Що таке багаторічна мерзлота. Що таке багаторічна (вічна) мерзлота? Умови формування мерзлоти

Льодовики - величезні маси льоду, що рухається, утворені з снігу, що випав і накопичився. Коли сніжник (велике скупчення снігу) не встигає розтанути за літній період, він ущільнюється, кристалізується і перетворюється на лід.

Льодовики, поширені лише у горах, називають гірськими. Вони займають площу 1700000 квадратних кілометрів і є крижаними шапками і довгими крижаними мовами. Спускаючись вниз під дією сили тяжіння, льодовик поступово тане, даючи початок гірським річкам. Найдовші льодовики розташовані у гірських хребтах Аляски (США). Це льодовик Берінга завдовжки 203 кілометри та льодовик Хаббард завдовжки 112 кілометрів. Найбільш протяжний льодовик у Росії – Безенгі на Кавказі має довжину 17600 метрів.

Покривні льодовики

На величезних просторах Антарктиди та островах поширене покривне заледеніння. Воно займає 14 400 ТОВ квадратних кілометрів (понад 85%, 12% в Гренландії). Покривні льодовики утворюють гігантські куполи, що повністю покривають сушу разом із розташованими на ній горами та рівнинами. Вони рухаються завдяки пластичності нижніх шарів льоду.

Швидкість руху льодовиків різна та непостійна. У внутрішніх районах покривних льодовиків вона менше одного міліметра на добу, а в крайових частинах сягає кількох метрів на добу. Гірські льодовики рухаються швидше. Відзначалися випадки, коли льодовики спускалися зі схилів зі швидкістю 150 метрів на добу, руйнуючи все на своєму шляху.

Покривні льодовики «сповзають», як правило, у моря чи океан, від них відколюються айсберги - гігантські брили льоду, які, відірвавшись від крижаного бані, «подорожують» в океані завдяки течіям і вітрам.

Багаторічна мерзлота

Зледеніння

Відомо кілька льодовикових періодів. Найдавніше заледеніння було близько 2 1/2 мільярдів років тому, передостаннє - 340-240 мільйонів років тому, а останнє почалося близько 2-3 мільйонів років тому. За останній мільйон років льодовики то наступали та займали значні території, то відступали в епохи міжльодовикових. Товщина льоду в період зледеніння місцями досягала двох і більше кілометрів. Причини зледеніння пов'язують як з космічними, так і з земними процесами. Сліди минулих наступів льодовиків широко поширені в Північній Америці та Євразії.

Перші письмові свідчення існування незвичайного стану грунту, пізніше позначеного як “вічна мерзлота”, залишилися від російських землепроходців XVII століття, підкоряли Сибір. Першовідкривачем став козак Я. Святогоров, а члени експедицій І. Реброва та С. Дежнєва вже вивчили питання більш детально. У своїх депешах до двору вони описали особливість окремих зон у тайзі, у яких навіть улітку земля зберігає зимову мерзлість. У 1640 р. воєводи М. Глєбов та П. Головін у посланні російському цареві не приховували свого щирого подиву:

Земля, пане, і серед літа вся не розтає.

Остаточно утвердилися існування районів «вічної мерзлоти» під час початку промислового освоєння Півночі. У 1828 р. прохідник Ф. Шергін прорубав перший метр крижаного ґрунту в Якутську, за 9 років досягнувши позначки трохи менше 116 з половиною метрів і не зустрівши на шляху жодного водоносного горизонту. А. Міддендорф, вимірявши температуру протягом усього шахти Шеригіна, підвів межу під відповідь. Таким чином, неймовірне стало очевидним фактом географії та геології країни.

Вічна мерзлота півострова Ямал північ від Західного Сибіру, біля Ямало-Ненецького автономного округу Росії.

Поняття «вічна мерзлота» вперше з'явилося у науковому середовищі 1927 року. Автором терміна став радянський вчений М.І. Сумгін, один із засновників вітчизняної науки з вивчення цього явища.

Наукове визначення

Під вічною мерзлотою прийнято вважати кріолітозону з температурним режимом від 0°C і нижче і відповідно наявністю в ній підземних льодів. По Сумгін це грунтова мерзлота з віком від 2 років і вище, максимальні величини накопичення вимірюються тисячоліттями.

