Криогенные формы рельефа.
Наличие постоянной мерзлоты обусловливает развитие специфических форм рельефа. Образование одних форм вызвано процессами, протекающими лишь в деятельном слое, других — процессами, захватывающими и более глубокие горизонты. При этом большое значение имеют подземные воды — подмерзлотные, межмерзлотные и надмерзлотные. Формы рельефа, обусловленные мерзлотой, в зависимости от процессов, участвующих в их образовании, подразделяются на несколько групп, связанных с образованием морозобойных трещин и морозной сортировкой материала, наледеобразованием и пучением, солифлюкцией, термокарстом и морозным выветриванием, распределение этих форм на поверхности зависит от рельефа. Так, на аккумулятивных равнинах развиты формы, связанные с морозобоиной трещиноватостью и сортировкой материала, пучением, термокарстом. В горных районах преобладают солифлюкционные формы и формы, образованные при участии морозного выветривания.
Формы рельефа, связанные с морозобойным трещинообразованием и морозной сортировкой материала. Сезонные и суточные колебания температуры в деятельном слое приводят к изменению объема мерзлых пород и отложений. При замерзании сначала происходит увеличение объема, а при дальнейшем понижении температуры — сокращение объема пород, что вызывает
образование трещин. Трещины проникают в глубь массива. При этом на поверхности образуется система трещинных полигонов, форма и размеры которых зависят от состава и степени однородности отложений, глубины проникновения трещин в мерзлые толщи. В однородных по составу отложениях полигоны имеют прямоугольную форму, а в неоднородных — более сложную. На участках, сложенных рыхлым однородным мелкоземом (суглинком, глинами) или торфом, характерным для речных пойм, они образуют решетки, сетки с размерами сторон от первых сантиметров (наноформы) до первых десятков метров (рис. 9.2). На высоких поверхностях — террасах, водоразделах — размеры полигонов могут достигать 300-500 м и более. Трещины расширяются под действием замерзающей и оттаивающей воды, роста повторно-жильных льдов — ледяных жил. Морозобойные процессы могут концентрироваться и активно развиваться на контакте разнотипных горных пород, в зонах разрывных нарушений, тектонической и планетарной трещиноватости, развитых как в неглубоко залегающих плотных коренных породах, так и в перекрывающих их рыхлых отложениях. Они локализуют и усиливают эффект линейных эрозионно-денудационных процессов и могут также способствовать формированию своеобразных блочных форм рельефа (рис. 9.3). ) По морозобойным трещинам часто закладываются будущие
термокарстовые воронки. Наледи и формы пучения. Наледи — это ледяные тела, образующиеся в результате излияния и замерзания подземных или поверхностных (речных, озерных) вод. Среди наледей выделяются речные и грунтовые. Речные наледи — по-якутски тарыны — образуются почти на всех северных реках. При зимнем промерзании рек и уменьшении живого сечения русла вода, находящаяся под напором, может проломить или прорвать лед и излиться на поверхность в пределах русла или более широко, заняв всю пойму, и замерзнуть. Кроме того, в питании наледей принимают участие талики, в том числе подмерзлотные. Наледи часто протягиваются на десятки километров при мощности льда до 5-10 м. Их поверхность ровная, местами бугристая и трещиноватая. Некоторые наледи неоднократно наращиваются в течение одного сезона, т. к. условия для их образования периодически повторяются. В таких наледях лед обычно слоистый.
