Wat is permafrost. Wat is permafrost (permafrost)? Voorwaarden voor de vorming van permafrost

Gletsjers zijn enorme massa's bewegend ijs gevormd uit gevallen en opgehoopte sneeuw. Wanneer een sneeuwveld (een grote opeenhoping van sneeuw) in de zomerperiode geen tijd heeft om te smelten, verdicht het, kristalliseert het en verandert het in ijs.

Gletsjers die alleen in de bergen voorkomen, worden berggletsjers genoemd. Ze beslaan een oppervlakte van 1.700.000 vierkante kilometer en zijn ijskappen en lange ijstongen. Onder invloed van de zwaartekracht daalt de gletsjer geleidelijk af, waardoor bergrivieren ontstaan. De langste gletsjers bevinden zich in de bergketens van Alaska (VS). Dit zijn de Beringgletsjer, 203 kilometer lang, en de Hubbard-gletsjer, 112 kilometer lang. De langste gletsjer van Rusland - Bezengi in de Kaukasus heeft een lengte van 17.600 meter.

Bladgletsjers

In de uitgestrekte gebieden van Antarctica en de eilanden is ijstijd wijdverbreid. Het beslaat 14.400.000 vierkante kilometer (meer dan 85% in, 12% in Groenland). Bedek gletsjers vormen gigantische koepels die het land volledig bedekken, samen met de bergen en vlaktes erop. Ze bewegen door de plasticiteit van de onderste ijslagen.

De bewegingssnelheid van gletsjers is anders en inconsistent. In de binnengebieden van de gletsjers is het minder dan één millimeter per dag en in de marginale delen bereikt het enkele meters per dag. Berggletsjers bewegen sneller. Er waren gevallen waarin gletsjers met een snelheid van 150 meter per dag van de hellingen afdaalden en alles op hun pad vernietigden.

Bedek gletsjers "schuiven", in de regel, in de zeeën of oceaan, ijsbergen breken ervan af - gigantische blokken ijs, die zich losmaken van de ijskoepel, "reizen" in de oceaan dankzij stromingen en winden.

permafrost

ijstijd

Er zijn verschillende ijstijden bekend. De oudste ijstijd was ongeveer 2 1/2 miljard jaar geleden, de voorlaatste - 340-240 miljoen jaar geleden, en de laatste begon ongeveer 2-3 miljoen jaar geleden. In de afgelopen miljoen jaar rukten gletsjers op en bezetten grote gebieden, en trokken zich vervolgens terug tijdens interglaciale perioden. De dikte van het ijs tijdens de ijstijd op sommige plaatsen bereikte twee of meer kilometer. De oorzaken van ijstijd worden geassocieerd met zowel kosmische als terrestrische processen. Sporen van gletsjerontwikkelingen in het verleden zijn wijdverbreid in Noord-Amerika en Eurazië.

Het eerste schriftelijke bewijs van het bestaan ​​van een ongewone staat van de bodem, later aangeduid als "permafrost", was afkomstig van Russische ontdekkingsreizigers uit de 17e eeuw die Siberië veroverden. De kozak Y. Svyatogorov werd de ontdekker en leden van de expedities I. Rebrova en S. Dezhneva hebben de kwestie al in meer detail bestudeerd. In hun verzendingen aan de rechtbank beschreven ze de eigenaardigheid van individuele zones in de taiga, waarin de aarde zelfs in de zomer wintervorst vasthoudt. In 1640 verborgen de gouverneurs M. Glebov en P. Golovin, in een bericht aan de Russische tsaar, hun oprechte verbijstering niet:

De aarde, mijn heer, smelt niet, zelfs niet midden in de zomer.

Ze vestigden zich uiteindelijk in het bestaan ​​van gebieden van "permafrost" tijdens het begin van de industriële ontwikkeling van het noorden. In 1828 sneed de zwerver F. Shergin door de eerste meter ijs in Jakoetsk, bereikte een punt van iets minder dan 116 en een halve meter in 9 jaar en kwam onderweg geen enkele watervoerende laag tegen. A. Middendorf, die de temperatuur in de hele Sherigin-mijn had gemeten, trok een streep onder het antwoord. Zo werd het ongelooflijke een duidelijk feit van de geografie en geologie van het land.

Permafrost van het Yamal-schiereiland in het noorden van West-Siberië, op het grondgebied van de autonome okrug Yamalo-Nenets van Rusland.

Het concept van "permafrost" verscheen voor het eerst in de wetenschappelijke gemeenschap in 1927. De auteur van de term was de Sovjetwetenschapper M.I. Sumgin, een van de grondleggers van de huishoudwetenschap om dit fenomeen te bestuderen.

wetenschappelijke definitie

Onder de permafrost is het gebruikelijk om de cryolithozon te beschouwen met een temperatuurregime van 0 ° C en lager en, dienovereenkomstig, de aanwezigheid van ondergronds ijs erin. Volgens Sumgin is dit bodempermafrost met een leeftijd van 2 jaar of ouder, de maximale accumulatiewaarden worden gemeten in millennia.

Er was een tijdje een zekere verwarring in terminologie. De betekenis van het woord "permafrost" had geen duidelijke definitie, wat tot inconsistenties leidde. Dit standpunt werd terecht bekritiseerd en daarom werden andere namen voorgesteld. Er waren pogingen om de namen "permafrostrotsen", "meerjarige cryolithozon" op grote schaal te verspreiden. Maar als gevolg daarvan bleef de term van Sumgin hangen.

