrokuje značajno slijeganje.

Očito je da ako je poznata relativna kompresija smrznutog tla tijekom odmrzavanja δ i snaga mogućeg odmrzavanja permafrosta h, onda je ukupna količina povlačenja tijekom odmrzavanja S = δh. zaleđivanje, nasipi leda (bulgunyahi), soliflukcija, termokarst i drugi. Mrazovi nastaju izlaskom podzemne vode na površinu zimi.Visoki tlak se razvija u smrzavanju suprapermafrost vode.

Prehlađena voda eksplodira formiranu koru ledom zasićene stijene, izbija na površinu i zbog stanja hipotermije odmah se smrzava.Led stvara ogromne nakupine leda u obliku pruga i stalaktita duž obronaka područja, blokirajući Zabilježeni su slučajevi kada su ledene podzemne vode probijale u podzemne i donje etaže kuća stvarajući u njima led i istjecale kroz prozore kuća u svojevrsnim ledopadima.

Nastanak poledice na kolniku objašnjava se činjenicom da se zbog zbijanja snježnog pokrivača povećava dubina smrzavanja i, posljedično, povećava pritisak u smrznutoj vodi. Za suzbijanje stvaranja poledice na cestama preporuča se kopati jarke ili jednostavno čistiti snijeg preko toka subpermafrost voda. Na tim mjestima nastaju dublje ledišne ​​zone, usporavat će se protok suprapermafrost voda i dolazi do stvaranja leda dalje od zaštićenog područja.

Glazure su najrazličitijeg oblika i zauzimaju površine od nekoliko desetaka četvornih metara do nekoliko četvornih kilometara. I.V. Popov ističe da je poznat led površine 20,5 km2 i debljine 4,5-5,5 m. M.I. Sumgin bilježi četiri faze u razvoju zaleđivanja:

1) prvi dani zaleđivanja - led je tanak, dimenzije su male;

2) glazura postaje jača, brzo raste u dužinu i širinu, pojavljuju se ledeni nasipi;

3) led dosegne najveću duljinu i širinu; njegova moć nastavlja rasti; ledeni nasipi se cijepaju, iz nekih curi voda; kada se formiraju pukotine, dolazi do eksplozija, blokovi leda težine do 200 tona bacaju se na udaljenost do 10 m ili više;

4) led se topi, rast zaustavlja, površina je prekrivena udubljenjima, kanali, jarci, nasipi se spuštaju; otapanje počinje u proljeće, ali se u sjevernim krajevima odugovlači do srpnja i kolovoza. Ponekad se ledenice zadržavaju do zime i pretvore se u višegodišnje. Ako se ledena voda, koja se diže duž pukotina, ne može probiti na površinu, tada podiže vrh sloj zemlje koji tvori nasip bulguns).Unutar takvog nasipa nalazi se kupola od leda (hidrolakolit).

Ponekad se unutar hidrolakolita nalazi šupljina ispunjena vodom. Stabla podignuta s tlom tijekom formiranja humka naginju se u različitim smjerovima, tvoreći pijanu šumu. Dimenzije takvih ledenih gomila u promjeru dosežu 80 m ili više, a njihova visina doseže 10 m u južnim i do 30 m u sjevernim regijama.

Velike količine fosilnog leda prekrivenog kasnijim naslagama sedimentnih stijena javljaju se u zasebnim zonama. Fosilni led nalazi se na otocima Arktičkog oceana i na sjeveru azijskog kontinenta. Budući da su naslage koje ga preklapaju uglavnom morene, neki istraživači smatraju da ti led predstavljaju zatrpane ostatke drevnih ledenjaka.Prema Popovu I.V. , pukotina ili vena, fosilni led i ledeni klinovi nastali su paralelno s akumulacijom poplavnih sedimenata aluvijalnih dolina u uvjetima jakih i malo snježnih zima.

Otapanje prizemnog leda i otapanje zaleđenog permafrostnog tala u gornjem dijelu permafrost zone uzrokuju slijeganje površine i stvaranje reljefa koji su izgledom slični pa se takve pojave nazivaju termokarstom. U zonama razvoja termokrša nalaze se udubljenja i lijevci veličine od jednog do nekoliko metara u promjeru, udubljenja, tanjurići i udubine - blage depresije promjera stotina metara i dubine svega desetine centimetara, slijeganja s površine do nekoliko četvornih kilometara na dubini od nekoliko metara.

Nastale depresije mogu se ispuniti vodom, formirajući termokrška jezera koja imaju značajnu ulogu u daljnjem razvoju termokraša.Termokrško jezero je poput toplinske zaštite koja uzrokuje zagrijavanje pridnenih sedimenata.U tom smislu se povećava dubina odmrzavanja dna. , što pak uzrokuje razvoj termokarsta. Primarni uzrok nastanka termokrških pojava je eksponiranost površine aktivnog sloja kao posljedica krčenja šuma ili oranja tla.

