21. Криогенные формы рельефа

Ландшафты криолитозоны характеризуются особыми, присущими только им формами рельефа, обусловленными процессами многократного промерзания и оттаивания слоя. Именно это обстоятельство приводит к формированию морозобойных трещин и различных полигональных форм рельефа, пучения, термокарста, курумообразования, течения почвы, грунта, оплывин и т.д. Рассмотрим эти формы криогенного рельефа.

1. Морозобойное растрескивание горных пород широко распространено в криолитозоне. Образование трещин в мерзлой породе обязано возникновению напряжений в ней при охлаждении и сжатии. Точно также образуются трещины столбчатой отдельности в базальтовых лавах или трещины в усыхающих такырах. Механизм один и тот же. Отличие в том, что морозобойные трещины могут возникать многократно на одном и том же месте. В районах с хорошо выраженным континентальным или морским климатом грунт оказывается разбитым системами перпендикулярных трещин таким образом, что на местности становится хорошо видна полигональная, четырехугольная или другая структура. Размеры этих полигонов могут быть самыми разными от первых десятков см до 20-30 см.

Образование морозобойных трещин неизбежно приводит к возникновению полигонально-жильных структур или ПЖС различных типов. Наиболее важными из них представляются повторно-жильные льды – ПЖЛ, шире всего развитые в северных районах криолитозоны (рис.1)

Рис. 1. Строение ледового комплекса Колымской низменности у Дуванского Яра (составлено под руководством Т.Н.Каплиной): 1 – ледяные жилы (повторно-жильные льды); 2 – алевриты с сильными загибами слоев у контактов с ледяными жилами; 3 – то же, без деформаций у контактов; 4 - 6 – алевриты погребенные (4), покровного слоя (5) и оторфованные (6); 7 – пески; 8 – торф; 9 – вытаявшие ледяные жилы; 10 – остатки древней древесины; 11 – абсолютный возраст отложений по радиоуглероду, год

ПЖЛ – образуются либо после формирования мерзлых пород и тогда они называются эпигенетическими, либо одновременно с ними – сингенетические.

Эпигенетические ПЖЛ возникают в многолетнемерзлых отложениях выше которого находится деятельный слой (рис. 2,А). Возникшая зимой морозобойная трещина, летом, когда деятельный слой оттаивает, заполняется водой. Образовавшийся лед зимой расширяет трещину, она вновь заполняется водой, и весь процесс зимой повторяется. Так будет происходить много раз, и ледяной клин в мерзлых породах будет расширяться, а в деятельном слое лед будет летом таять. Все это ведет к образованию ледяных жил, а ежегодные, тонкие слои новообразованного льда позволяют определить, сколько времени росла эта ледяная жила.

Сингенетические ПЖЛ растут одновременно с осадконакоплением песчано-суглинистых и торфяных отложений на аккумулятивных элементах рельефа. Каждый год накапливаются новые осадки, которые подвергаются морозобойному растрескиванию и ледяная жила как бы растет вверх, напоминая вложенные друг в друга конусы (рис.2,Б). Сингенетические ПЖЛ обычно самые крупные и мощные, достигают в высоту 60 м, а в ширину 6-8 м.

Рис. 2. Схема эпигенетического (А) и сингенетического (Б) роста повторно-жильных льдов (по Б.А.Достовалову): I-IV – последовательные стадии роста жил, а-г – ежегодно образующиеся элементарные ледяные жилки, Δh – мощность накапливающегося за 1 год слоя при сингенезе, h и c – высота и ширина элементарной жилки, m - общая ширина клина

Если ледяные жилы вытаивают, то освободившееся пространство заполняется различным грунтом, т.е. вторичными образованиями, называемыми псевдоморфозами по повторно-жильным льдам. Особенно широко они развиты там, где в геологическом прошлом существовала криолитозона. Подобные псевдоморфозы развиты в средней Европе, на Украине, в Монголии, Китае и других местах (рис. 3).

Рис. 13.6.3. Псевдоморфозы по повторно-жильным льдам: 1 - почвенно-растительный слой и гумусированные породы, 2 – тяжелые суглинки, 3 – супеси, 4 – торф, 5 – песок и гравий, 6 – слоистость пород и мелкие сбросы.

