Ce este permafrostul? Permafrost (permafrost) Permafrost

Material din neciclopedie

Rocile inghetate (terenuri, soluri) au temperatura sub 0°C; o parte sau toată apa din ele este într-o stare solidă, cristalină. La latitudinile mijlocii, doar un mic strat de suprafață îngheață iarna. Permafrostul sezonier este obișnuit aici. Este o problemă diferită la latitudinile nordice. Iarna aici este lungă și geroasă. În vara scurtă, pământul se dezgheță numai de la suprafață până la o adâncime de 0,5-2 m. Acest strat se numește stratul activ. Sub ea, temperaturile negative rămân în stânci tot timpul anului. Sau, cu alte cuvinte, permafrostul persistă.

Straturile înghețate sunt distribuite pe Pământ în principal în regiunile polare. Cele mai mari zone de permafrost sunt Siberia și partea de nord a Americii de Nord.

Teritoriile în care permafrostul este comun sunt numite și zone de glaciare subterană.

Regiunea permafrost ocupă mai mult de o cincime din întreaga suprafață de uscat, iar în țara noastră - puțin mai puțin de jumătate din întregul teritoriu. Cu toate acestea, rocile înghețate nu sunt răspândite aici. În văile râurilor mari, sub lacuri mari și de-a lungul zonelor de fracturi tectonice unde circulă apele subterane, straturile de permafrost sunt întrerupte. Se formează așa-numitele talik-uri. În plus, pe suprafețe mari (de-a lungul marginilor sudice ale regiunii de permafrost și în munți, de exemplu în Himalaya), permafrostul insular există sub formă de pete individuale.

În rocile înghețate, gheața devine un fel de mineral care formează roci. Există straturi, lentile, vene, pene și chiar straturi de mulți metri de așa-numită gheață fosilă (rocă).

În condiții de permafrost, se formează forme de relief unice înghețate sau criogenice (create de gheață). În timpul înghețurilor severe, pământul crăpă de la suprafață, iar apa pătrunde în crăpăturile care sparg înghețul. Când îngheață, lărgește fisurile și formează vene de gheață în formă de pană. Lățimea lor ajunge la câțiva metri, iar lungimea și adâncimea lor ajung la zeci de metri. Uneori există zone în care predomină gheața, iar solul mineral este situat sub formă de stâlpi între rânduri de pene de gheață. Este posibil să apară vene mari de gheață atunci când apa din talik pătrunde și îngheață în roci înghețate (această întrebare rămâne nerezolvată).

Uneori, lentila rezultată de gheață și apă care vine de dedesubt ridică solul subiacent și apare o movilă care se umflă, numită hidrolacolit sau bull-gunnyakh. În Yakutia, movilele ajung la 25-40 m înălțime și 200-300 m în lățime. Uneori presiunea gheții și a apei conținute în ea străpunge solul, apa iese la suprafață și, înghețând, formează gheață. De obicei, aufeis se formează acolo unde apele subterane ies la suprafață și sunt limitate la zone extinse ale văilor râurilor, la poalele versanților unde pârâurile ies la suprafață etc.

Sub influența înghețului și dezghețului alternant a solurilor și rocilor de pe versanți, precum și a gravitației, stratul activ începe să curgă încet, alunecând chiar și de pe pante blânde cu o viteză de un centimetru pe an până la sute de metri pe oră. Acest proces se numește soliflucție (din cuvintele latinești pentru „sol” și „ieșire”). Se dezvoltă în regiunile polare și de munte înalte, unde permafrostul previne infiltrarea apei și îmbină orizonturile superioare ale crustei de intemperii. Pârâie, limbi, penuri de sol plutitor, cornuri asemănătoare teraselor apar pe versant, iar pe suprafețe plane - mari - tip special mlaștini de câmpie înghețate.

Când solurile înghețate se dezgheț, ele se stabilesc, formând depresiuni cu lacuri. Acesta este termocarst. În regiunile nordice ale zonei de permafrost, pe suprafața plană a tundrei, există forme originale de microrelief, care se numesc poligonale. Ele se formează în pământ omogen fin sau mâlos sub formă de poligoane (de obicei cinci hexagonale) cu un diametru de până la câțiva metri, despărțite prin fisuri de îngheț; Centrele gropilor de gunoi sunt de obicei mlăștinoase, în timp ce marginile sunt uscate.

Procesele de permafrost complică foarte mult construcția și exploatarea clădirilor, drumurilor, podurilor, tunelurilor și aerodromurilor. Este necesar, dacă este posibil, păstrarea solurilor înghețate în starea lor naturală. În acest scop, se construiesc subterane reci, se așează clădirile pe suporturi, se pun conducte de răcire, se scufundă grămezi în puțuri forate etc. Dar permafrostul devine un asistent uman atunci când în el sunt construite (sau înghețate) depozite și frigidere naturale uriașe.