Ove pojave mogu nastati i kao posljedica zagrijavanja klime. Termokarst se u manjoj mjeri može uočiti na svim područjima pojave ledenih leća i međuslojeva tijekom njihova taljenja. Prilikom odmrzavanja, ledom zasićena muljevita i glinena tla prelaze u ukapljeno stanje. Takva tla, natopljena otopljenim i kišnim vodama, počinju teći pod uglovima nagiba od 3-5°, stvarajući udubljenja, izbočine, brazde, terase i druge oblike mikroreljef.Takve se pojave nazivaju soliflukcija.

Na krajnjem sjeveru, uz sjevernu obalu, soliflukcija je jedan od najvažnijih čimbenika obrade i izravnavanja reljefa. U nekim slučajevima uzrokuje stvaranje složenih stepenastih padina - planinskih terasa.Visina padina takvih terasa doseže nekoliko desetaka metara, a strmina je 25-30 °, au nekim slučajevima doseže 90 °. Horizontalne platforme prekrivene soliflukcijskim prugama debljine do 4 m protežu se stotinama metara.

Inženjersko-geološki uvjeti građenja u zonama permafrosta

Osobit toplinski režim u kriolitozonama zahtijeva posebne metode gradnje.Trenutno, ovisno o projektantskim i tehnološkim značajkama zgrada i građevina, inženjersko-geokriološkim uvjetima i mogućnosti promjene svojstava temeljnog tla u traženom smjeru, jedan od sljedeća dva Usvojena su načela korištenja permafrost tla kao temelja zgrada i građevina:

princip I - permafrost temeljna tla koriste se u smrznutom stanju, održavaju se tijekom procesa izgradnje i tijekom cijelog navedenog razdoblja rada zgrade ili građevine;
princip II - permafrost tla baze koriste se u odmrznutom stanju (uz pretpostavku njihovog odmrzavanja tijekom eksploatacije zgrade ili građevine ili odmrzavanja na procijenjenu dubinu prije početka izgradnje građevine).

Izbor ove ili one metode ne ovisi o želji projektanata, već o strukturnim i toplinskim karakteristikama zgrada i građevina koje se podižu te o geomorfološkim i geotehničkim karakteristikama uvjeta za pojavu slojeva permafrosta (stijena) Stoga bi se kao rezultat inženjersko-geoloških studija slojeva permafrosta trebali dobiti podaci o mogućnosti primjene jednog ili drugog načina gradnje.

Izgradnja s očuvanjem režima permafrosta je u mnogočemu najpovoljnija.Slojevi permafrosta imaju mnoga svojstva stijenskih masa, stoga strukture čiji su temelji ugrađeni u zaleđene slojeve dobivaju dovoljnu stabilnost. Međutim, svaka zgrada ili građevina prenosi određenu količinu topline kroz temelje.

U zgradama i građevinama koje emitiraju malu količinu topline moguća su takva konstruktivna rješenja temelja, u kojima se temperaturni režim stisljivog sloja tla praktički ne mijenja. Sve ove konstruktivne mjere svode se na osiguravanje da se toplina koju emitira zgrada apsorbira unutar aktivnog sloja i da se ne širi na smrznuti sloj.

Ipak, čak i pod takvim uvjetima, aktivni sloj neposredno ispod zgrade zimi se možda neće smrznuti. Takvo mjesto će biti slabije od okolnih, a u slučajevima kada je na određenom području moguće stvaranje leda, led će probiti u podzemni i donji katovi zgrade.Značajan dio industrijskih i civilnih zgrada emitira takve količine topline koje neminovno dovode do narušavanja temperaturnog režima smrznutih slojeva.

Osim toga, u mnogim industrijskim zgradama moguće su vibracije od ugrađenih strojeva. Opterećenje vibracijama može slomiti snagu leda i prevesti dio u takvo stanje. U takvim slučajevima izgradnja prema načinu održavanja temperaturnog režima smrznutih slojeva je nemoguća, a potrebno je osigurati mogućnost prethodnog ili naknadnog odmrzavanja. Odmrzavanje smrznutih slojeva drastično mijenja ne samo fizikalne i mehaničke karakteristike stijena, već i njihov volumen.

Dolazi do slijeganja mase tla ispod konstrukcije, zbog čega konstrukcija gubi stabilnost i čvrstoću. U inženjersko-geološkim studijama u ovim posljednjim slučajevima postavljaju se dva zadatka: utvrditi mogućnost primjene metode naknadnog odmrzavanja i utvrditi zonu (ili, kako se kaže, zdjelu) mogućeg odmrzavanja (sl. 2).