De periode waarin de bevroren toestand van gesteenten wordt gevormd, verdeelt ze in drie typen:

• Bevroren rotsen op korte termijn (voor uren en dagen),
• Seizoensgebonden bevroren rotsen (voor maanden),
• Permafrost (al jaren)

Een aparte categorie omvat tussen- of overgangsvormen van bevroren gesteenten. Ze worden vluchten genoemd. Een voorbeeld is het geval wanneer seizoensgebonden bevroren gesteente tijdens de zomerperiode geen tijd heeft om te ontdooien en meerdere jaren aanhoudt.

Een groot deel van de huidige permafrost is het gevolg van de gevolgen van de laatste ijstijd. IJsvolumes in bevroren rotsen kunnen oplopen tot 90 procent. Tegenwoordig wordt het proces van langzaam smelten waargenomen.

Kenmerken van bevroren bodems

Lage temperaturen in permafrost-omstandigheden, die van lange seizoensgebonden of permanente aard zijn, drukken natuurlijk hun stempel op de toestand van de plaatselijke bodem. Daarin vinden eigenaardige chemische en biologische processen plaats. Een voorbeeld is te zien op de foto links.

Humus hoopt zich op boven de bevroren waterbestendige laag in het proces van coagulatie (verdikking) van organische stoffen. Bovendien is de supra-permafrost-regeneratie of de zogenaamde supra-permafrost-gleying niet sterk afhankelijk van de genaden van de natuur. Om het proces op gang te brengen, is een kleine hoeveelheid jaarlijkse neerslag voldoende.

De schlieren (ijslagen) die in de grond zijn gevormd en de haarvaten van de watervoerende laag breken, blokkeren de toegang van vocht van de bovenste permafrosthorizonten naar de lagere, door wortels bewoonde omgeving. Alle verschijnselen die optreden in de bodem onder permafrost-omstandigheden zijn bijzonder kenmerkend voor. Door mechanische veranderingen in de bodem door de aanwezigheid van een bevroren laag kreeg de toendra een heel eigen uiterlijk. Cryogene vervormingen in de vorm van cryoturbatie (vermenging onder invloed van het verschil in temperatuur van de bodemmassa) en soliflucatie (verschuiven van de met water verzadigde bodemmassa van de hellingen langs de bevroren laag) gaven het toendra reliëf golvende contouren, wanneer gezwollen heuvels worden afgewisseld met dalen in thermokarst-depressies. Om dezelfde reden werden gevlekte toendra's gevormd.

Min-temperaturen beïnvloeden ook de structurering van de bodem, waardoor het cryogene karakter ontstaat. Ze dwingen de producten van bodemvorming om in meer gecondenseerde toestanden over te gaan, terwijl ze hun mobiliteit sterk vertragen. Bodemferruginatie treedt op als gevolg van permafrost-coagulatie van colloïden. Volgens sommige onderzoekers verrijken cryogene verschijnselen ook het middelste deel van het podzolische bodemprofiel met kiezelzuur. Deze wetenschappers beschouwen het witachtige poeder als het resultaat van permafrostdifferentiatie van het bodemplasma.

Verspreidingsgebieden

Permafrost heeft een wereldwijde distributie. Ze veroverde minstens ¼ van het land van de aarde, inclusief de hooglanden van Afrika. Australië is het enige continent waar dit fenomeen helemaal niet voorkomt.

De uitgestrekte gebieden van Rusland vormen het middelpunt van de permafrost. Meer dan de helft van het grondgebied van het grootste land ter wereld valt in de cryozone. Het is het meest wijdverbreid in Transbaikalia en Oost-Siberië, waar het laagste punt van permafrost in het bovenste deel van de Vilyui-rivier ligt op een diepte van 1370 meter. Het record werd gevestigd in 1982.

Economische impact

Rekening houden met permafrost is belangrijk voor bouw-, exploratie- en ander economisch werk in de regio's van het noorden. Het kan zowel problemen veroorzaken als nuttig zijn. Het vermogen om te dienen als een natuurlijke koelkast voor voedselopslag ligt aan de oppervlakte. Bovendien is onder permafrost-omstandigheden de vorming van hydraatafzettingen van door mensen gebruikte gassen, in het bijzonder methaan, waarschijnlijk.

De hoge sterkte van bevroren rotsen maakt mijnbouw erg moeilijk. Maar tegelijkertijd is er een andere, sterke kant: de permafrost cementeert de rotsen, wat het mogelijk maakte om met succes kimberlietpijpen te ontwikkelen in de steengroeven van Yakutia, waardoor de wanden van de kommen in een pure staat kwamen. Een treffend voorbeeld van dit laatste is het voorbeeld van de Yakut-groeve Pipe Udachnaya.

Het Igarsk Museum of Permafrost is een uniek fenomeen, niet alleen omdat de belangrijkste tentoonstellingszalen zich in de dikte van de permafrost bevinden, maar ook omdat de belangrijkste tentoonstelling van het museum de permafrost zelf is.