La întrebarea despre semnificația permafrostului pusă de autor a usca cel mai bun răspuns este „Permafrost” (Permafrost) este o parte a permafrostului caracterizată prin absența dezghețului periodic. Cu o suprafață totală de 35 milioane km². Răspândire: nordul Alaska, Canada, Europa, Asia, insule din Oceanul Arctic.
Zonele de permafrost sunt partea superioară a scoarței terestre, a cărei temperatură nu crește peste 0 °C pentru o lungă perioadă de timp (de la 2-3 ani la milenii). În zona de permafrost, apele subterane sunt sub formă de gheață, adâncimea sa depășește uneori 1000 de metri.
Permafrostul este un fenomen global; el ocupă cel puțin 25% din întreaga suprafață terestră a globului. Singurele continente fără permafrost sunt Australia și Africa. O mare parte din permafrost este moștenită din ultima eră glaciară și acum se topește încet. Conținutul de gheață din rocile înghețate variază de la câteva până la 90%. În permafrost se pot forma depozite de hidrați de gaz, în special de hidrat de metan.
Una dintre primele descrieri ale permafrostului a fost făcută de exploratorii ruși din secolul al XVII-lea, care au cucerit vastele întinderi ale Siberiei. Pentru prima dată, cazacul Y. Svyatogorov a atras atenția asupra stării neobișnuite a solului, iar pionierii din expedițiile organizate de Semyon Dezhnev și Ivan Rebrov l-au studiat mai detaliat. În mesaje speciale adresate țarului rus, aceștia au mărturisit prezența unor zone speciale de taiga, unde chiar și în mijlocul verii solul se dezgheță cu maximum două arshins.
Termenul „permafrost”, ca fenomen geologic specific, a fost introdus în uz științific în 1927 de către fondatorul școlii de oameni de știință sovietici din permafrost M.I. Sumgin. El l-a definit ca permafrost de sol, existent continuu de la 2 ani la cateva mii de ani. Cuvântul permafrost nu a avut o definiție clară, ceea ce a dus la utilizarea conceptului în sensuri diferite. Ulterior, termenul a fost criticat în mod repetat și au fost propuși termeni alternativi: roci de permafrost și permafrost, dar nu au fost folosiți pe scară largă.
65% din teritoriul Rusiei sunt zone de permafrost. Este cel mai răspândit în Siberia de Est și Transbaikalia.
Cea mai adâncă limită a permafrost-ului este observată în cursurile superioare ale râului Vilyui din Yakutia. Adâncimea record a permafrostului este de 1370 de metri, înregistrată în februarie 1982.
Contabilitatea permafrostului este necesară atunci când se efectuează construcții, explorări geologice și alte lucrări în nord. Astfel, casele mari din regiunile de nord sunt construite folosind tehnologii speciale, în special, o cutie construită casă cu panouri plecat câțiva ani pentru a permite casei să se așeze. Dacă solul de sub acesta începe să plutească, acesta este demontat și reasamblat într-un loc nou.
Permafrostul creează multe probleme, dar are și beneficii. Se știe că alimentele pot fi păstrate în el pentru o perioadă foarte lungă de timp. Atunci când se dezvoltă depozitele nordice, permafrostul, pe de o parte, este un mare obstacol, deoarece rocile înghețate au vâscozitate extrem de ridicată și sunt greu de extras. Pe de altă parte, datorită permafrostului care cimentează rocile, a fost posibil să se construiască cariere unice în Yakutia (de exemplu, cariera conductei Udachnaya) cu pereți aproape verticali). Părțile laterale ale acestor cariere sunt ținute pe loc de gheață și, într-un climat mai cald, ele ar pluti inevitabil.
Construcție în zona de permafrost
Prezența permafrostului în anumite zone ale țării noastre pune multe probleme oamenilor de știință, a căror soluție are o mare importanță practică. Majoritatea acestor probleme au fost deja rezolvate de oamenii de știință.

Răspuns de la Simplu la minte[incepator]
Permafrostul este un sol care conține apă înghețată și are o temperatură sub zero. În acest articol vom vorbi despre ce este permafrostul și ce tipuri de teren se disting în funcție de condițiile zonei de distribuție a permafrostului.
Permafrostul conține întotdeauna gheață, care poate fi conținută sub formă de cristale în porii dintre particulele de sol sau sub formă de straturi groase de gheață în sol. La dezghețare, solurile înghețate care conțin o cantitate semnificativă de gheață devin excesiv de umede. Prin urmare, clădirile și structurile care sunt ridicate pe astfel de soluri suferă așezări semnificative.
Stratul de sol care îngheață în timpul sezonului rece și se dezgheță primăvara se numește strat activ. Dacă un astfel de strat este conectat la suprafața unei zone de permafrost, atunci o astfel de suprafață se numește fuziune. Grosimea stratului activ depinde de expunerea versanților, de teren, de umiditate și de compoziția solului.
Depinde și de factorii climatici și de acoperirea cu vegetație. Solul se dezgheță într-o măsură mai mare pe latura de sud a versanților decât pe latura de nord. Acoperirea cu iarbă, copacii și arbuștii contribuie la faptul că permafrostul este situat mai aproape sub ele decât în ​​alte zone deschise. Acest lucru se explică prin faptul că creează o umbră care împiedică dezghețarea în profunzime a solului permafrost.
De exemplu, în mlaștinile cu turbă-mușchi, care au o adâncime de la 10 centimetri până la câțiva metri, chiar și în sezonul cald, nivelul solului înghețat este situat la o adâncime de cel mult un metru. Grosimea stratului activ este în medie de la 1 la 2 metri în solurile nisipoase din nordul îndepărtat. În mlaștini argiloase și cu turbă de la 0,39 la 1,29 metri. În regiunile sudice ale solurilor înghețate, adâncimea stratului activ poate ajunge la 2,5-4,5 metri. Permafrostul se extinde pe 47% din teritoriul celui dintâi Uniunea Sovietică. În funcție de condițiile zonei de permafrost, se disting următoarele tipuri de teren:
1. Zone uscate cu drenaj adecvat de suprafață. Astfel de locuri pot fi pante abrupte ale dealurilor, dealuri stâncoase, zone cu apariția apropiată de roci dure și altele. Astfel de soluri nu își schimbă proprietățile la îngheț sau dezgheț. Cu scurgerea de suprafață asigurată a apei de topire, grosimea stratului activ în astfel de zone variază de la 2,5 metri și mai sus.
2. Locuri umede cu umiditate excesivă în zonă în anumite perioade ale anului și semne de aglomerare a apei la suprafață. Astfel de locuri pot fi pante blânde ale munților cu expunere sudică, bazine de apă plate compuse din soluri de subsidență nisipoase și argiloase cu o umiditate relativă de 0,71-0,91 de la punctul de curgere. Cu scurgeri de suprafață nesecurizate, dezghețarea de vară a solului nu depășește 2,5 metri.
Informații mai detaliate pot fi găsite aici: link