Slika-2. Formiranje posude za odmrzavanje ispod zgrade:

tp-temperatura u prostoriji; tm je početna temperatura smrznutog tla; b-širina zgrade; hc-dubina odmrzavanja ispod sredine zgrade; hk je dubina odmrzavanja ispod ruba zgrade; ξk je količina odmrzavanja sa strane zgrade.

Za izvođenje gradnje po metodi naknadnog odmrzavanja potrebno je da unutar gustine odmrzavanja nema odvojenih nakupina leda u obliku leća, šipki i sl. ili struktura. Stoga istraživanje zahtijeva posebno temeljito proučavanje strukture smrznutih slojeva.

PREPORUČUJEMO ponovno objavljivanje članka na društvenim mrežama!

Više od 25% zemljine površine zauzima permafrost ili permafrost. To je smrznuto tlo koje se nikada u potpunosti ne odmrzne. Permafrost je nastao tijekom ledenog doba razvoja planeta, u područjima sa suhom i ledenom klimom.

Geografija permafrosta

Permafrost je tipičan fenomen za subpolarna i polarna područja koja se nalaze u blizini sjevernog i južnog pola. Permafrost se također nalazi u drugim dijelovima Zemlje, uključujući ekvatorijalne zemljopisne širine, ali samo visoko u planinama, čiji su vrhovi prekriveni ledom i snježnim kapama.

Riža. 1. Snježni vrhovi visokih planina.

Jedini kontinent na planeti koji nema permafrost je Australija. Stvar je u tome što je što dalje od Južnog pola i ne može se pohvaliti visokim planinama.

Nalaze se ogromni masivi permafrosta u ovim regijama:

• sjeverni dio euroazijskog kontinenta;
• sjeverni teritoriji Kanade;
• Aljaska;
• Grenland;
• Antarktika.

Debljina sloja smrznutog tla varira od nekoliko desetaka centimetara do kilometra ili više. Permafrost u Rusiji zauzima 2/3 cjelokupnog teritorija. Najveća zabilježena dubina je 1370 m, a nalazi se u Jakutiji, u gornjem toku rijeke Viljuj.

Riža. 2. Teritorija permafrosta u blizini rijeke Vilyuy.

Permafrost je predstavljen u dva oblika:

• Kontinuirani permafrost nalazi se na području Sibira, Novaya Zemlya, na arktičkim otocima. Dugi niz godina nikada se nije otopio, stvarajući impozantne masive smrznute zemlje.
• Djelomični permafrost smještena nešto južnije. Karakterizira ga mali smrznuti sloj i pojava u obliku zasebnih područja.

Uvjeti za nastanak permafrosta

U sjevernim krajevima tlo ostaje smrznuto čak i ljeti. Otapa se samo mali sloj, ne više od 10 cm.. Voda nastala nakon topljenja zimskog snijega nije u stanju potpuno se utopiti u tvrdo smrznuto tlo, pa je ljeti gornji sloj ljeti polutekući prljavi nered.

Ako se snijeg topi na padini, tada blatni "val" potom klizi prema dolje pod djelovanjem gravitacije. Ovakva klizišta blata najkarakterističnija su za reljef tundre.

S dolaskom jeseni, prirodni krajolik može se dramatično promijeniti. Otopljena voda nakupljena u pukotinama stijena smrzava se. Istodobno se povećava njegov volumen, a stijena se uništava. To dovodi do pomaka tla ili njegovog bubrenja. Tako nastaje pingo.

Izvana, takvo mjesto nalikuje kupolastom brdu visokom do 50 m, s rascjepljenim ili mrvljenim vrhom. Pingosi se nalaze u Sibiru, Grenlandu, Kanadi. Na njihovim vrhovima često nastaju male udubine u kojima ljeti nastaju mala jezerca.

Riža. 3. Pingo.

Permafrost i ljudska aktivnost

Za uspješan razvoj sjevernih regija vrlo je važno imati potpune informacije o permafrostu. Takvo znanje je neophodno za sljedeće zadatke :

• izgradnja zgrada i raznih građevina;
• provođenje geoloških istraživanja;
• rudarstvo.

Nekontrolirano odmrzavanje permafrosta može uzrokovati mnoge probleme povezane s posebnošću ljudske aktivnosti u sjevernim regijama. Kada radite na sjeveru, to svakako treba izbjegavati.

Duboko smrznuto tlo, bez i najmanje pokretljivosti svojih slojeva, vrlo je prikladno za razvoj mineralnih naslaga u površinskom kopu. Budući da se zidovi kamenoloma, vezani permafrostom, ne raspadaju, omogućuju učinkovitiji rad.

Posljednjih godina područje koje zauzima permafrost počelo se smanjivati. Područja smrznutog tla počela su se polako povlačiti prema sjeveru. To je izravno povezano s globalnim zatopljenjem na planeti i stalnim porastom temperature. Ako se situacija ne promijeni, tada će za nekoliko desetljeća područja koja su bila oslobođena permafrosta postati pogodna za poljoprivredne radove.