Наледи могут возникать каждый год на одних и тех же местах, главным образом на мелководьях, где река распадается на ряд рукавов. Причем процесс образования наледей носит циклический характер: постепенное нарастание осенью, увеличение размера зимой и таяние весной и летом. На глубоких участках русел наледи встречаются редко. Локальное развитие наледей в долинах рек может быть связано с тектоническими трещинами или разрывами, пересекающими долину реки. Подземная вода, поднимаясь по трещинам и изливаясь на поверхность, замерзает, образуя наледь . Многие наледи существуют и летом. Тогда река, обтекая наледь, размывает берега, подмывает уступы террас и таким образом расширяет долину. Грунтовые наледи питаются грунтовыми или более глубокими подземными водами при выклинивании их на поверхность и замерзании. При этом изливаться могут надмерзлотные и подмерзлотные воды. Часто грунтовые наледи приурочены к подножию уступов террас, т. к. здесь часто выклиниваются подземные воды. Как и речные, грунтовые наледи могут протягиваться на большие расстояния. Формы пучения. Процесс пучения связан с замерзанием водонасыщенных грунтов и увеличением их объема. Существующие надмерзлотные воды, а также поступающая в результате миграции к фронту промерзания внутригрунтовая влага зимой замерзают увеличивая свой объем. Вследствие этого поверхность грунта вспучивается с образованием бугров пучения. Высота их составляет 0,5-2, реже 4-8 м. Вершинная часть бугров иногда разбита радиальными трещинами. Они развиты на поймах, террасах рек. В районах несплошного развития мерзлоты образуются сезонные бугры,
исчезающие летом. Более крупные и многолетние формы — гидролакколиты (булгунняж у якутов, пинго у эскимосов) — представляют собой округлые куполообразные холмы с ледяным ядром высотой 15-25 м. Иногда встречаются формы высотой до 50-70 м, диаметром 150-200 м и с углами наклона склонов до 40-50° (рис. 9.5). Чаще всего они возникают на низменных пространствах, сложенных мелкоземистыми осадками, например, на днищах осушенных озерных котловин при промерзании таликов. Рост таких форм продолжается десятки и сотни лет в условиях непрерывного поступления (инъекции) воды и ее замерзания. Гидролакколиты иногда
имеют линейное цепочечное расположение, будучи приурочены к трещинам или зонам разрывных нарушений. Эти зоны наиболее обводнены, что связано с разгрузкой по ним напорных подземных
в0д, чаще всего межмерзлотных и подмерзлотных. При выпучивании (вымораживании) обломков пород с глубины к поверхности в сочетании с морозной сортировкой грунта на горизонтальных поверхностях, сложенных неоднородным по механическому составу материалом — мелкоземом с примесью обломков, образуются каменные кольца, а на склонах — каменные и мелкоземистые полосы. Солифлюкционные формы рельефа. В областях развития постоянной мерзлоты основным типом денудации является солифлюкция, которая проявляется преимущественно на склонах. Описание форм рельефа, обусловленных солифлюкцией, приведено в главе 6. С оттаиванием грунта связано образование болот разного типа в зависимости от характера растительности, глубины залегания мерзлых пород, служащих водоупором. Болота обычно развиты на водоразделах или в понижениях рельефа, причем расширение площади болотсвидетельствует об опускании поверхности, тогда как на поднятиях болота часто осушаются, и их площади сокращаются. Формы рельефа, связанные с вытаиванием мерзлоты, образуются в процессе таяния подземного льда, сковывающего рыхлые горные породы. При этом происходит проседание почвы и образование отрицательных форм рельефа — блюдец, западин, заполненных водой, которые при дальнейшем углублении и расширении превращаются в термокарстовые воронки, занятые озерами. Воронки имеют близкую к изометричной форму, различные размеры, глубину и крутые склоны. Диаметр некоторых воронок достигает сотни метров, а глубина — до
10-20 м. Все они заняты озерами. Неравномерное протаивание льда происходит из-за неодинаковой льдистости пород во время общего потепления климата или сезонного повышения температуры. При этом вода, скапливающаяся на поверхности в каком-либо понижении или трещине, оказывает отепляющее влияние на мерзлые породы, из-за чего происходит их более глубокое оттаивание и проседание. Раз возникнув, термокарстовые процессы начинает развиваться до тех пор, пока полностью не вытаивает лед в основании воронки или котловины. Иногда протаивание прекращается вследствие похолодания климата или из-за того, что скорость протаивания меньше скорости осадконакоплениянадне водоема в воронке. Образующиеся