Pe o parte semnificativă a pământului - pe 25% din suprafața sa, unde temperaturile medii anuale sunt negative, la o anumită adâncime de la suprafață rocile au o temperatură negativă de mulți ani. Straturile de roci cu temperaturi negative se numesc straturi de permafrost - permafrost (permafrost). Permafrostul poate fi uscat, fără apă, dar mult mai des conține apă înghețată și, uneori, conține și apă lichidă.
Limita de permafrost de pe continentul Eurasiatic împarte Peninsula Kola în părți de nord (mai mari) și de sud (mai mici), iar de la gâtul Mării Albe de-a lungul Cercului Arctic merge spre Urali. În Munții Urali, granița se îndoaie brusc spre sud, apoi intră în Câmpia Siberiei de Vest și o traversează de la Ob (Tobolsk) la Yenisei (gura Podkamennaya Tunguska). De-a lungul malului drept al Yenisei, granița coboară spre sud, cucerește o parte a teritoriului Republicii Populare Mongole, intră din nou pe teritoriul rus în apropierea orașului Blagoveshchensk și, făcând o ușoară curbă spre sud, se îndreaptă spre strâmtoarea Tătară. . Limita de permafrost traversează Kamchatka în așa fel încât dincolo de granițele sale rămâne doar o fâșie de-a lungul coastei jumătății de sud a peninsulei. În America de Nord, permafrostul ocupă bazinele Yukon, Mackenzie, Hudson Bay și jumătatea de nord a Labradorului (Fig. 86).
Permafrost a fost observat pe insulele arctice și antarctice. Problema prezenței permafrostului pe terenurile acoperite cu gheață continentală (Groenlanda, Antarctica) nu poate fi încă considerată clarificată.
Limita permafrostului se mișcă. În prezent, există o ușoară retragere spre nord.
În teritoriul situat în interiorul limitei de distribuție a permafrostului, zonele cu permafrost continuu, zone cu taliks și permafrost insular.

Permafrost sezonier. Înghețarea sezonieră - dezghețarea și cauzele acestora.Înclinarea axei pământului față de planul ecliptic determină schimbarea anotimpurilor pe Pământ. Rezultatul schimbării anotimpurilor este înghețarea și dezghețarea sezonieră periodică a unui orizont apropiat de suprafață al scoarței terestre. Pulsația sezonieră în furnizarea și consumul de căldură, cu un deficit constant în zonele care gravitează spre poli, duce în cele din urmă la dezvoltarea permafrost-ului. Schimbarea sezonieră a anotimpurilor duce la formarea unui strat de dezgheț sezonier (de vară) deasupra permafrostului, care îngheață iarna, iar în afara zonei de permafrost - straturi de îngheț sezonier, dezgheț vara.

Granița de sud a permafrostului etern

Orez. 1. Schema modificărilor în adâncimea înghețului sezonier - dezghețare:

1 - zona de posibilă dezgheț sezonier, 2 - înghețarea și dezghețarea sezoniere a rocilor, 3 - permafrost.

Pe lângă stratul de îngheț de iarnă și dezgheț de vară, caracteristic latitudini medii și înalte și în unele locuri de latitudini sudice, apare din când în când o stare de înghețare de scurtă durată a rocilor, care durează câteva ore sau, mai rar, câteva zile. .

Tiparele fenomenelor sezoniere de permafrost sunt ilustrate de grafic (Fig. 1).

Din datele graficului este clar că adâncimea reală a înghețului și dezghețului sezonier este cea mai mare la granița de sud a permafrostului. La nord de acesta se datorează mai puțin scăderii reale a adâncimii dezghețului sezonier (adică adâncimea dezghețului potențial), iar la sud se datorează mai puțin adâncimii înghețului real.

Stratul activ. Stratul de îngheț și dezgheț sezonier se numește strat activ. Există un strat de dezgheț sezonier situat deasupra permafrostului și un strat de îngheț sezonier deasupra substratului dezghețat. În acest caz, ele pornesc din poziția în care există un strat permanent de roci înghețat (permafrost) și un strat permanent dezghețat (în afara zonei de permafrost). Prima se caracterizează prin dezghețare sezonieră, adică potențiala înghețare sezonieră este acoperită de prezența permafrostului; al doilea se caracterizează prin îngheț sezonier, deoarece dezghețarea potențială nu se manifestă aici din cauza adâncimii mici a înghețului de iarnă. De aceea sunt date numele - strat de dezgheț sezonier pentru zona de permafrost și strat de congelare sezonier - pentru zonele din afara permafrostului. Astăzi, alte nume sunt din ce în ce mai folosite: strat activ deasupra substratului de permafrost, referindu-se la înghețarea și dezghețarea sezoniere peste permafrost și strat activ deasupra substratului dezghețat, referindu-se la înghețarea sezonieră peste masa de rocă dezghețată.

Cele mai semnificative fluctuații anuale de temperatură au loc în stratul activ, cea mai mare parte a schimbului anual de căldură are loc, iar procesele fizice, fizico-chimice și geologice se dezvoltă cel mai intens. Acesta este stratul intermediar prin care schimburile de căldură între suprafața Pământului și permafrostul. Înghețarea și dezghețarea sezoniere în stratul activ determină direcția și natura proceselor fizice, fizico-chimice și geologice, care, la rândul lor, determină caracteristicile structurii criogenice și proprietățile straturilor de rocă înghețată.

Distribuția geografică a înghețului sezonier foarte larg. În esență, se observă peste tot, cu excepția zonelor subtropicale și tropicale, unde este posibil doar în munții înalți. În regiunea de permafrost, stratul activ este omniprezent. Este absent doar atunci când permafrostul se află direct sub un ghețar, acoperire sau munte. Apoi starea înghețată (ghețarului) începe de la suprafața zilei. În Groenlanda, sol înghețat a fost găsit sub gheața de ghețar, de 2 până la 5 m grosime. Potrivit lui M. G. Grosswald, stânca înghețată a fost întâlnită sub gheța de ghețar pe Ținutul Franz Josef.

Putere activă a stratului depinde de un complex de factori fizico-geografici și geologici și variază de la câțiva centimetri până la 3-5 m, rar până la 8-10 m.

Grosimea stratului activ variază de la un loc la altul datorită diversității obișnuite a condițiilor naturale de la suprafață, precum și a eterogenității litologice și a modificărilor spațiale ale umidității solului.