Vanaf de eerste jaren van de bouw van de stad voerden wetenschappers hun onderzoek uit, het permafrost-station werd in 1931 geopend. Onderweg ontstond het idee om aan de bevolking de resultaten van een zorgvuldige houding ten opzichte van de natuur te demonstreren. Dit idee was van de permafrostwetenschapper Mikhail Ivanovich Sumgin, die het onderzoeksstation in 1938 bezocht. Tegen die tijd waren er schachtputten en tegenverstuivingen gegraven. Een jaar voor het begin van de Tweede Wereldoorlog werden vijf cellen uitgerust door middel van opgravingen, gescheiden van de gang door scheidingswanden en deuren. Hun muren waren, net als de gang, bekleed met een dunne laag ijs. Het volume uitgegraven grond was 468 kubieke meter.

De gebouwde panden waren van onderzoekswaarde, maar desondanks werden de eerste excursies al gedaan door het stationspersoneel, voor wie dat wilde, voornamelijk scholieren en gasten van de stad. Dus een van de kamers begon toen eigenlijk al als biomuseum te worden gebruikt. De exposities waren bevroren hagedissen, kemphaan, haviksmot in schijndood, insecten: hommels, lieveheersbeestjes en vliegen. Wetenschappers vulden het biomuseum naar beste vermogen aan en ontvingen bezoekers.

Als een soort wetenschappelijk experiment om de mogelijkheid te bestuderen om papier te bewaren en ter nagedachtenis aan de Grote Patriottische Oorlog, legde het stationspersoneel op 6 april 1950 een bladwijzer van kranten uit de oorlogsperiode - Pravda, Izvestia, Trud en Krasnoyarsk Rabochy met een testament om op 9 mei 2045 een doos met kranten erin te openen.

19 maart 1965 wordt beschouwd als de officiële openingsdatum van het Permafrost Museum in Igarka. De eerste exposities, naast de hierboven genoemde, waren boeken over permafrost en in ijs bevroren planten. De natuur leek op liefhebbers af te gaan en haar eeuwenoude geheimen te onthullen. In een van de muren van de gang werden tijdens de passage boomstammen blootgesteld, hun secties, die het mogelijk maken om de leeftijd te beoordelen - meer dan 50 duizend jaar.

En toch was het nog een museum op vrijwillige basis, de rest van het pand werd gebruikt als wetenschappelijke laboratoria. En de wetenschappers bleven experimenteren: zo ontstond het idee om een ​​ondergrondse ijsbaan te bouwen, met de mogelijkheid het hele jaar door te gebruiken door atleten en amateurs.

Op 25 oktober 1996 werden de ondergrondse laboratoria van het Permafrost Research Station in gemeentelijk eigendom genomen. Er werd grootschalig gewerkt aan het opknappen van het ondergrondse deel, de uitbreiding en de realisatie van nieuwe tentoonstellingshallen. Ongetwijfeld wordt het ondergrondse deel van het museum beschouwd als het belangrijkste in het lokale geschiedeniscomplex "Museum of Permafrost". Maar er zijn ook interessante tentoonstellingen in de afdelingen natuur, geschiedenis, bouwplaats nr. 503 en de tentoonstellings- en expositieruimte. In de hal van de natuur bijvoorbeeld, die zich voor de ingang van de kerker bevindt, zijn botten van prehistorische dieren gevonden in de buurt van Igarka, waaronder een mammoettand. En de gidsen, die praten over de kenmerken van de groei van bomen, demonstreren de stam van een tien jaar oude kerstboom met horizontaal lopende wortels - zo zoeken de bomen naar het vocht dat ze nodig hebben voor groei in de ontdooide grondlaag.

Een grote rol in de ontwikkeling van het museum, de popularisering ervan werd gespeeld door de eerste museumgids Pavel Alekseevich Evdokimov, de voormalige directeur van het museum Maria Vyacheslavovna Mishechkina en haar overleden echtgenoot Alexander Igorevich Toshchev. Hun verdiensten omvatten niet alleen het behoud van de bodem tegen verwering door contact met mensen (en dit is ook een hele reeks maatregelen), maar ook de opening en modernisering van nieuwe zalen, de introductie van museumtradities en uitgebreide publicatieactiviteiten.

Permafrost is wijdverbreid en bevindt zich voornamelijk in cryolithozonen - gebieden waar, op enige diepte, van jaar tot jaar negatieve temperaturen aanhouden. De oorsprong van permafrost is nog steeds onduidelijk. De eerste onderzoekers beschouwden permafrostrotsen als een overblijfsel van oude ijstijden. De aanwezigheid van fossiel ijs en de theorie van het fasegordijn zouden als bevestiging van dergelijke opvattingen kunnen dienen. Op dit moment is er echter een discrepantie vastgesteld tussen de grenzen van de ijstijd en de moderne grenzen van het optreden van permafrost. Onderzoekers als Midendorf en G. Vilde associeerden de vorming van permafrost met lokale klimatologische omstandigheden.

Er is vastgesteld dat voor elke 200 m hoogte boven zeeniveau de gemiddelde jaartemperatuur met ongeveer 1 ° C daalt. Volgens G. Vilde kan zich permafrost vormen in gebieden met een gemiddelde jaartemperatuur van -2 ° C en lager. De moderne grenzen van het voorkomen van permafrost zijn vrij dicht bij deze voorwaarde. M.I. Sumgin gaat uit van het feit dat aan het einde van het Plioceen een sterke afkoeling begon. Deze koude periodes, die zich periodiek herhaalden, veroorzaakten een tekort in de warmtebalans en leidden tot het verschijnen van permafrost. Na verloop van tijd zouden deze afkoelingen in verband kunnen worden gebracht met ijstijden in de eerste helft van het Kwartair.