Якийсь час існувала певна сум'яття в термінології. Значення слова "мерзлота" не мало чіткого визначення, що призводило до різночитань. Таке становище зазнавало справедливої критики і тому пропонувалися інші назви. Були спроби широко розповсюдити найменування «багаторічномерзлі гірські породи», «багаторічна кріолітозона». Але внаслідок цього прижився термін Сумгіна.

Термін, протягом якого утворюється мерзлий стан порід, поділяє їх на три види:

Короткочасно-мерзлі породи (за години та добу),
Сезонно-мерзлі породи (за місяці),
Багаторічні мерзлі породи (за роки)

До окремої категорії належать проміжні або перехідні форми мерзлих порід. Їх називають перельотами. Прикладом може бути випадок, коли сезонно-мерзла порода не встигає протаїти за літній період і зберігається протягом декількох років.

Велика частка сучасної вічної мерзлоти виникла внаслідок дії останнього льодовикового періоду. Обсяги льоду у промерзлих породах можуть становити до 90 відсотків. У наші дні спостерігається процес їхнього повільного танення.

Особливості мерзлих ґрунтів

Низькі температури в умовах мерзлоти, що носить тривалий сезонний або постійний характер, природно накладають свій відбиток на стан місцевого грунту. У ньому протікають своєрідні хіміко-біологічні процеси. Один із прикладів зображений на фото зліва.

Над мерзлим водотривким шаром у процесі коагуляції (згущення) органічних речовин накопичується гумус. Причому його надмерзлотна регенерація або так зване надмерзлотне огляд дуже не залежать від милостей природи. Щоб процес пішов, достатньо невеликої кількості річних опадів.

Шліри (крижані шари), що утворюються в землі, розриваючи водоносні капіляри, перекривають доступ вологи з верхніх надмерзлотних горизонтів до нижнього коренежитного середовища. Всі явища, що відбуваються в ґрунті в умовах вічної мерзлоти, особливо притаманні. В результаті механічних змін, що відбуваються через наявність мерзлого шару в грунті, тундра набула свого особливого вигляду. Кріогенні деформації у вигляді кріотурбації (перемішування під впливом різниці температур ґрунтової маси) та соліфлюкації (сповзання ґрунтової маси, насиченою водою, зі схилів по мерзлому шару) надали рельєфу тундри хвилеподібні обриси, коли спучені бугри чергуються з провалом. З тієї ж причини утворилися плямисті тундри.

Мінусові температури впливають і на оструктурування ґрунту, викликаючи його кріогенний характер. Вони змушують продукти ґрунтоутворення переходити в більш конденсовані стани, при цьому різко уповільнюючи рухливість. Внаслідок мерзлотної коагуляції колоїдів відбувається залізнення ґрунтів. На думку деяких дослідників, кріогенні явища також збагачують кремнекислотою середню частину профілю підзолистих ґрунтів. Ці вчені вважають білу присипку результатом мерзлотної диференціації плазми ґрунту.

Ареали розповсюдження

Вічна мерзлота має глобальні масштаби розповсюдження. Вона захопила щонайменше ¼ частини суші землі, зокрема високогірні райони Африки. Австралія є єдиним материком, де це явище відсутнє взагалі.

Великі простори Росії є осередком вічної мерзлоти. Більше половини території найбільшої країни світу посідає кріотозон. Найбільшого поширення вона набула в Забайкаллі та Східному Сибіру, де у верхній частині річки Вілюй на глибині 1370 метрів залягає найнижча точка вічної мерзлоти. Рекорд зафіксовано 1982 року.

Економічний вплив

Облік вічної мерзлоти важливий щодо будівництва, геологорозвідки та інших господарських робіт у районах Півночі. Вона може як створювати проблеми, так і приносити користь. Здатність служити природним холодильником для зберігання продуктів лежить на поверхні. Крім цього, в умовах вічної мерзлоти можливі утворення покладів гідратів газів, що використовуються людиною, зокрема метану.

Висока міцність померзлих порід сильно ускладнює видобуток копалин. Але в той же час є інша, сильна сторона: мерзлота цементує породи, що дозволяло в кар'єрах Якутії успішно проводити розробку кімберлітових трубок, доводячи стінки чаш до вертикального стану. Яскравим свідченням останнього є приклад якутського кар'єру Трубка Вдала.