Chiar și în aceeași zonă de teren, adâncimea înghețului și dezghețului sezonier nu este aceeași de la an la an. Dar această adâncime, cu condiții climatice și alte condiții fizice și geografice constante, fluctuează în jurul unei anumite valori medii constante.

Modificarea adâncimii de îngheț și dezgheț de la nord la sud depinde de:

Despre gradul de climă continentală;

Pe durata răcirii de iarnă;

Din temperatura medie anuală a aerului;

De la temperatura medie a lunii cele mai reci;

Din amplitudinea temperaturilor de la suprafață;

Din suma temperaturilor negative;

În funcție de natura solului, adică dacă este reprezentat de bolovani și pietriș, sau nisip și argilă, sau turbă etc.

Procesul de îngheț și dezgheț sezonier depinde de gradul de umiditate al tipului de sol, precum și de densitatea și grosimea stratului de zăpadă, natura stratului de vegetație, umiditatea de suprafață etc. Un rol deosebit în înghețarea sezonieră este jucat de muşchi şi turbă. Mușchiul și turba acționează ca izolatori termici în stare uscată, datorită abundenței de aer din ele, și ca răcitoare, datorită higroscopicității lor ridicate. Abundența apei favorizează evaporarea și deci răcirea (căldura latentă de evaporare a apei este de 7,25 ori mai mare decât căldura latentă de fuziune a gheții).

Filtrarea solului și adâncimea de dezgheț sunt legate cauzal: cu cât filtrarea este mai mare, cu atât adâncimea de dezgheț este mai mare.

Adâncimea înghețului și dezghețului sezonier, adică grosimea stratului activ și regimul de temperatură al acestuia, sunt determinate de schimbul de căldură al solului cu atmosfera. Grosimea stratului activ depinde de circulația căldurii și de echilibrul termic al rocilor.

Dacă de-a lungul unui număr de ani are loc o creștere a adâncimii înghețului sezonier, care nu este compensată de o creștere corespunzătoare a adâncimii dezghețului vara, de obicei se formează orizonturi subțiri înghețate în roci care
poate exista de la un an la câțiva ani și reprezintă un prototip de permafrost. Astfel de orizonturi înghețate se numesc zboruri.

În acest caz, există un exces de schimbare a căldurii de iarnă în stânci la temperaturi negative peste ciclurile de căldură de vară la temperaturi pozitive. În acest caz, temperatura medie anuală a rocilor scade sub 0°. Dacă transferul de căldură la temperaturi pozitive depășește din nou transferul de căldură la temperaturi negative, transferurile vor dispărea.

Procese care au loc în stratul activ. Stratul activ este un orizont al scoarței terestre în interiorul căruia au loc cele mai active și mai dinamice procese de transformare a rocii: dezintegrarea lor în fracțiunea de praf, formarea solului, ridicarea solului, soliflucția, toate procesele care conduc la formarea microreliefului înghețat, hidrolacoliți sezonieri etc. d.

De o importanță deosebită este regimul de umiditate al solurilor din stratul activ, mai ales dacă acestea sunt reprezentate de soiuri cu granulație fină - argile, lutoase etc. Densitatea, compoziția, condițiile de apariție și natura solurilor (omogene sau eterogene din punct de vedere litologic) sunt de asemenea esential.

Rate sezoniere de congelare sunt diferite. În nord, rata de îngheț sezonieră este de 1-3-5 cm, pe zi. Înghețarea completă este realizată deja în noiembrie - decembrie. În sud, cu o grosime mare a stratului activ, înghețarea sezonieră are loc pe toată perioada de răcire, adică pe tot parcursul iernii.

Rate sezoniere de decongelare de obicei mai lent.

Permafrost. Permafrost - acestea sunt roci înghețate, caracterizate printr-o temperatură de 0° și mai jos, care conțin gheață și rămân în această stare mult timp - de la câțiva ani până la multe milenii.

Permafrostul de pe glob este distribuit în principal în regiunile polare și subpolare, precum și în regiunile muntoase înalte de latitudini temperate și chiar tropicale și ocupă aproximativ 25% din întreaga suprafață terestră a Pământului. Acestea sunt teritorii vaste în nordul și nord-estul Eurasiei și Americii de Nord, toată Groenlanda și toată Antarctica. În Rusia, permafrostul ocupă aproximativ 60% din suprafață.
ÎN Europa de Vest Permafrostul este posibil doar în Alpi. În partea europeană a Rusiei, permafrostul este larg răspândit în nordul îndepărtat - în tundră și pădure-tundra. Din Peninsula Kola, unde există doar în partea sa de nord, cea de sud
limita de permafrost merge până la gura râului. Mezen și mai departe aproape de-a lungul Cercului Arctic până la Urali, deplasându-se aici destul de puternic spre sud. În Siberia de Vest, granița ocupă o poziție aproape latitudinală până la râu. Yenisei lângă gura râului. Podkamennaya Tunguska, unde se întoarce brusc spre sud și, urmând de-a lungul malului drept al râului. Yenisei, trece dincolo de Rusia, delimitând zone întinse ale Mongoliei. Din nou, granița de sud a permafrostului apare în Rusia la vest de Blagoveshchensk, urmând nord-est la aproximativ 131 ° 30 "E, de unde se întoarce din nou spre sud, traversează râul Amur lângă gura râului Arkhara și părăsește din nou țara. Apoi apare din nou în Rusia la est de M. Khingan, apoi merge spre nord-est și se termină în largul coastei golfului Sakhalin. Pe peninsula Kamchatka, granița de sud se întinde de la sud-vest la nord-est aproximativ în mijlocul peninsulei

În funcție de natura distribuției sale, permafrostul poate fi împărțit în trei zone: 1 - continuu, 2 - permafrost cu insule de soluri dezghețate și 3 - insule (insule de permafrost printre rocile dezghețate).

Fiecare dintre aceste zone este caracterizată de grosimi și temperaturi diferite ale straturilor înghețate. În același timp, în interiorul zonelor, puterea și temperatura se schimbă în direcția nord, spre sud - puterea scade, temperaturile cresc.