Zo heeft M. I. Sumgin veralgemeent als het ware de eerdere hypothesen, maar aangenomen moet worden dat de oorsprong van permafrost nog niet volledig is opgehelderd.De onderzoeken die momenteel worden uitgevoerd, zullen het waarschijnlijk mogelijk maken om dit probleem op te lossen.

Oorsprong van permafrost

Bevroren gesteenten zijn, ongeacht hun samenstelling, meestal waterdicht.Daarom kan het grondwater in de gebieden met permafrost worden onderverdeeld in drie hoofdtypen: subpermafrost, interpermafrost en suprapermafrost.
Subpermafrostwateren, die onder de permafrostlaag liggen, verschillen in hun eigenschappen praktisch niet van grondwater onder normale omstandigheden. Op meer noordelijke breedtegraden zijn ze ontwikkeld in gesteente, en op meer zuidelijke breedtegraden, in alluviale afzettingen van valleien. Subpermafrost-wateren staan ​​vaak onder druk en kunnen worden gebruikt als een bron van watervoorziening.

Interpermafrostwateren komen voor in de permafrostlaag. In de regel zijn ze beperkt tot lokale taliks en vertegenwoordigen geïsoleerde ophopingen van water, soms in verband met subpermafrost- en suprapermafrostwateren. De reserves aan interpermafrostwater zijn zeer beperkt, aangezien het volume van taliks, waartoe ze zijn beperkt, is onbeduidend.Interpermafrostwater kan in de vaste fase voorkomen en fossiel ijs vormen.

Onder de omstandigheden van gelaagde serfrost kunnen deze wateren een continue watervoerende laag vormen en al dan niet beperkt zijn, evenals interstratale wateren onder normale omstandigheden.In sommige gevallen is beweging van interpermafrostwater langs scheuren en andere verstoringen in de permafrost mogelijk. Dergelijke wateren kunnen worden vergeleken met spleetwateren van niet-bevroren zones.

De permafrostwateren zijn van het grootste belang. Door de aard van hun voorkomen zijn ze vergelijkbaar met grondwater, omdat ze een waterdicht bevroren bed en een vrij oppervlak hebben (Fig. 1). In gebieden met samenvloeiende permafrost, worden supra-permafrost-wateren seizoensgebonden bevroren en veranderen ze in ijs in de winter. In gebieden met niet-samenvoegende permafrost kunnen deze wateren seizoensgebonden semi-bevriezend zijn, wanneer alleen hun bovenste deel, dat zich in de actieve laag bevindt, bevriest, of niet-bevriest in die gevallen waarin de gehele watervoerende laag zich in de talik bevindt.

Foto 1. Schema's van het optreden van suprapermafrost-wateren:

a-seizoensgebonden bevriezing; b-seizoensgebonden semi-bevriezing; in het seizoen niet-bevriezend;

De beweging van supra-permafrostwateren wordt voornamelijk veroorzaakt door dezelfde redenen en vindt plaats volgens dezelfde wetten als de beweging van grondwater in niet-permafrostomstandigheden en bovendien door de druk die zich ontwikkelt in een gesloten ruimte, aangezien het water ingesloten in het bevriest en neemt in volume toe met ongeveer 9% In permafrostomstandigheden is dit soort beweging van suprapermafrostwateren van groot belang.

Het is bekend dat bevriezend water in een afgesloten ruimte onderkoeld kan worden en dus onder hoge druk Hoe groot de onderkoelende drukkracht is blijkt uit het bekende voorbeeld bij de bereiding van ijs in een doos. Voor de bereiding van ijs werd een doos van 30 x 10 x 6 m direct gevuld met water, in plaats van deze achtereenvolgens te vullen en in dunne lagen in te vriezen. Het water begon onmiddellijk van alle kanten te bevriezen en het binnenste stond onder enorme druk en waarschijnlijk in een staat van onderkoeling.

Er vond een explosie van enorme kracht plaats, waarbij ijsblokken met een volume van enkele kubieke meters werden weggeslingerd op een afstand van maximaal 20-30 m. Kleinere stukken ijs werden naar nog grotere afstanden gegooid. Van wat er is gezegd, kan het worden gezien dat de druk van onderkoeling voldoende is om de beweging van water te veroorzaken.

Engineering-geologische verschijnselen in permafrostzones

Ijs:

Zoals reeds vermeld, speelt water dat de poriën van niet-rotsachtig gesteente vult tijdens bevriezing de rol van een voldoende sterk cement en verandert het gesteente in een solide monolithische massa.Dit proces gaat gepaard met een verandering in het volume van het gesteente tijdens het invriezen en ontdooien en wordt gekenmerkt door een relatieve compressiewaarde Wanneer bevroren grond overgaat in een ontdooide toestand vertegenwoordigt de verhouding van de verandering in de dikte van de grondlaag tijdens ontdooien onder belasting tot zijn initiële dikte en wordt uitgedrukt door de formule:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

waarbij hm de dikte van de bevroren grondlaag is; ht is de dikte van de laag van dezelfde grond na de overgang naar de ontdooide toestand onder omstandigheden van de onmogelijkheid van zijdelingse uitzetting bij een gegeven druk; em-coëfficiënt van porositeit van natuurlijk gesteente in bevroren toestand; et is de porositeitscoëfficiënt van natuurlijk gesteente na de overgang naar de ontdooide toestand onder omstandigheden van onmogelijkheid van laterale uitzetting bij een bepaalde druk. Voor kleigesteenten wordt et bepaald bij het vochtgehalte bij de vloeigrens, voor zandgesteenten, wanneer het monster wordt ontdooid zonder te schudden onder omstandigheden van vrije stroming van smeltwater. bij voldoende grote waarden van δ treedt in het geval van ontdooien van de bevroren laag een sterke afname van het ingenomen volume op, wat op zijn beurt een aanzienlijke bodemdaling veroorzaakt.