Ігарський музей вічної мерзлоти – явище унікальне, і не лише тому, що основні його експозиційні зали знаходяться в товщі вічно мерзлого ґрунту, а й тому, що головний експонат музею – сама вічна мерзлота.

З перших років будівництва міста вчені вели її дослідження, мерзлотна станція була відкрита у 1931 році. Принагідно ж виношувалась ідея демонстрації населенню результатів дбайливого ставлення до природи. Ця ідея належала вченому-мерзлотознавцю Михайлу Івановичу Сумгіну, який відвідав наукову станцію в 1938 році. На той час були вириті шахтні колодязі та зустрічні штреки до них. За рік до початку Великої Вітчизняної війни шляхом вилучення грунту було обладнано п'ять камер, відокремлених від коридору перегородками та дверима. Їхні стіни, як і коридор, були облицьовані тонким шаром льоду. Об'єм вийнятого ґрунту становив 468 кубічних метрів.

Збудовані приміщення мали науково-дослідницьке значення, проте для бажаючих, насамперед школярів та гостей міста, вже тоді проводилися співробітниками станції перші екскурсії. Так, одна з камер по суті вже тоді почала використовуватися як біомузей. Його експонатами стали заморожені ящірки, йоржі, що знаходиться в анабіозі метелик бражник, комахи: джмелі, сонечко і муха. Вчені поповнювали біомузей у міру своїх можливостей та приймали відвідувачів.

Як своєрідний науковий експеримент з дослідження можливості збереження паперу і на згадку про Велику Вітчизняну війну співробітниками станції 6 квітня 1950 року було зроблено закладку газет військового періоду – «Правди», «Известий», «Праці» та «Красноярського робітника» із заповітом розкрити ящик з замурованими в ньому газетами 9 травня 2045 року.

Датою офіційного відкриття музею вічної мерзлоти в Ігарці вважається 19 березня 1965 року. Першими експонатами, крім вищезазначених, стали книги з мерзлотознавства та вморожені в лід рослини. Природа ніби йшла назустріч ентузіастам, відкриваючи свої багатовікові таємниці. В одній зі стін коридору при проході оголилися стовбури дерев, їх зрізи, що дозволяють судити про вік – понад 50 тисяч років.

І все-таки це ще був музей на громадських засадах, інші приміщення використовувалися як наукові лабораторії. І вчені продовжували експериментувати: так народилася поки що не втілена ідея будівництва підземної ковзанки, з можливістю її цілорічного використання спортсменами та аматорами.

З 25 жовтня 1996 підземні лабораторії Науково-дослідної мерзлотної станції були прийняті в муніципальну власність. Були проведені масштабні роботи з капітального ремонту підземної частини, розширення та створення нових експозиційних залів. Безперечно, що основним у краєзнавчому комплексі «Музей вічної мерзлоти» вважається підземна частина музею. Але також цікаві експонати є і у відділах природи, історії, 503-го будівництва, виставково-експозиційному залі. У залі природи, наприклад, що знаходиться перед входом у підземелля, – знайдені на околицях Ігарки кістки доісторичних тварин, у тому числі зуб мамонта. А екскурсоводи, розповідаючи про особливості виростання дерев, демонструють стовбур десятирічної ялинки з горизонтальним корінням – так дерева шукають у відталеному шарі грунту потрібну їм для зростання вологу.

Велику роль у розвитку музею, його популяризації відіграли перший екскурсовод музею Павло Олексійович Євдокимов, колишній директор музею Марія В'ячеславівна Мішечкіна та її нині покійний чоловік Олександр Ігорович Тощев. До їхніх заслуг належить не лише збереження ґрунтів від вивітрювання від зіткнення з людьми (а це також цілий комплекс заходів), а й відкриття та модернізація нових залів, впровадження музейних традицій, широка видавнича діяльність.

Багаторічна мерзлота має широке поширення і знаходиться головним чином в кріолітозони-територіях в яких на деякій глибині з року в рік зберігається негативна температура. Походження вічної мерзлоти досі ще неясно. Перші дослідники вважали вічномерзлі породи залишком древніх заледенінь. Наявність викопного льоду та теорія фазової завіси могли бути підтвердженням таких поглядів. Проте нині встановлено розбіжність між межами заледенінь і сучасними межами залягання вічномерзлих порід. Такі дослідники, як Мідендорф та Г. Вільде, пов'язували утворення вічної мерзлоти з місцевими кліматичними умовами.