Zona de permafrost continuu este caracterizată de cea mai mare grosime a straturilor înghețate - de la 500 sau mai mult de metri până la 300 m iar cele mai scăzute temperaturi ale acestora - de la 2 ° C la 10 ° C și mai jos.

Permafrostul continuu în Rusia este dezvoltat: în partea de nord a tundrei Bolshezemelskaya, în Uralii polari, în tundra Siberiei de Vest, în partea de nord a Podișului Siberiei Centrale (la nord de valea râului Tunguska de Jos), pe tot parcursul Peninsula Taimyr, pe insulele arhipelagului Severnaya Zemlya, pe Insulele Noii Siberiei, pe câmpiile de coastă Yana-Indigirsk și Kolyma și în delta fluviului. Lena, pe câmpia aluvionară Leno-Vilyui, pe platoul Leno-Aldan și în vasta regiune a crestelor Verhoiansk, Chersky, Kolyma, Anadyr, precum și platoul Yukagir și alte zone muntoase interne, pe câmpia Anadyr.

În zona în care apar insule de roci dezghețate printre permafrost, grosimea straturilor înghețate ajunge uneori la 250-300 m, dar mai des de la 100-150 la 10-20 m, temperaturi de la 2 la 0°C. Acest tip de permafrost se găsește în tundra Bolshezemelskaya și Malozemelskaya, pe Podișul Siberiei Centrale între râurile Nizhnyaya și Podkamennaya Tunguska, în partea de sud a Podișului Leno-Aldan și în Transbaikalia.

Permafrostul insular se caracterizează prin grosimi mici ale straturilor înghețate - de la câteva zeci de metri la câțiva metri, și temperaturi - apropiate de 0°C.

Permafrostul insular se găsește pe Peninsula Kola, în regiunea Kanin-Pechora, în zona taiga a Siberiei de Vest, în partea de sud a Podișului Siberiei Centrale, în Orientul Îndepărtat, în partea de nord a insulei Sahalin, de-a lungul coastei. al Mării Ochotsk și în Kamchatka.

În zona muntoasă de la Sayan până la Kopet-Dag și în Caucaz, rocile de permafrost se găsesc în principal de-a lungul periferiei zonelor glaciare și au cel mai adesea o distribuție insulară. Permafrostul este prezent în rocile care alcătuiesc fundul mărilor de pe platforma polară a mărilor Laptev și Siberiei de Est, pe raftul de la nord de Alaska.

Există zone semnificative de permafrost în Asia Centrală. Acestea sunt zonele Hindu Kush, Eastern Tien Shan, Nan Shan, Kun Lun, Himalaya și platoul înalt al Tibetului.

Pe continentul nord-american, limita de permafrost se întinde de-a lungul coastei Pacificului, neatingând-o puțin, apoi trece de-a lungul versantului vestic al Cordillerei nord-americane, traversându-le în apropierea 53 0 n. sh., virează brusc spre nord, urmând în această direcție până la 57° N. w. Apoi această graniță merge spre sud-est, ajunge pe țărmul sudic al Golfului Hudson și, lăsând Peninsula Labrador la nord, ajunge pe țărmurile Oceanului Atlantic.

Regiunea permafrost include și insulele Groenlanda și Islanda.

ÎN emisfera sudica Permafrostul acoperă întreg continentul Antarcticii și este prezent în zonele înalte ale Anzilor din America de Sud. Africa și Australia sunt complet lipsite de permafrost.

Principalele trăsături climatice care sunt caracteristice zonelor în care zona înghețată este răspândită sunt în general următoarele: temperatura medie anuală negativă a aerului, ierni lungi uscate, reci, veri scurte, precipitații scăzute, în special iarna. Prin urmare, starea anticiclonică a atmosferei în timpul iernii este caracteristică, ceea ce favorizează precipitații scăzute, transparență ridicată a aerului și pierderi puternice de căldură din scoarța terestră. Prin urmare, cele mai mari teritorii ocupate de permafrost din Eurasia și America de Nord coincid într-o oarecare măsură cu spațiile ocupate de anticiclonii asiatici și nord-americani.

Condițiile hidrogeologice ale regiunii permafrost. Apele subterane au un impact foarte semnificativ asupra formării permafrostului; permafrostul, la rândul său, reprezintă un factor puternic în crearea unui mediu hidrogeologic specific.

Apariția unui strat de rocă înghețată poate contribui la separarea unui singur acvifer în părți, poate crea acviclude care nu erau vizibile anterior, poate perturba legătura reciprocă între apele de suprafață și subterane, poate localiza locurile de reîncărcare și descărcare, limitându-le în zone. de talik, schimbarea direcției și vitezei de mișcare a apei subterane etc. Astfel, în zona înghețată, apar condiții complet speciale pentru plasarea, nutriția, mișcarea și descărcarea apelor subterane.

Apele subterane influențează regimul termic al rocilor. Își schimbă proprietățile termofizice. Mișcarea apelor subterane determină fluxuri de căldură convective. Datorită interacțiunii transferului de căldură convectiv cu fluxul de căldură conductiv care vine din interiorul pământului, are loc o redistribuire a energiei termice în roci, determinând schimbarea câmpului lor de temperatură și a condițiilor de dezvoltare a permafrostului.

Înghețarea acviferelor duce la o distribuție deosebită a gheții în roci, care depinde în principal de gradul de saturație cu apă a orizontului, de compoziția rocilor și, de asemenea, de permeabilitatea acestora la apă datorită porozității, fracturării etc. În plus, datorită la înghețul neuniform în acvifere apar adesea tensiuni semnificative și presiune in situ, ca urmare a cărora apa se poate deplasa sub presiune către zone cu presiune in situ mai scăzută. În acest caz, pot apărea rupturi de acoperiș și revărsare de apă pe suprafață, formând baraje de gheață. Dacă nu are loc o străpungere a acoperișului, atunci acumulările de gheață se formează sub formă de corpuri destul de mari - asemănătoare foilor sau laccolitului. Hidrolacoliții, care se formează lângă suprafața pământului, apar în relief sub formă de movile convexe.