Het is duidelijk dat als de relatieve samendrukking van bevroren grond tijdens ontdooien δ en de kracht van mogelijk ontdooien van permafrost h bekend zijn, dan de totale hoeveelheid onttrekking tijdens ontdooien S = δh ijsvorming, ijsheuvels (bulgunyahi), solifluction, thermokarst en anderen. Vorst wordt gevormd door ondergronds water dat in de winter naar de oppervlakte ontsnapt.In het bevriezende suprapermafrostwater ontstaat hoge druk.

Onderkoeld water explodeert de gevormde korst van met ijs verzadigde rots, breekt naar de oppervlakte en bevriest door de staat van onderkoeling onmiddellijk. IJs vormt enorme ophopingen van ijs in de vorm van strepen en stalactieten langs de hellingen van het gebied, waardoor Er zijn gevallen geweest waarin bevriezend grondwater in de ondergrondse huizen en huizen op de lagere verdiepingen brak en er ijs in vormde en uit de ramen van de huizen stroomde in een soort ijsval.

De vorming van ijsvorming op de rijbaan wordt verklaard door het feit dat door de verdichting van de sneeuwbedekking de bevriezingsdiepte toeneemt en bijgevolg de druk in het bevroren water toeneemt. Om de vorming van ijsvorming op de wegen tegen te gaan, wordt aanbevolen om greppels te graven of gewoon de sneeuw over de stroming van subpermafrostwater te ruimen. Op deze plaatsen worden diepere vrieszones gevormd, de stroming van supra-permafrostwateren zal worden vertraagd en ijsvorming zal plaatsvinden buiten het beschermde gebied.

De icings hebben de meest uiteenlopende vorm en beslaan oppervlakten variërend van enkele tientallen vierkante meters tot enkele vierkante kilometers groot. Popov wijst erop dat er ijs bekend is met een oppervlakte van 20,5 km2 en een dikte van 4,5-5,5 m. M.I. Sumgin noemt vier stadia in de ontwikkeling van glazuur:

1) de eerste dagen van glazuur - het ijs is dun, de afmetingen zijn klein;

2) het glazuur wordt sterker, groeit snel in lengte en breedte, ijsheuvels verschijnen;

3) ijs bereikt zijn maximale lengte en breedte; zijn macht blijft groeien; ijsheuvels splijten, er stroomt water uit; wanneer scheuren worden gevormd, treden explosies op, worden ijsblokken met een gewicht tot 200 ton over een afstand van maximaal 10 m of meer gegooid;

4) ijs smelt, groei stopt, het oppervlak is bedekt met depressies, kanalen, greppels, terpen verdwijnen; het smelten begint in de lente, maar in de noordelijke regio's sleept het zich voort tot juli en augustus. Soms blijven ijsschotsen bestaan ​​tot de winter en worden ze meerjarig. Als ijskoud water, dat langs scheuren opstijgt, niet naar de oppervlakte kan doorbreken, dan stijgt de top laag van de aarde, vormen een heuvel bulguns) Binnen zo'n heuvel is er een koepel van ijs (hydrolaccolith).

Soms is er een holte gevuld met water in de hydrolaccoliet. Bomen die tijdens de vorming van een heuvel met aarde zijn grootgebracht, leunen in verschillende richtingen en vormen een dronken bos. De afmetingen van dergelijke ijsheuvels in diameter bereiken 80 m of meer, en hun hoogte bereikt 10 m in het zuiden en tot 30 m in de noordelijke regio's.

Grote hoeveelheden fossiel ijs bedekt door latere afzettingen van sedimentair gesteente komen voor in afzonderlijke zones. Fossiel ijs wordt gevonden op de eilanden van de Noordelijke IJszee en in het noorden van het Aziatische continent. Aangezien de afzettingen die het overlappen voornamelijk morene zijn, denken sommige onderzoekers dat dat dit ijs de begraven overblijfselen van oude gletsjers voorstelt.Volgens Popov I.V. , spleet of ader, fossiel ijs en ijswiggen gevormd parallel met de accumulatie van uiterwaarden van alluviale valleien onder omstandigheden van strenge en weinig sneeuwwinters.

Het smelten van gemalen ijs en het ontdooien van ijzige permafrostbodems in het bovenste deel van de permafrostzone veroorzaken verzakking van het oppervlak en de vorming van landvormen die qua uiterlijk lijken op dergelijke verschijnselen worden thermokarst genoemd. In de ontwikkelingszones van thermokarst zijn er kuilen en trechters variërend in grootte van één tot enkele meters in diameter, depressies, schotels en holtes - zachte depressies die honderden meters in diameter bereiken en slechts tientallen centimeters diep, verzakkingsbassins met een oppervlakte tot enkele vierkante kilometers op een diepte van enkele meters.