Помічено, що вище за рівень моря на кожні 200 м підйому середньорічна температура падає приблизно на 1 °С. Вічна мерзлота, на думку Г. Вільде, могла утворитися в районах із середньорічною температурою -2 ° С і нижче. відповідають цій умові. М.І.Сумгін виходить із того, що наприкінці пліоцену почалися сильні похолодання. Періодично повторюючись ці похолодання викликали дефіцитний баланс тепла і зумовили появу багаторічної мерзлоти. За часом ці похолодання були пов'язані з заледеніннями першої половини четвертинного періоду.

Отже, М.І. Сумгін як би узагальнює попередні гіпотези. Проте слід вважати, що походження багаторічної мерзлоти поки що не з'ясовано остаточно.

Походження вічної мерзлоти

Тому підземні води в областях залягання вічномерзлих порід можна розділити на три основні типи: підмерзлотні, міжмерзлотні та надмерзлотні.
Підмерзлотні води, що залягають нижче шару вічномерзлих порід, за своїми властивостями практично не відрізняються від підземних вод у звичайних умовах. У більш північних широтах вони розвинені в корінних породах, а в більш південних-в алювіальних відкладах долин. Підмерзлотні води часто мають натиск і можуть бути використані як джерело водопостачання.

Як правило вони приурочені до місцевих таліків і являють собою ізольовані скупчення води, іноді мають зв'язок з підмерзлотними і надмерзлотними водами. Запаси міжмерзлотних води дуже обмежені, так як обсяг таліків, до яких вони приурочені, незначний. міжмерзлотні води можуть зустрічатися у твердій фазі, утворюючи викопний лід.

В умовах шаруватої серзлоти ці води можуть утворити суцільний водоносний горизонт і бути напірними або ненапірними, так само як і міжпластові води в звичайних умовах. Такі води можуть бути уподібнені до тріщинних вод немерзлих зон.

Надмерзлотні води становлять найбільший інтерес. За характером залягання вони подібні до ґрунтових, тому що мають водонепроникне мерзле ложе і вільну поверхню (рис-1). коли замерзає їх тільки їхня верхня частина, що знаходиться в діяльному шарі, або непромерзаючими в тих випадках, коли весь водоносний горизонт знаходиться в таліку.

Малюнок 1. Схеми залягання надмерзлотних вод:

а-сезоннопромерзаюча; б-сезоннонапівпромерзаюча; в-сезоннонепромерзаюча;

Рух надмерзлотних вод викликається насамперед тими самими причинами і відбувається за тими ж законами, що і рух підземних вод у немерзлотних умовах і крім того, тиском, що розвивається в замкнутому просторі, оскільки укладена в ньому вода замерзає і збільшується при цьому в обсязі приблизно на 9 %.У мерзлотних умовах цей вид руху надмерзлотних вод має дуже велике значення.

Відомо, що вода, що замерзає в замкнутому просторі, може бути переохолоджена і знаходиться в силу цього під великим тиском. Наскільки велика сила тиску переохолодження, видно з відомого прикладу із заготівлею льоду в ящику. Для заготівлі льоду ящик розмірами 30 х 10 х 6 м відразу заповнили водою замість того, щоб послідовно заливати її і заморожувати тонкими шарами. Вода почала замерзати з усіх боків, а її внутрішня частина опинилася під величезним тиском і, ймовірно, в стані переохолодження.

Відбувся вибух величезної сили, що викинув брили льоду об'ємом по кілька кубічних метрів на відстані до 20-30 м. Більш дрібні шматки льоду були відкинуті на ще більші відстані. Зі сказаного видно, що напір переохолодження є достатнім для того, щоб викликати рух води.

Інженерно-геологічні явища в зонах залягання вічномерзлих порід

Наледі:

Як вже було зазначено, вода заповнює пори нескельних порід, при замерзанні відіграє роль досить міцного цементу і перетворює породу на тверду монолітну масу. δ представляє відношення зміни товщини шару ґрунту при відтаванні під навантаженням до його початкової товщини і виражається формулою:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

де hm-товщина шару мерзлого ґрунту; ht-товщина шару того ж ґрунту після переходу в стан, що відтанув, в умовах неможливості бічного розширення при заданому тиску; em-коефіцієнт пористості породи природного додавання в мерзлому стані; et-коефіцієнт пористоти породи природного додавання після її переходу в талий стан в умовах неможливості бічного розширення при заданому тиску. Для глинистих порід et визначається при вологості на межі плинності, для піщаних -при відтаванні зразка безструшування в умовах вільного стікання талої води. при досить великих значеннях у разі відтавання мерзлого шару відбувається різке зменшення зайнятого ним обсягу, що в свою чергу, викликає значні просідання.