Clasificarea apelor subterane:

1. Ape supra-permafrost, cuprinse în roci dezghețate deasupra acoperișului permafrostului.Printre acestea se numără apele: a) stratului activ și b) talik perene netraversant (sub-canal, sub-lac, așa-numitul permafrost necontopit).

2. Apele zonelor talik, situat în taliks, limitat de pietre înghețate pe laterale. Zonele Talik servesc drept principalele rute prin care are loc comunicarea între apele de suprafață, sub-permafrost și inter-permafrost. Hrănirea și descărcarea au loc prin aceste zone tipuri variate panza freatica.

3. Ape subpermafrost sunt apele primei zone acvifere sau fracturate acvifere de la baza permafrostului. Dintre aceste ape se disting apele de contact si cele necontactante. Primele sunt într-una sau alta interacțiune directă cu masa înghețată, în timp ce cele din urmă nu sunt asociate direct cu aceasta, adică se află la o adâncime considerabilă de aceasta.

4. apele interpermafrost, cuprinse în roci dezghețate închise între orizonturi de roci înghețate.

5. Ape intra-permafrost, conținute în zone localizate de roci dezghețate, mărginite pe toate părțile de roci înghețate. Aceste ape sunt izolate de orice interacțiune cu alte tipuri de apă subterană.

Permafrostul este larg răspândit și se găsește în principal în criolitozone, teritorii în care temperaturile negative rămân la o anumită adâncime de la an la an.Originea permafrostului este încă neclară. Primii cercetători au considerat rocile de permafrost ca fiind o rămășiță a glaciațiilor antice. Prezența gheții fosile și teoria cortinei de fază ar putea servi drept confirmare a unor astfel de opinii. Cu toate acestea, în prezent, s-a stabilit o discrepanță între granițele glaciațiilor și granițele moderne ale permafrostului. Cercetători precum Miedendorf și G. Wilde au asociat formarea de permafrost cu condițiile climatice locale.

S-a remarcat că deasupra nivelului mării, la fiecare 200 m de creștere, temperatura medie anuală scade cu aproximativ 1 ° C. Permafrostul, conform lui G. Wilde, s-ar fi putut forma în zone cu o temperatură medie anuală de -2 ° C. Limitele moderne ale apariției permafrostului sunt destul de apropiate îndeplinesc această condiție. M.I.Sumgin porneşte din faptul că la sfârşitul Pliocenului puturi de frig severe. Repetându-se periodic, aceste valuri de frig au provocat un echilibru termic deficitar și au provocat apariția permafrostului. În timp, aceste valuri de frig ar putea fi asociate cu glaciațiile din prima jumătate a perioadei cuaternare.

Astfel, M.I. Sumgin, parcă, generalizează ipotezele anterioare.Totuși, trebuie să presupunem că originea permafrostului nu a fost încă clarificată definitiv.Cercetările care se desfășoară în prezent vor face probabil posibilă rezolvarea acestei probleme.

Originea permafrostului

Rocile înghețate, indiferent de compoziția lor, sunt de obicei impermeabile.De aceea, apele subterane din zonele în care apare permafrost pot fi împărțite în trei tipuri principale: sub-permafrost, inter-permafrost și supra-permafrost.
Apele subpermafrost, care se află sub stratul de roci de permafrost, practic nu diferă în proprietățile lor de apele subterane în conditii normale. La latitudini mai nordice ele sunt dezvoltate în roca de bază, iar la latitudini mai sudice în depozitele aluviale ale văilor.Apele subpermafrost au adesea presiune și pot fi folosite ca sursă de alimentare cu apă.

Apele inter-permafrost se află într-un strat de roci de permafrost.De regulă, ele sunt limitate la talikurile locale și reprezintă acumulări izolate de apă, uneori legate de ape sub-permafrost și supra-permafrost.Rezervele de apă inter-permafrost sunt foarte limitat, deoarece volumul talicilor la care sunt limitati este nesemnificativ.In afara talicilor se pot produce apele interpermafrost in faza solida, formand gheata fosila.

În condiții de permafrost stratificat, aceste ape pot forma un acvifer continuu și pot fi sub presiune sau fără presiune, la fel ca apele interstratale în condiții normale.În unele cazuri, este posibilă deplasarea apelor interpermafrost de-a lungul fisurilor și alte perturbări ale grosimii permafrostului. Astfel de ape pot fi asemănate cu ape fisurate din zonele neînghețate.

Apele supra-permafrost sunt de cel mai mare interes. Prin natura apariției lor, ele sunt asemănătoare cu apele subterane, deoarece au un pat înghețat impermeabil și o suprafață liberă (Fig. 1).În zonele de fuziune permafrost, apele supra-permafrost sunt înghețate sezonier, transformându-se în gheață iarna. În zonele de permafrost care nu se contopesc, aceste ape pot fi semiînghețate sezonier, când numai partea lor superioară, situată în stratul activ, îngheață, sau neîngheață în cazurile în care întregul acvifer este situat într-un talik.

Poza 1. Dispunerea apelor suprapermafrost:

a-îngheț sezonier; b-semi-congelare sezonieră; neîngheț sezonier;

Mișcarea apelor suprapermafrost este cauzată în primul rând de aceleași motive și are loc conform acelorași legi ca și deplasarea apelor subterane în condiții de non-permafrost și, în plus, de presiunea care se dezvoltă într-un spațiu închis, întrucât apa conținută în îngheață și crește în volum cu aproximativ 9 %.În condiții de permafrost, acest tip de mișcare a apelor suprapermafrost este foarte importantă.

Se știe că apa înghețată într-un spațiu închis poate fi suprarăcită și, prin urmare, este sub presiune ridicată.Cât de mare este forța presiunii de suprarăcire se poate observa din binecunoscutul exemplu de preparare a gheții într-o cutie. Pentru prepararea gheții, o cutie de 30 x 10 x 6 m a fost imediat umplută cu apă, în loc să o umple secvențial și să o înghețe în straturi subțiri. Apa a început să înghețe din toate părțile deodată, iar interiorul ei era sub o presiune enormă și, probabil, într-o stare de hipotermie.