De resulterende depressies kunnen worden gevuld met water, waardoor thermokarstmeren worden gevormd, die een belangrijke rol spelen in de verdere ontwikkeling van thermokarst. Een thermokarstmeer is als een thermische bescherming die zorgt voor opwarming van bodemsedimenten. In dit opzicht neemt de diepte van het ontdooien van de bodem toe , wat op zijn beurt de ontwikkeling van thermokarst veroorzaakt. De primaire oorzaak van het optreden van thermokarst-verschijnselen is de blootstelling van het oppervlak van de actieve laag als gevolg van ontbossing of ploegen van de grond.

Deze verschijnselen kunnen ook optreden als gevolg van klimaatopwarming. Thermokarst kan in mindere mate worden waargenomen in alle gebieden waar ijslenzen en tussenlagen tijdens het smelten voorkomen. Bij het ontdooien gaan met ijs verzadigde slib- en kleigronden in een vloeibare toestand over.Dergelijke gronden, doordrenkt met smelt- en regenwater, beginnen te stromen met hellingshoeken van 3-5 ° en vormen verzakkingen, richels, voren, terrassen en andere vormen van microreliëf Dergelijke verschijnselen worden solifluction genoemd.

In het Hoge Noorden, langs de Noordkust, is solfluction een van de belangrijkste factoren bij de verwerking en egalisatie van het reliëf. In sommige gevallen veroorzaakt het de vorming van complexe getrapte hellingen - hooggelegen terrassen.De hoogte van de hellingen van dergelijke terrassen bereikt enkele tientallen meters, en de steilheid is 25-30 ° en in sommige gevallen bereikt 90 °. Horizontale platforms bedekt met solifluctiestrepen tot 4 m dik strekken zich uit over honderden meters.

Technisch-geologische bouwomstandigheden in permafrostzones

Een eigenaardig thermisch regime in cryolithozonen vereist speciale bouwmethoden. Momenteel, afhankelijk van het ontwerp en de technologische kenmerken van gebouwen en constructies, technische en geocryologische omstandigheden en de mogelijkheid om de eigenschappen van de funderingsbodems in de vereiste richting te veranderen, een van de volgende twee principes voor het gebruik van permafrostbodems als fundering zijn goedgekeurde gebouwen en constructies:

principe I - permafrost-funderingsbodems worden in bevroren toestand gebruikt, onderhouden tijdens het bouwproces en gedurende de gehele gespecificeerde gebruiksperiode van een gebouw of constructie;
principe II - permafrostbodems van de basis worden gebruikt in ontdooide staat (met de veronderstelling dat ze ontdooien tijdens de werking van het gebouw of de constructie of dat ze ontdooien tot de geschatte diepte vóór de start van de constructie van het gebouw).

De keuze voor een of andere methode hangt niet af van de wens van de ontwerpers, maar van de structurele en thermische kenmerken van de gebouwen en constructies die worden opgetrokken en van de geomorfologische en geotechnische kenmerken van de omstandigheden voor het optreden van permafrostlagen (gesteenten) Daarom moeten, als resultaat van technische en geologische studies van permafrostlagen, gegevens worden verkregen over de mogelijkheid om een ​​of andere constructiemethode te implementeren.

Constructie met behoud van het permafrost-regime is in veel opzichten het handigst.Permafrostlagen hebben veel eigenschappen van rotsmassa's, daarom krijgen constructies waarvan de fundamenten zijn ingebed in de bevroren lagen voldoende stabiliteit. Elk gebouw of constructie draagt ​​echter een bepaalde hoeveelheid warmte over via de fundering.

In gebouwen en constructies die een kleine hoeveelheid warmte afgeven, zijn dergelijke constructieve oplossingen van funderingen mogelijk, waarbij het temperatuurregime van de samendrukbare bodemlaag praktisch niet verandert. Al deze constructieve maatregelen komen erop neer dat de warmte die door het gebouw wordt afgegeven, wordt opgenomen in de actieve laag en zich niet verspreidt naar de bevroren laag.

Maar zelfs onder dergelijke omstandigheden mag de actieve laag direct onder het gebouw in de winter niet bevriezen.Een dergelijke locatie zal zwakker zijn dan de omliggende en in gevallen waar ijsvorming in een bepaald gebied mogelijk is, zal ijs doorbreken in de ondergrondse en lagere verdiepingen van het gebouw Een aanzienlijk deel van industriële en civiele gebouwen stoten zulke hoeveelheden warmte uit die onvermijdelijk leiden tot een schending van het temperatuurregime van de bevroren lagen.

Daarnaast zijn trillingen van opgestelde machines in veel industriële gebouwen mogelijk. De trillingsbelasting kan de sterkte van het ijs breken en een deel ervan in een dergelijke toestand brengen. In dergelijke gevallen is constructie volgens de methode om het temperatuurregime van bevroren lagen te handhaven onmogelijk en moet de mogelijkheid van voorlopige of daaropvolgende ontdooiing worden geboden. Het ontdooien van de bevroren lagen verandert niet alleen de fysieke en mechanische eigenschappen van de rotsen drastisch, maar ook hun volume.

Er is sprake van een verzakking van de grondmassa onder de constructie, waardoor de constructie zijn stabiliteit en sterkte verliest. In technisch-geologische studies doen zich in deze laatste gevallen twee taken voor: de mogelijkheid vaststellen om de methode van later ontdooien toe te passen en een zone (of, zoals ze zeggen, een kom) van mogelijk ontdooien in te stellen (Fig. 2).