Очевидно що якщо відомі величина відносного стиснення мерзлого грунту при відтаванні δ і потужність можливого протаювання мерзлоти h, то сумарна величина просідання при протаванні S = δh. криги, крижані горби (булгуняхи), соліфлюкція, термокарст та інші. Полоди утворюються підземною водою, що виривається взимку на поверхню. У замерзаючій надмерзлотній воді розвивається високий тиск.

Переохолоджена вода підриває кірку льодонасиченої породи, що утворилася, виривається на поверхню і в силу стану переохолодження негайно замерзає. Наледі утворюють величезні скупчення льоду у вигляді натіків і сталактитів по схилах місцевості, перекривають полотно доріг. будинків утворюючи в них криги і витікали з вікон будинків своєрідними льодопадами.

Утворення льоду на проїжджій частині доріг пояснюється тим, що за рахунок ущільнення снігового покриву збільшується глибина промерзання і, отже, збільшується тиск у замерзлій воді. Для боротьби з утворенням льоду на дорогах рекомендується прокопувати канави або просто зчищати сніг навхрест потоку підмерзлотних вод. У цих місцях утворюються зони більш глибокого промерзання, потік надмерзлотних вод буде затриманий і утворення льоду буде відбуватися осторонь місця, що захищається.

Криги мають найрізноманітнішу форму і за розмірами займають площі від кількох десятків квадратних метрів до кількох квадратних кілометрів. Попов зазначає, що відома наледь площею 20,5 км2 і потужністю 4,5-5,5 м. М.І. Сумгін відзначає в ході розвитку льоду чотири стадії:

1) перші дні льоду-лід тонкий, розміри невеликі;

2) льоду міцніє, швидко росте в довжину і ширину, з'являються крижані горби;

3) льоду досягає граничної довжини та ширини; потужність її продовжує зростати; крижані горби розколюються, з деяких ллється вода; при утворенні тріщин відбуваються вибухи, брили льоду вагою до 200 т відкидаються на відстань до 10 м і більше;

4) льоду тане, зростання припиняється, поверхня покривається заглибленнями, каналами, ровами, горби просідають; танення починається з весни, але в північних районах затягується до липня і серпня. Іноді криги зберігаються до зими і перетворюються на багаторічні. булгунях). Усередині такого бугра є купол льоду (гідролакколіт).

Іноді всередині гідролаколіту є порожнина заповнена водою. Дерева підняті з ґрунтом при утворенні бугра нахиляються в різні боки, утворюючи п'яний ліс. Розміри таких крижаних пагорбів у діаметрі досягають 80 м і більше, а висота їх доходить до 10 м у південних і до 30 м у північних районах.

В окремих зонах залягають великі кількості викопного льоду перекритого пізнішими відкладеннями осадових порід. Викопний лід зустрічається на островах Льодовитого океану і на півночі Азіатського материка. залишки давніх льодовиків. На думку Попова І.В. , тріщинний або житловий, викопний лід та крижані клини утворилися паралельно з накопиченням заплавних опадів алювіальних долин в умовах суворих та малосніжних зим.

Витаювання підземного льоду і протаювання льодових вічномерзлих ґрунтів у верхній частині багаторічномерзлої зони викликають просідання поверхні та утворення форм рельєфу, на вигляд подібних тому такі явища отримали назву термокарстових. У зонах розвитку термокарсту зустрічаються провали і вирви розміром від одного до декількох метрів у діаметрі, западини, блюдця і улоговини - пологі зниження, що досягають сотень метрів у діаметрі і всього лише десятків сантиметрів у глибину, улоговини осідання площею до декількох квадратних кілометрів при глибині в кілька метрів.

Упадки, що утворилися, можуть заповнюватися водою, утворюючи термокарстові озера, що відіграють істотну роль у подальшому розвиток термокарсту. Термокарстове озеро є ніби тепловим захистом, що викликає утеплення донних відкладень. Першопричиною виникнення термокарстових явищ є оголення поверхні діяльного шару внаслідок вирубування лісу або розорювання ґрунту.