A avut loc o explozie de o forță enormă, aruncând blocuri de gheață cu un volum de câțiva metri cubi la o distanță de până la 20-30 m. Bucăți mai mici de gheață au fost aruncate la distanțe și mai mari. Din cele de mai sus este clar că presiunea de hipotermie este suficientă pentru a provoca mișcarea apei.

Fenomene inginerie-geologice în zonele de permafrost

Naledi:

După cum sa indicat deja, apa care umple porii rocilor nestâncoase, atunci când îngheață, joacă rolul de ciment destul de puternic și transformă roca într-o masă solidă monolitică.Acest proces este însoțit de o modificare a volumului rocilor în timpul înghețului și dezghețare și se caracterizează prin valoarea compresiei relative δ. În timpul tranziției solului înghețat la starea dezghețată δ reprezintă raportul dintre modificarea grosimii stratului de sol în timpul dezghețului sub sarcină și grosimea sa inițială și este exprimat prin formulă:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

unde hm este grosimea stratului de sol înghețat; ht este grosimea stratului aceluiași sol după trecerea la starea dezghețată în condiții de imposibilitate a expansiunii laterale la o presiune dată; coeficientul de porozitate em al rocii naturale în stare înghețată; et este coeficientul de porozitate al unei roci naturale după trecerea acesteia la starea dezghețată în condițiile în care expansiunea laterală este imposibilă la o anumită presiune. Pentru rocile argiloase et se determină la conținutul de umiditate la limita de producție, pentru roci nisipoase - când proba este dezghețată fără agitare în condiții de curgere liberă a apei de topire. cu destule valori mariδ în cazul dezghețării stratului înghețat are loc o scădere bruscă a volumului ocupat de acesta, care la rândul său provoacă o tasare semnificativă.

Este evident că dacă se cunosc valoarea compresiunii relative a solului înghețat în timpul dezghețului δ și puterea posibilei dezghețuri a permafrostului h, atunci valoarea totală a tasării în timpul dezghețului S = δh. În timpul tranziției stratului activ de la starea dezghețată la starea înghețată și înapoi, apar o serie de fenomene inginerești și geologice. Aufeis larg răspândit, movile de gheață (bulgunyakhi), soliflucție, termocarst și altele. Barajele de gheață sunt formate din apa subterană care iese la suprafață iarna, în apa înghețată supra-permafrost se dezvoltă presiune mare.

Apa suprarăcită explodează crusta rezultată de rocă saturată de gheață, iese la suprafață și, din cauza stării de hipotermie, îngheață imediat.Gheața formează acumulări uriașe de gheață sub formă de depozite și stalactite de-a lungul versanților zonei, blocând suprafețele drumurilor Au existat cazuri în care apele subterane înghețate au pătruns în casele subterane și de la etajele inferioare, formând gheață în ele și curgând pe ferestrele caselor în cascade de gheață deosebite.

Formarea gheții pe carosabil se explică prin faptul că din cauza compactării stratului de zăpadă crește adâncimea de îngheț și, în consecință, crește presiunea în apa înghețată. Pentru a combate formarea gheții pe drumuri, se recomandă săparea șanțurilor sau pur și simplu curățarea zăpezii peste fluxul de apă sub-permafrost. În aceste locuri se vor forma zone de îngheț mai profund, curgerea apei supra-permafrost va fi întârziată și formarea gheții va avea loc departe de zona protejată.

Barajele de gheață au o mare varietate de forme și ca mărime ocupă suprafețe care variază de la câteva zeci metri patrati până la câţiva kilometri pătraţi.I.V. Popov subliniază că se cunoaște gheața cu o suprafață de 20,5 km2 și o grosime de 4,5-5,5 m. M.I. Sumgin notează patru etape în timpul dezvoltării aufeis:

1) primele zile de gheață - gheața este subțire, dimensiunea este mică;

2) gheața devine mai puternică, crește rapid în lungime și lățime și apar movile de gheață;

3) gheața atinge lungimea și lățimea maximă; puterea sa continuă să crească; movilele de gheață se despart, din unele se revarsă apă; când se formează fisuri, apar explozii, blocuri de gheață cu o greutate de până la 200 de tone sunt aruncate la o distanță de 10 m sau mai mult;

4) gheața se topește, creșterea se oprește, suprafața se acoperă cu depresiuni, canale, șanțuri, iar movilele se tasează; topirea începe primăvara, dar în regiunile nordice durează până în iulie și august.Uneori barajele de gheață persistă până la iarnă și se transformă în cele perene.Dacă apa înghețată, care se ridică prin crăpături, nu poate pătrunde la suprafață, atunci ridică strat superior al pământului, formând o movilă, ( bulgunyah). În interiorul unei astfel de movile se află o cupolă de gheață (hidrolaccolit).

Uneori, în interiorul hidrolacolitului există o cavitate plină cu apă. Când se formează o movilă, copacii ridicați cu pământ se îndoaie în direcții diferite, formând o pădure beată. Dimensiunile unor astfel de movile de gheață în diametru ajung la 80 m sau mai mult, iar înălțimea lor ajunge la 10 m în sud și până la 30 m în regiunile nordice.

În anumite zone există cantități mari de gheață fosilă acoperită de depozite ulterioare de roci sedimentare.Gheața fosilă se găsește pe insulele Oceanului Arctic și în nordul continentului asiatic.Deoarece sedimentele care se află deasupra acestuia sunt în mare parte morene, unii cercetători cred că această gheață reprezintă rămășițe îngropate ale ghețarilor antici.După Popov I.V. , fisură sau filon, gheață fosilă și pene de gheață s-au format în paralel cu acumularea de sedimente de luncă în văile aluviale în condiții de ierni aspre și puțin zăpadă.

Topirea gheții subterane și dezghețarea solurilor înghețate de permafrost în partea superioară a zonei de permafrost provoacă tasarea suprafeței și formarea de forme de relief, conform aspect Similar cu acesta, astfel de fenomene sunt numite termocarst. În zonele de dezvoltare termocarstică, există adâncituri și pâlnii cu dimensiuni de la unu la câțiva metri în diametru, depresiuni, farfurii și goluri - depresiuni blânde care ating sute de metri în diametru și doar zeci de centimetri în adâncime, bazine de subsidență cu o suprafață de ​până la câțiva kilometri pătrați și o adâncime de câțiva metri.