Figuur 2. Vorming van een ontdooikom onder het gebouw:

tp-temperatuur in de kamer; tm is de begintemperatuur van de bevroren grond; b-breedte van het gebouw; hc-dooidiepte onder het midden van het gebouw; hk is de dooidiepte onder de rand van het gebouw; ξk is de hoeveelheid dooi aan de zijkant van het gebouw.

Om de constructie uit te voeren volgens de methode van later ontdooien, is het noodzakelijk dat er zich binnen het ontdooide struikgewas geen afzonderlijke ophopingen van ijs in de vorm van lenzen, staven, enz. Of structuren bevinden. Onderzoek vereist daarom een ​​bijzonder grondige studie van de structuur van de bevroren lagen.

WIJ RADEN U AAN om het artikel opnieuw op sociale netwerken te plaatsen!

Meer dan 25% van het landoppervlak van de aarde wordt ingenomen door permafrost of permafrost. Het is bevroren grond die nooit helemaal ontdooit. Permafrost werd gevormd tijdens de ijstijd van de ontwikkeling van de planeet, in gebieden met een droog en ijzig klimaat.

Geografie van permafrost

Permafrost is een typisch fenomeen voor subpolaire en poolgebieden nabij de Noord- en Zuidpool. Permafrost komt ook voor in andere delen van de aarde, ook op equatoriale breedtegraden, maar alleen hoog in de bergen, waarvan de toppen bedekt zijn met ijs- en sneeuwkappen.

Rijst. 1. Besneeuwde toppen van hoge bergen.

Het enige continent op aarde dat geen permafrost heeft, is Australië. Het punt is dat het zo ver mogelijk van de Zuidpool ligt en niet kan bogen op hoge bergen.

Enorme massieven van permafrost bevinden zich in deze regio's:

• noordelijk deel van het Euraziatische continent;
• noordelijke gebieden van Canada;
• Alaska;
• Groenland;
• Antartica.

De dikte van de bevroren bodemlaag varieert van enkele tientallen centimeters tot een kilometer of meer. Permafrost in Rusland beslaat 2/3 van het hele grondgebied. De grootste geregistreerde diepte is 1370 m en bevindt zich in Yakutia, in de bovenloop van de Vilyui-rivier.

Rijst. 2. Grondgebied van permafrost in de buurt van de rivier de Vilyuy.

Permafrost wordt weergegeven door twee vormen:

• Continue permafrost gelegen op het grondgebied van Siberië, Nova Zembla, op de Arctische eilanden. Gedurende vele jaren smolt het nooit en vormde het imposante massieven van bevroren land.
• Gedeeltelijke permafrost iets naar het zuiden gelegen. Het wordt gekenmerkt door een kleine bevroren laag en komt voor in de vorm van afzonderlijke gebieden.

Voorwaarden voor de vorming van permafrost

In de noordelijke regio's blijft de grond zelfs in de zomer bevroren. Slechts een klein laagje ontdooit, niet meer dan 10 cm.Het water dat gevormd wordt nadat de wintersneeuw is gesmolten, kan niet volledig in de hard bevroren grond trekken, dus in de zomer is de bovenste laag in de zomer een semi-vloeibare vuile puinhoop.

Als de sneeuw op een helling smelt, glijdt vervolgens de modder "golf" naar beneden onder invloed van de zwaartekracht. Dergelijke aardverschuivingen zijn het meest kenmerkend voor het toendra-reliëf.

Met de komst van de herfst kan het natuurlijke landschap drastisch veranderen. Smeltwater dat zich ophoopt in de scheuren van rotsen bevriest. Tegelijkertijd neemt het volume toe en wordt de rots vernietigd. Dit leidt tot een verschuiving van de bodem of de zwelling ervan. Zo ontstaat een pingo.

Uiterlijk lijkt zo'n plaats op een koepelvormige heuvel tot 50 m hoog, met een gespleten of afgebrokkelde top. Pingo's komen voor in Siberië, Groenland, Canada. Op hun toppen vormen zich vaak kleine depressies, waarin zich in de zomer kleine meren vormen.

Rijst. 3. Pingo.

Permafrost en menselijke activiteit

Voor de succesvolle ontwikkeling van de noordelijke regio's is het erg belangrijk om volledige informatie over permafrost te hebben. Dergelijke kennis is nodig voor volgende taken :

• constructie van gebouwen en verschillende constructies;
• het uitvoeren van geologische verkenning;
• mijnbouw.

Ongecontroleerd ontdooien van permafrost kan veel problemen veroorzaken die verband houden met de eigenaardigheid van menselijke activiteit in de noordelijke regio's. Bij werkzaamheden in het noorden moet dit absoluut worden vermeden.

Diepgevroren grond, verstoken van de geringste mobiliteit van zijn lagen, is erg handig voor de ontwikkeling van minerale afzettingen in een dagbouwmijn. Omdat de muren van de steengroeve, gebonden door permafrost, niet afbrokkelen, maken ze efficiënter werken mogelijk.