Ці явища можуть виникнути внаслідок потепління клімату. Термокарст більш слабкою мірою може спостерігатися у всіх районах залягання крижаних лінз і прошарків при їх таненні. При відтаванні льодонасичені мулисті і глинисті ґрунти переходять у розріджений стан.

На Крайній Півночі, вздовж Північного узбережжя, соліфлюкція є одним із найважливіших факторів у переробці та вирівнюванні рельєфу. У ряді випадків вона викликає утворення складних ступінчастих схилів-нагірних терас. Висота схилів таких терас досягає кілька десятків метрів, а крутість становить 25-30 ° і в окремих випадках доходить до 90 °. Горизонтальні майданчики, вкриті соліфлюкційними натіками потужністю до 4 м, сягають сотні метрів.

Інженерно-геологічні умови будівництва у кріолітозонах

Своєрідний термічний режим у кріолітозонах вимагає особливих методів будівництва. В даний час, залежно від конструктивних та технологічних особливостей будівель та споруд, інженерно-геокріологічних умов та можливості зміни властивостей ґрунтів основи у необхідному напрямку приймається один із наступних двох принципів використання вічномерзлих ґрунтів як основа будівель та споруд:

принцип I-вічномерзлі ґрунти основи використовуються в мерзлому стані, що зберігається в процесі будівництва та на протязі всього заданого періоду експлуатації будівлі або споруди;
принцип II-вічномерзлі грунти основи використовуються в стані, що відтанув (з допущенням відтавання їх в процесі експлуатації будівлі або споруди або і їх відтаванням на розрахункову глибину до початку зведення будівлі).

Вибір того чи іншого методу залежить не від бажання проектувальників, а від конструктивних і термічних характеристик будівель і споруд, що зводяться, і від геоморфологічних і геотехнічних характеристик умов залягання товщі вічномерзлих грунтів (порід). Тому в результаті інженерно-геологічні вивчення товщ мерзлоти повинні бути можливості здійснення тієї чи іншої методу будівництва.

Будівництво із збереженням режиму вічної мерзлоти є найбільш зручним у багатьох відношеннях. Однак будь-яка будівля чи споруда передає через фундаменти відому кількість тепла.

У будівлях і спорудах, що виділяють малу кількість тепла, можливі такі конструктивні рішення фундаментів, при яких температурний режим товщі грунтів, що стискається, практично не змінюється. Усі ці конструктивні заходи зводяться до того що, щоб тепло, що виділяється будинком, поглиналося не більше діяльного шару і поширювалося на мерзлу товщу.

Проте навіть у таких умовах діяльний шар безпосередньо під будівлею може взимку не промерзнути. Така ділянка буде слабшою в порівнянні з оточуючими, і в тих випадках, коли в даній місцевості можливе утворення льоду, криги прориватимуться у підпілля та нижні поверхи будівлі. Значна частина промислових та цивільних будівель виділяють такі кількості тепла, які неминуче ведуть до порушення температурного режиму мерзлих верств.

Крім того, у багатьох промислових будівлях можливі вібрації від встановлених машин. Вібраційне навантаження здатне порушувати міцність льоду і переводити його деяку частину в такий стан. У таких випадках будівництво за методом збереження температурного режиму мерзлих товщ неможливе і слід передбачити можливість попереднього або подальшого розморожування. Відтавання мерзлої товщі різко змінює як фізико-механічні характеристики порід, а й їх обсяг.

Виникає просідання маси ґрунту під спорудою, внаслідок чого споруда втрачає стійкість та міцність. При інженерно-геологічних дослідженнях у цих останніх випадках виникають два завдання: встановити можливість застосування методу подальшого розморожування та встановити зону (або як кажуть, чашу) можливого протаювання (рис-2).

Малюнок-2. Освіта чаші протування під будинком:

tп-температура у приміщенні; tм-початкова температура мерзлого ґрунту; b-ширина будівлі; hc-глибина протаювання під серединою будівлі; hk-глибина протаювання під краєм будівлі; ξk-величина протаювання збоку будівлі.

Для здійснення будівництва за методом подальшого відтавання необхідно, щоб у межах хащі протаювання не містилося окремих скупчень льоду у вигляді лінз, штоків та інше. чи споруди. Тому при дослідженнях необхідне особливо ретельне вивчення будови мерзлої товщі.