Depresiunile rezultate pot fi umplute cu apă, formând lacuri termocarstice, care joacă un rol semnificativ în dezvoltarea ulterioară a termocarstului.Un lac termocarst este ca o protecție termică care provoacă încălzirea sedimentelor de fund. În legătură cu aceasta, adâncimea dezghețului fundului. crește, ceea ce determină la rândul său dezvoltarea termocarstului. Cauza principală a fenomenelor termocarstice este expunerea suprafeței stratului activ ca urmare a defrișărilor sau arăturii solului.

Aceste fenomene pot apărea și ca urmare a încălzirii climatice. Termocarstul, într-o măsură mai slabă, poate fi observat în toate zonele în care lentilele și straturile de gheață apar în timpul topirii lor. La dezgheț, solurile de nămol și argilo saturate de gheață se transformă într-o stare lichefiată.Asemenea soluri, supra-umezite de topire și apa de ploaie, încep să curgă la unghiuri de înclinare de 3-5°, formând slăbiri, corniche, brazde, terase și alte forme. de microrelief.Astfel de fenomene se numesc solifluctie.

În nordul îndepărtat, de-a lungul coastei nordice, soliflucția este unul dintre cei mai importanți factori în prelucrarea și nivelarea reliefului. În unele cazuri, determină formarea de pante complexe în trepte - terase montane.Înălțimea pantelor unor astfel de terase ajunge la câteva zeci de metri, iar abruptul este de 25-30° și în unele cazuri ajunge la 90°. Zonele orizontale acoperite cu depozite de soliflucție de până la 4 m grosime se extind pe sute de metri.

Condiții inginerie-geologice de construcție în criolitozone

Regimul termic deosebit în criolitozone necesită metode de construcție speciale.În prezent, în funcție de proiectarea și caracteristicile tehnologice ale clădirilor și structurilor, condițiile inginerie și geocriologice și posibilitatea de a modifica proprietățile solurilor de fundație în direcția necesară, unul dintre următoarele două principii de utilizarea solurilor permafrost ca fundație sunt acceptate clădiri și structuri:

principiul I - solurile de fundație de permafrost sunt utilizate în stare înghețată, menținute în timpul procesului de construcție și pe întreaga perioadă specificată de funcționare a clădirii sau structurii;
principiul II - solurile de fundație de permafrost sunt utilizate în stare dezghețată (cu presupunerea dezghețului lor în timpul funcționării clădirii sau structurii sau dezghețarea lor la adâncimea calculată înainte de începerea construcției clădirii).

Alegerea unei metode sau alteia depinde nu de dorințele proiectanților, ci de caracteristicile structurale și termice ale clădirilor și structurilor care se ridică și de caracteristicile geomorfologice și geotehnice ale condițiilor în care apar straturile de sol (roci) permafrost. Prin urmare, ca rezultat al studiilor inginerie-geologice ale straturilor de permafrost, date despre posibilitatea implementării uneia sau altei metode de construcție.

Construcția în timp ce se păstrează regimul de permafrost este cea mai convenabilă din multe privințe. Straturile de permafrost au multe dintre proprietățile maselor de rocă, astfel încât structurile ale căror fundații sunt înglobate în straturile înghețate primesc suficientă stabilitate. Cu toate acestea, orice clădire sau structură transferă o anumită cantitate de căldură prin fundațiile sale.

În clădirile și structurile care emit o cantitate mică de căldură, sunt posibile astfel de soluții de proiectare pentru fundații în care regimul de temperatură al stratului de sol compresibil practic nu se schimbă. Toate aceste măsuri constructive se rezumă la a se asigura că căldura generată de clădire este absorbită în stratul activ și nu se răspândește în stratul înghețat.

Cu toate acestea, chiar și în astfel de condiții, stratul activ direct sub clădire nu poate îngheța iarna.O astfel de zonă va fi mai slabă decât cele din jur, iar în cazurile în care este posibilă formarea de gheață într-o anumită zonă, gheața se va sparge în etajele subterane și inferioare ale clădirii.O parte semnificativă a clădirilor industriale și civile emit astfel de cantități de căldură care duc inevitabil la o încălcare a regimului de temperatură al straturilor înghețate.

În plus, vibrațiile de la mașinile instalate sunt posibile în multe clădiri industriale. O sarcină de vibrație poate perturba rezistența gheții și poate transfera o parte din ea în această stare. În astfel de cazuri, construcția folosind metoda de menținere a regimului de temperatură al straturilor înghețate este imposibilă și ar trebui prevăzută posibilitatea dezghețării preliminare sau ulterioare. Dezghețarea permafrostului modifică dramatic nu numai caracteristicile fizice și mecanice ale rocilor, ci și volumul acestora.

Are loc o tasare a masei de sol sub structură, în urma căreia structura își pierde stabilitatea și rezistența. În timpul studiilor inginerești-geologice în aceste din urmă cazuri, se ridică două sarcini: de a stabili posibilitatea utilizării metodei de dezghețare ulterioară și de a stabili o zonă (sau, după cum se spune, un bol) de posibilă dezgheț (Fig. 2).

Figura-2. Formarea unui bol de dezgheț sub clădire:

tp-temperatura camerei; tm este temperatura inițială a solului înghețat; b-lățimea clădirii; hc este adâncimea de dezgheț sub mijlocul clădirii; hk este adâncimea dezghețului sub marginea clădirii; ξk este cantitatea de dezgheț pe partea laterală a clădirii.

Pentru a efectua construcția folosind metoda de dezghețare ulterioară, este necesar ca în desișul de dezghețare să nu existe acumulări separate de gheață sub formă de lentile, tije etc. Dezghețarea unor astfel de incluziuni de gheață va duce la o ascuțire locală (cu aproximativ 10). %) reducerea volumului de sol și va provoca tasarea părții corespunzătoare a clădirii sau structurilor. Prin urmare, în timpul cercetării, este necesar un studiu deosebit de atent al structurii straturilor înghețate.