In de afgelopen jaren is het gebied dat wordt ingenomen door permafrost beginnen te krimpen. Gebieden met bevroren grond begonnen zich langzaam naar het noorden terug te trekken. Dit houdt direct verband met de opwarming van de aarde op aarde en de constante temperatuurstijging. Als de situatie niet verandert, zullen over enkele decennia de gebieden die zijn bevrijd van permafrost geschikt worden voor landbouwwerkzaamheden.

Materiaal uit de Uncyclopedia

Bevroren rotsen (bodems, bodems) hebben een temperatuur onder 0°C; een deel van of al het water erin is in een vaste, kristallijne toestand. Op de middelste breedtegraden bevriest slechts een kleine oppervlaktelaag in de winter. Seizoensgebonden permafrost is hier gebruikelijk. Een ander ding is op de noordelijke breedtegraden. De winter is hier lang en koud. In een korte zomer ontdooit de aarde pas vanaf het oppervlak tot een diepte van 0,5-2 m. Deze laag wordt actief genoemd. Daaronder blijven in de rotsen het hele jaar door negatieve temperaturen aanhouden. Of, met andere woorden, de permafrost blijft behouden.

Bevroren lagen worden op aarde voornamelijk in de poolgebieden verspreid. De grootste gebieden met permafrost zijn Siberië, het noordelijke deel van Noord-Amerika.

Gebieden waar permafrost wijdverbreid is, worden ook wel het gebied van de ondergrondse ijstijd genoemd.

Het gebied van permafrost beslaat meer dan een vijfde van het hele land, en in ons land - iets minder dan de helft van het hele grondgebied. Bevroren rotsen zijn hier echter niet wijdverbreid. In de valleien van grote rivieren, onder grote meren en langs zones van tektonische scheuren waar het grondwater circuleert, worden permafrostlagen onderbroken. Er worden zogenaamde taliks gevormd. Daarnaast is er in grote gebieden (langs de zuidelijke rand van het permafrostgebied en in de bergen, bijvoorbeeld in de Himalaya) insulaire permafrost in de vorm van afzonderlijke plekken.

In bevroren rotsen wordt ijs een soort rotsvormend mineraal. Er zijn tussenlagen, lenzen, aders, wiggen en zelfs multimeterlagen van het zogenaamde fossiele (steen)ijs.

Onder de omstandigheden van permafrost, eigenaardige permafrost of cryogeen (gemaakt door ijs), worden landvormen gevormd. Bij strenge vorst barst de aarde van het oppervlak, water dringt door in de vorstscheuren. Door bevriezing zet het de scheuren uit en vormt het wigvormige ijsaders. Hun breedte bereikt enkele meters, en de lengte en diepte zijn tientallen meters. Soms zijn er gebieden waar ijs heerst, en de minerale grond heeft de vorm van pilaren tussen rijen ijswiggen. Het is mogelijk dat er grote ijsaders ontstaan ​​wanneer water door taliks binnendringt en bevriest in bevroren rotsen (deze vraag blijft onopgelost).

Soms doet de gevormde lens van ijs en het water dat van onderaf komt de bovenliggende grond omhoog komen, er verschijnt een zwellende heuvel, hydrolaccolith of bul-gunnyakh genaamd. In Yakutia bereiken heuvels 25-40 m hoog en 200-300 m breed. Soms breekt de druk van het ijs en het daarin aanwezige water door de grond, het water breekt naar de oppervlakte en vormt bij bevriezing ijs. Gewoonlijk vormt zich ijsvorming bij grondwateruitlaten en is het beperkt tot uitgestrekte delen van rivierdalen, aan de voet van hellingen waar stromen naar de oppervlakte komen, enz.

Onder invloed van afwisselend bevriezen en ontdooien van bodems en rotsen op de hellingen, evenals de zwaartekracht, begint de actieve laag langzaam te stromen, zelfs van zachte hellingen te glijden met een snelheid van een centimeter per jaar tot honderden meters per uur. Dit proces wordt solifluction genoemd (van de Latijnse woorden "bodem" en "uitstroom"). Het wordt ontwikkeld in polaire en hooggebergtegebieden, waar permafrost het doorsijpelen van water voorkomt en de bovenste horizon van de verweringskorst overstroomt. Beken, tongen, pluimen van drijvende grond, terrasachtige richels verschijnen op de helling en op vlakke oppervlakken - mari - een speciaal type permafrost laaglandmoerassen.

Wanneer bevroren bodems ontdooien, bezinken ze en vormen ze depressies met meren. Dit is een thermokarst. In de noordelijke regio's van de permafrostzone, op het vlakke oppervlak van de toendra, zijn er originele vormen van microreliëf, die veelhoekig worden genoemd. Ze worden gevormd in een homogene fijn-aarde of slibrijke grond in de vorm van veelhoeken (meestal vijf- of zeskantig) met een diameter tot enkele meters, gescheiden door vorstscheuren; De centra van de polygonen zijn meestal moerassig en de randen zijn droog.

Permafrostprocessen bemoeilijken de constructie en exploitatie van gebouwen, wegen, bruggen, tunnels en vliegvelden aanzienlijk. Het is noodzakelijk, indien mogelijk, bevroren bodems in hun natuurlijke, natuurlijke staat te behouden. Hiervoor worden koude ondergronden ingericht, gebouwen op steunen gezet, koelleidingen gelegd, palen gedompeld in geboorde putten, etc. Maar permafrost wordt een menselijke hulp wanneer magazijnen, enorme natuurlijke koelkasten erin worden opgesteld (of ingevroren).