Таяние крупных повторно-жильных ледяных клиньев приводит к возникновению котловин протаивания, между которыми возвышаются конусовидные бугры, называемые байджерахами (рис. 4). Это те породы, которые раньше располагались между ледяными клиньями. Высота байджерахов составляет 2-5 метров и если их много, то возникает своеобразный рельеф, похожий на многочисленные термитники.

Кроме ПЖЛ существуют т.н. изначально-грунтовые жилы, возникающие при заполнении трещины водонасыщенным грунтом, который затекает или осыпается со стенок трещины. Образуется как бы жила из породы.

Песчаные жилы образуются точно таким же способом, только в морозобойные трещины попадает песок, развеваемый ветрами в сухом, очень холодном климате. В некоторых случаях формируются песчано-ледяные жилы, которые в Якутии, в Западной Сибири проникают глубже деятельного слоя.

К полигональным формам рельефа криолитозоны относятся, кроме описанных выше, пятна-медальоны, полигонально-валиковые формы рельефа: каменные многоугольники и байджерахи.

Пятна-медальоны обладают размерами от 0,2-0,3 до 1-2 м, разграничены друг от друга морозобойными трещинами и образуют характерную поверхность, напоминающую гигантскую чешую (рис. 5).

Рис. 4. Образование байджерахов: 1 – повторно-жильные льды, 2 – вытаивание льдов и образование байджерахов в виде земляных конусовидных холмиков

Проникновение морозобойных трещин происходит до подошвы деятельного слоя. При начале промерзания, которое происходит по бокам трещины быстрее, в центре структуры создается избыточное давление и еще талый глинистый или песчано-суглинистый грунт может прорвать тонкую промерзшую поверхностную корочку деятельного слоя и в виде жидкой массы залить какую-то площадку (рис. 6). Образуется пятно из грязи, ограниченное полигональной сеткой трещин (рис. 7). Такой процесс может повторяться многократно и по краям пятен-медальонов нередко возникает травянистая растительность. Пятна-медальоны образуют различную морфоскульптуру ландшафтов (рис. 8). Иногда бордюр и центральная часть находятся на одном уровне; в другом случае бордюр опущен, а центр медальона приподнят; в третьем – бордюр приподнят, а центр – опущен. Все разновидности определяются характером движения разжиженной грунтовой массы (рис. 9).

В деятельном слое происходит морозная сортировка обломочного материала, главными факторами которой являются морозное пучение и формирование полигональной системы морозобойных трещин. Она наиболее эффективна в верхней части деятельного слоя, когда крупный каменный материал оттесняется к краям полигональных структур, а центр занят мелкоземом. Выпучивание или вымораживание каменных обломков происходит потому, что под ними раньше наступает промерзание и образуются ледяные линзы, которые приподнимают обломки. Летом, когда деятельный слой оттаивает, место ледяной линзы занимается жидким грунтом, вследствие чего обломок не может снова опуститься, а зимой процесс повторяется и обломок вновь приподнимается, пока не окажется на поверхности. Точно также выпучиваются сваи, вкопанные только в деятельный слой.

Процесс неравномерного промерзания в полигональной сети морозобойных трещин, приводит, как уже говорилось, к увеличению давления внутри отдельно взятого полигона, под действием которого, прорвавшийся наверх разжиженный грунт, сдвигает в стороны вымороженные на поверхность камни, которые образуют каменные полигоны (рис. 10) или каменные многоугольники - площадки с тонким материалом в центре и каменными обломками по краям (рис. 11).

Рис. 6. Схема миграции воды и сортировки обломочного материала в рыхлой породе (слева)

Рис. 7. Схема образования грунтовых пятен: 1 – трещина в сезонномерзлом слое; грунт: 2 – сезонномерзлый, 3 – вечномерзлый, 4 – талый.

Весь процесс контролируется неоднократным промерзанием и оттаиванием деятельного слоя.

Рис. 8. Каменные полосы (а), каменные кольца (б), каменные многоугольники (в)

Рис. 9. Основные морфологические типы пятен медальонов: I – плоские или слабо выпуклые, II – выпуклые на пьедесталах кочках, III – плоские или вогнутые. 1 – суглинок или супесь, 2 – гумусированный грунт, 3 – торф