Криогенные процессы

Криогенными процессами называют геологические процессы, которые происходят при промерзании или оттаивании горных пород, а также замерзании подземных вод. Сезонное оттаивание — это оттаивание летом верхней части толщи мёрзлых пород.

Этот оттаивающий слой называется сезонно-талым слоем. Сезонное промерзание соответственно — промерзание зимой верхней части талых пород, представляющей собой сезонно-мёрзлый слой.

Одно из явлений, широко распространённое в пределах криолитозоны, — это многолетние бугры пучения. Образовываться они могут по-разному. Так, например, при промерзании талых торфяников зимой к ним начинает мигрировать вода из талых пород. Она тут же замерзает, превращаясь в объёмистый шлир льда. Торфяник приподнимается, на нём образуется бугор, постоянно увеличивающийся, поскольку вода всё продолжает поступать. Скорость роста таких бугров составляет до 10—30 см в год. Они достигают в высоту от 2—3 до 20 м, а в основании — от нескольких десятков до сотен метров. Такой бугор пучения называют миграционным, т.к. он образовался в результате миграции влаги.

Существуют и другие виды многолетних бугров пучения. Один из них — инъекционный. Он возникает обычно в районах мелких озёр и других небольших водоёмов. Зимой такое озеро на вечной мерзлоте зачастую промерзает до дна. Однако под ним всегда есть насыщенные водой талые породы. Они также начинают промерзать. Талые породы оказываются как бы в мёрзлом мешке: сверху них лёд, снизу вечная мерзлота. Объём такого мешка по мере промерзания постепенно уменьшается, и вода талых пород, сжимаясь, начинает давить на сдерживающие их стенки и кровлю. Наконец, поддавшись этому давлению, мёрзлая кровля в наиболее слабом месте выгибается, образуя бугор пучения шлемовидной формы. Такие бугры пучения якуты называют «булгунняхами», а эскимосы — «пинго». Размер их зависит от количества воды в подозёрных талых породах (таликах) и может достигать в высоту 30—60 м, а в основании — 100—200 м. Наиболее часто булгунняхи встречаются в Центральной Якутии, на арктических приморских низменностях северо-востока Сибири и Северной Америки.

Наиболее распространённое явление — выпучивание врытых столбов, камней и других твёрдых тел из рыхлых отложений, которые при промерзании увеличиваются в объёме и пучатся. Нередко зимой такие рыхлые грунты смерзаются с вкопанным столбом, а затем, пучась, поднимают его вверх. Столб как бы вынимается из непромёрзшей части сезонно-талого слоя. Образовавшаяся под ним полость заполняется водой или разжиженным грунтом. При полном промерзании сезонно-талого слоя в этой полости образуется лёд или сильнольдистый грунт. Летом, пока не оттает подошва столба, он сохраняет своё приподнятое положение. После вытаивания льда в полости под столбом остаётся грунт, и потому столб, хотя и уходит в землю, но не настолько, чтобы принять своё первоначальное положение. С началом следующей зимы история повторяется. И так из года в год. Постепенно столб теряет устойчивость, наклоняется и падает. Не беда, когда это происходит со столбами изгородей, но когда падают телеграфные столбы и опоры электросети, деформируются сваи фундаментов зданий — это уже стихийное бедствие. В природе же многолетний процесс выпучивания валунов, скальных обломков и мелких камней приводит к формированию на поверхности каменных россыпей, образованию на пологих склонах целых каменных потоков.Иной вид криогенных процессов — растрескивание мёрзлых пород. Из-за разницы отрицательных температур в различных частях мёрзлых пород они раскалываются. При сезонном промерзании пород глубина образующихся трещин не превышает мощности сезонно-мёрзлого слоя. Однако в многолетнемёрзлых породах такие трещины могут проникать на глубину до 3—4 м и более.

Если по какой-либо причине (потепление климата, деятельность человека) глубина сезонного оттаивания достигает сильнольдистых грунтов или подземных льдов, то они тоже начинают оттаивать. Появляется вода, которая, нагреваясь на солнце, повышает температуру находящихся под ней пород, и они продолжают оттаивать дальше. Причём эти породы постепенно уплотняются за счёт вытаявшего льда. Так образуются термокарстовые озёра. При определённых условиях под таким озером может протаять вся толща мёрзлых пород насквозь.

Серьёзную опасность представляет собой и характерный для криолитозоны процесс соли-флюкции, развивающийся на склонах сопок, холмов и оврагов. Солифлюкцией (от лат. solum — «почва»; fluxus — «течение») называют течение рыхлых, сильно переувлажнённых масс грунта по откосам. Верхний слой вечной мерзлоты оттаивает летом на сравнительно небольшую глубину. Периодически он сильно переувлажняется талыми и дождевыми водами, которые не могут проникнуть на глубину сквозь мёрзлые породы. В результате верхний талый слой ещё сильнее намокает, увеличивается его вес, и он начинает сползать вниз по склону. Причём это происходит даже на скатах с уклоном всего 3—10°. Обычная скорость течения грунта по склону составляет 2—10 см в год. Однако иногда при обильных дождях или интенсивном таянии скорость такого оползня достигает нескольких метров в минуту. Известны случаи, когда солифлюкционные сплывы разрушали палаточные лагеря геологов на полуострове Ямал.

С водой в криолитозоне связаны такие явления, как наледи. Наледями называются ледяные наплывы, образующиеся в результате замерзания излившихся на поверхность подземных речных или озёрных вод. Зимой при промерзании верхней части водоносных пород в них возникает всё нарастающее гидростатическое давление (давление воды). Это происходит потому, что вода, превращаясь в лёд, увеличивается в объёме, сдавливая ещё не замёрзшую воду, и одновременно перекрывает ей все выходы на поверхность. Между тем вода, находящаяся подо льдом, сопротивляется ему, стремясь вырваться наружу, давит на ледяную корку промёрзшего грунта, пока наконец не прорвёт её и не выплеснется из своего заточения. Но, оказавшись на воле, вода быстро замерзает и покрывает льдом только что проделанное ею самой отверстие. И всё начинается сначала. Количество таких циклов может достигать нескольких десятков за зиму. Толщина наледей порой достигает 7—10 м, а площадь — нескольких десятков квадратных километров. Так, в 1866—1870 гг. на северо-востоке Сибири одной из экспедиций была обнаружена наледь площадью около 100 км2. Хороший мог бы получиться каток! Только вот беда: мест очередных выходов подлёдной воды на поверхность на таком катке не отметишь, а вырывается вода на свободу порой с настоящим взрывом. И это опасно.

Кроме наледей в мёрзлых породах широкое распространение имеют подземные жильные и пластовые льды. Толщина таких пластовых льдов достигает 25—30 м и более, а протяжённость — нескольких сотен метров.