РЕКОМЕНДУЄМО виконати перепис статті в соцмережах!

Більше 25% поверхні суші земної кулі займає багаторічна чи вічна мерзлота. Вона є промерзлим грунтом, який ніколи повністю не відтає. Багаторічна мерзлота була сформована в льодовиковий період розвитку планети, в районах із сухим та морозним кліматом.

Географія вічної мерзлоти

Багаторічна мерзлота є типовим явищем для приполярних і полярних районів, розташованих поблизу Північного і Південного полюсів. Також мерзлота зустрічається і в інших районах Землі, в тому числі і в екваторіальних широтах, але високо в горах, вершини яких покриті льодом і сніговими шапками.

Рис. 1. Снігові вершини високих гір.

Єдиний материк планети, біля якого немає вічної мерзлоти - це Австралія. Справа в тому, що він максимально віддалений від Південного полюса і не може похвалитися високогір'ям.

Величезні масиви багаторічної мерзлоти розташовані у таких регіонах:

північна частина Євразійського континенту;
північні території Канади;
Аляска;
Гренландія;
Антарктиди.

Товщина промерзлого ґрунтового шару коливається від кількох десятків сантиметрів до кілометра і більше. Багаторічна мерзлота у Росії займає 2/3 всієї території. Найбільша зафіксована глибина становить 1370 м, і вона знаходиться в Якутії, у верхів'ях річки Вілюй.

Рис. 2. Територія мерзлоти біля річки Вілюй.

Мерзлота представлена двома формами:

Суцільна вічна мерзлота розташована біля Сибіру, Нової Землі, на арктичних островах. Протягом багатьох років вона ніколи не танула, і утворила значні масиви суші, що промерзла.
Часткова мерзлота розташована дещо південніше. Вона характеризується невеликим промерзлим шаром та заляганням у вигляді окремих областей.

Умови формування мерзлоти

У північних регіонах ґрунт залишається промерзлим навіть улітку. Відтає лише невеликий шар, не більше 10 см. Вода, що утворюється після танення зимового снігу, не в змозі повністю вбратися в твердий мерзлий ґрунт, тому влітку верхній шар улітку представляє напіврідке брудне місиво.

Якщо танення снігу відбувається на схилі, то згодом грязьова «хвиля» під дією сили тяжіння сповзає вниз. Такі грязьові зсуви найбільш характерні для рельєфу тундри.

З настанням осені природний ландшафт може кардинально змінитись. Тала вода, що скупчилася в тріщинах скельних порід, замерзає. При цьому її обсяг збільшується і порода руйнується. Це призводить до зсуву ґрунту або його спучування. Так утворюється пінго.

Зовні подібне місце нагадує куполоподібний пагорб заввишки до 50 м, з розколотою або розфарбованою вершиною. Пінго зустрічаються у Сибіру, Гренландії, Канаді. На вершинах часто утворюються невеликі западини, у яких влітку утворюються невеликі озерця.

Рис. 3. Пінго.

Мерзлота та людська діяльність

Для успішного освоєння північних районів дуже важливо володіти повною інформацією про багаторічну мерзлоту. Подібні знання необхідні для виконання наступних завдань :

будівництво будівель та різних споруд;
проведення геологорозвідки;
видобуток корисних копалин.

Безконтрольне танення мерзлоти може спричинити появу багатьох проблем, пов'язаних з особливістю діяльності людини в північних районах. При проведенні робіт на півночі це потрібно уникати всіма способами.

Глибоко промерзлий ґрунт, позбавлений найменшої рухливості своїх пластів, дуже зручний при розробці родовищ корисних копалин кар'єрним відкритим способом. Оскільки стінки кар'єру, скуті мерзлотою, не обсипаються, вони дозволяють ефективніше проводити роботу.

В останні роки площа, яку займає багаторічна мерзлота, почала скорочуватися. Області промерзлого ґрунту стали повільно відступати на північ. Це пов'язано з глобальним потеплінням планети і незмінним зростанням температури. Якщо ситуація не зміниться, то вже за кілька десятиліть райони, які були звільнені від мерзлоти, стануть придатними для сільськогосподарських робіт.