Materijal iz Unciklopedije

Smrznute stijene (tla, tla) imaju temperaturu ispod 0°C; dio ili sva voda u njima je u čvrstom, kristalnom stanju. U srednjim geografskim širinama zimi se smrzava samo mali površinski sloj. Ovdje je uobičajen sezonski permafrost. Druga stvar je u sjevernim geografskim širinama. Zima je ovdje duga i hladna. U kratkom ljetu zemlja se otapa samo s površine do dubine od 0,5-2 m. Ovaj sloj se naziva aktivnim. Ispod njega se tijekom cijele godine u stijenama zadržavaju negativne temperature. Ili, drugim riječima, permafrost je očuvan.

Zamrznuti slojevi su na Zemlji raspoređeni uglavnom u polarnim područjima. Najveća područja permafrosta su Sibir, sjeverni dio Sjeverne Amerike.

Teritorije gdje je permafrost raširen nazivaju se i područjem podzemne glacijacije.

Područje permafrosta zauzima više od petine cjelokupnog kopna, au našoj zemlji - nešto manje od polovice cijelog teritorija. No, smrznute stijene ovdje nisu rasprostranjene. U dolinama velikih rijeka, ispod velikih jezera i duž zona tektonskih pukotina gdje kruže podzemne vode, slojevi permafrosta su prekinuti. Formiraju se takozvani taliksi. Osim toga, na velikim područjima (uz južne rubove područja permafrosta i u planinama, na primjer, na Himalaji), postoji otočni permafrost u obliku zasebnih mrlja.

U smrznutim stijenama led postaje vrsta minerala koji stvara stijene. Tu su međuslojevi, leće, žile, klinovi, pa čak i višemetarski slojevi takozvanog fosilnog (kamenog) leda.

U uvjetima permafrosta formiraju se osebujni permafrost, ili kriogeni (stvoren ledom), oblici reljefa. U teškim mrazima, zemlja puca s površine, voda prodire u pukotine od mraza. Smrznuvši se, širi pukotine i stvara klinaste ledene žile. Njihova širina doseže nekoliko metara, a duljina i dubina su desetke metara. Ponekad postoje područja gdje prevladava led, a mineralno tlo je u obliku stupova između nizova ledenih klinova. Moguće je da velike ledene žile nastaju kada voda prodire i smrzava se iz taliksa u smrznute stijene (ovo pitanje ostaje neriješeno).

Ponekad formirana leća leda i voda koja dolazi odozdo podižu tlo iznad, pojavljuje se nabrekli nasip koji se naziva hidrolakolit ili bul-gunnyakh. U Jakutiji brežuljci dosežu 25-40 m visine i 200-300 m širine. Ponekad pritisak leda i vode sadržane u njemu probijaju tlo, voda izbija na površinu i, smrzavajući se, stvara led. Poledica se obično stvara na ispustima podzemne vode i ograničena je na proširene dijelove riječnih dolina, do podnožja padina gdje potoci izlaze na površinu itd.

Pod utjecajem naizmjeničnog smrzavanja i odmrzavanja tla i stijena na padinama, kao i gravitacije, aktivni sloj počinje polako teći, kliziti čak i s blagih padina brzinom od centimetra godišnje do stotina metara na sat. Taj se proces naziva soliflukcija (od latinskih riječi "tlo" i "izljev"). Razvijena je u polarnim i visokoplaninskim područjima, gdje permafrost sprječava curenje vode i zatapa gornje horizonte kore za vremenske utjecaje. Na padini se nalaze potoci, jezici, perjanice plutajućeg tla, terasaste izbočine, a na ravnim površinama - mari - posebna vrsta permafrost nizinskih močvara.

Kada se smrznuta tla otapaju, ona se talože, stvarajući depresije s jezerima. Ovo je termokarst. U sjevernim predjelima zone permafrosta, na ravnoj površini tundre, postoje izvorni oblici mikroreljefa, koji se nazivaju poligonalnim. Nastaju u homogenom sitnozemljanom ili muljevitom tlu u obliku poligona (obično peto- ili šestostranih) promjera do nekoliko metara, odvojenih pukotinama od mraza; Središta poligona su obično močvarna, a rubovi suhi.

Permafrost procesi uvelike kompliciraju izgradnju i rad zgrada, cesta, mostova, tunela, zračnih luka. Potrebno je, ako je moguće, očuvati smrznuta tla u njihovom prirodnom, prirodnom stanju. U tu svrhu uređuju se hladna podzemlja, zgrade se postavljaju na nosače, postavljaju rashladne cijevi, hrpe se uranjaju u bušene bušotine itd. Ali vječni led postaje pomoćnik čovjeka kada se uređuju (ili zamrzavaju) skladišta, ogromni prirodni hladnjaci u tome.