осадки защищают мерзлые породы от вытаивания из них льда. При расширении и слиянии термокарстовых воронок и их осушении, что часто связано с поднятием территории, образуются более крупные плоскодонные понижения — алласы — глубиной до 20-30 м. Термокарстовые воронки иногда вытягиваются в линии, проявляя тектонические трещины (см. рис. 19.20). Округлая форма воронок изменяется на угловатую, прямоугольную или квадратную (рис. 9.6), что также обусловлено трещиноватостыо, как тектонической, так и морозобоиной. Поднятие территории вызывает понижение уровня грунтовых вод, уменьшение общей влажности пород и их льдистости и, как следствие, осушение термокарстовых воронок. При наклоне поверхности, что может быть вызвано тектоническими движениями, небольшие воронки начинают деформироваться и из округлых постепенно превращаются в узкие вытянутые поперек склона — мочажины. При вытаивании из грунта ледяных клиньев и жил, разрушении полигонов морозного выветривания образуются отдельные холмы или бугры высотой в первые метры — байджерахи (якут). Другой разновидностью форм протаивания мерзлоты являются торфяные бугры, образующиеся на болотах. Их высота достигает 3-4 и более метров. Вытаивание мерзлоты происходит в результате отепляющего действия воды на берегах морей (термоабразия) и рек (термоэрозия). Формы рельефа, связанные с морозным выветриванием. В полярных и субполярных областях в вершинном поясе гор, лишенном растительности, называемом гольцовым, образуются террасовидные полого наклонные (3-5°) площадки — нагорные террасы. Это скульптурные формы, выработанные в коренных породах различного состава, преимущественно крепких. Нагорные террасы располагаются лестницей, в которой насчитывается до 10 и более ступеней (рис. 9.7). По данным И. С. Щукина, ширина площадок различна: от 5-10
до 500 м, относительная высота — 5-30 м, реже больше. Они имеют наклон до 3-7° и заканчиваются крутыми уступами. В образовании нагорных террас участвует комплекс процессов
Основным является морозное и нивационное (подснежное) выветривание. Образующийся обломочный материал перемещается солифлюкцией, плоскостным смывом, гравитацией. В результате склоны постепенно отступают, на площадках остаются рыхлые продукты выветривания небольшой мощности, зимой скованные мерзлотой, а весной насыщающиеся водой и продолжающие перемещаться к краю площадки нагорной террасы. Влияние техногенных процессов на формирование криогенного рельефа. Деятельность человека в условиях развития многолетнемерзлых пород приводит к нарушению их криогенного состояния. При освоении территорий — строительстве городов, прокладке коммуникаций, железных и автодорог, эксплуатации месторождений полезных ископаемых, прокладке трубопроводов и т. д. — прежде
всего нарушается температурный режим мерзлых толщ, что чаще всего ведет к деградации мерзлоты и опасному развитию криогенных форм рельефа. В больших городах изменяются климатические условия. Так, в Якутске и Норильске среднегодовая температура на 1-3 °С выше окружающих территорий (Л. С. Гарагуля, Г. И. Гордее- ва). Под городскими коммуникациями и коллекторами происходит попеременное оттаивание и замерзание грунта, ведущее к образованию бугров пучения, морозобойных трещин, вызывающих деформации зданий, разрыв коммуникаций и т. д. Прорыв или сброс теплых техногенных вод вызывает подтопление, ведущее к развитию термокарста и проседанию грунта, термоэрозии и образованию оврагов. На трассах подземных магистральных трубопроводов из-за оттаивания мерзлых грунтов образуются болота, термокарстовые воронки и бугры пучения, вызывающие деформации труб, их всплывание, термоэрозию. Под насыпями железных дорог происходит повышение среднегодовых температур пород и образование таликов. Это ведет к просадкам насыпей, их солифлюкционному оплыванию. Вдоль насыпей нарушаются условия поверхностного и приповерхностного стоков вод, вызывающие подтопление, образование эрозионных форм, иногда наледей, бугров пучения и др.
При открытой добыче полезных ископаемых в бортах карьеров происходит вытаивание льда, нарушение устойчивости стенок и образование оползней и обвалов. При эксплуатации нефтегазовых месторождений уничтожается почвенно-растительный и уменьшается снежный покров, что ведет к более глубокому промерзанию грунтов, а бурение скважин, наоборот, вызывает оттаивание мерзлых пород и их просадку, массовое развитие термокарстовых форм,
болот, площадь развития которых увеличивается в связи с оседанием поверхности при откачке из недр нефти и газа. Часто при механических воздействиях на торфяно-глеевые почвы — давлении
гусеничными тракторами, вездеходами и другой техникой, а также прогонах оленей — они становятся плывунными, подвергаются солифлюкционнму течению. Уничтожение растительности, с одной стороны, способствует более глубокому промерзанию пород зимой,
ас другой — оттаиванию летом и образованию термокарстовых и других просадочных форм.
Таким образом, техногенное воздействие на криолитозону вызывает развитие практически всех форм рельефа, обусловленных развитием постоянной мерзлоты.