Матеріал із Юнциклопедії

Мерзлі породи (ґрунти, ґрунти) мають температуру нижче 0°С; частина води чи вся вода у яких перебувають у твердому, кристалічному стані. У середніх широтах промерзає взимку лише невеликий поверхневий шар. Тут поширена сезонна мерзлота. Інша справа – у північних широтах. Зима тут довга, морозна. Коротким літом земля відтає лише з поверхні до глибини 0,5-2 м. Цей шар називається діяльним. Нижче його в породах цілий рік зберігаються негативні температури. Або, іншими словами, зберігається багаторічна (вічна) мерзлота.

Мерзлі товщі поширені Землі переважно у заполярних районах. Найбільші області вічної мерзлоти – Сибір, північна частина Північної Америки.

Території, де поширена вічна мерзлота, називають ще областю підземного заледеніння.

Область вічної мерзлоти Займає понад п'яту частину всієї суші, а нашій країні - трохи менше половини території. Однак мерзлі породи поширені тут не повсюдно. У долинах великих річок, під великими озерами і зонами тектонічних тріщин, де циркулюють підземні води, товщі багаторічномерзлих порід перериваються. Утворюються звані таліки. Крім того, на великих просторах (по південних околицях області вічної мерзлоти та в горах, наприклад, у Гімалаях) існує острівна мерзлота у вигляді окремих плям.

У мерзлих породах крига стає своєрідним породоутворюючим мінералом. Зустрічаються прошарки, лінзи, жили, клини, або навіть багатометрові пласти так званого копалини (кам'яного) льоду.

У разі вічної мерзлоти утворюються своєрідні мерзлотні, чи кріогенні (створені льодом), форми рельєфу. При сильних морозах земля з поверхні розтріскується, морозобійні тріщини проникає вода. Замерзаючи, вона розширює тріщини і утворює клиноподібні крижані жили. Їхня ширина досягає декількох метрів, а довжина і глибина-десятків метрів. Іноді зустрічаються ділянки, де переважають льоди, а мінеральний ґрунт знаходиться у вигляді стовпів між рядами крижаних клинів. Можливо, великі крижані жили виникають при впровадженні та замерзанні води з таліків у мерзлі породи (запитання це залишається невирішеним).

Іноді лінза льоду, що утворюється, і вода, що надходить знизу, піднімають залягаючі вище грунти, виникає бугор спучування, званий гідролакколітом або бул-гунняхом. У Якутії горби досягають 25-40 м висоти і 200-300 м ширини. Іноді тиск льоду та укладеної в ньому води прориває ґрунт, вода виривається на поверхню і, замерзаючи, утворює льоду. Зазвичай льоду утворюються у місцях виходу поверхню підземних вод і присвячені розширеним ділянкам річкових долин, до підніжжів схилів, де виходять поверхню струмки, тощо.

Під впливом поперемінного промерзання та відтавання ґрунтів та гірських порід на схилах, а також сили тяжіння діяльний шар починає повільно текти, сповзати навіть із пологих схилів зі швидкістю від сантиметра на рік до сотень метрів на годину. Цей процес називають соліфлюкцією (від латинських слів «ґрунт» та «витікання»). Він розвинений у полярних і високогірних районах, де мерзлота перешкоджає просочуванню води і перезволожує верхні горизонти кори вивітрювання. На схилі з'являються потоки, язики, шлейфи ґрунту, що сплив, терасоподібні уступи, а на рівних поверхнях - марі - особливий тип мерзлотних низинних боліт.

Коли мерзлі ґрунти протаюють, вони осідають, утворюючи западини з озерами. Це термокарст. У північних районах мерзлотної зони на плоскій поверхні тундри трапляються оригінальні форми мікрорельєфу, які називаються полігональними. Утворюються вони в однорідному дрібноземлистому або мулистому ґрунті у вигляді багатокутників (зазвичай п'яти-шестигранних) діаметром до декількох метрів, розділених морозобійними тріщинами; центри полігонів зазвичай заболочені, а краї відрізняються сухістю.

Мерзлотні процеси дуже ускладнюють будівництво та експлуатацію будівель, доріг, мостів, тунелів, аеродромів. Доводиться, по можливості, зберігати мерзлі ґрунти в природному стані. З цією метою влаштовують холодні підпілля, ставлять будівлі на опори, прокладають труби, що охолоджують, занурюють палі в пробурені свердловини і т. д. Але мерзлота стає помічником людини, коли в ній влаштовуються (або наморожуються) склади, величезні природні холодильники.