Mi a permafrost a földrajz definíciójában. Hol lehet permafrostot találni? A talajvíz osztályozása

A szerző által az örökfagy jelentésére vonatkozó kérdésre Söprés a legjobb válasz az A „Permafrost” (Permafrost) az örökfagy része, amelyet az időszakos olvadás hiánya jellemez. 35 millió km² összterülettel. Elterjedés: Alaszka északi része, Kanada, Európa, Ázsia, a Jeges-tenger szigetei.
A permafrost területek a földkéreg felső része, amelynek hőmérséklete hosszú ideig (2-3 évtől évezredekig) nem emelkedik 0 °C fölé. A permafrost zónában a talajvíz jég formájában van, mélysége néha meghaladja az 1000 métert.
A permafrost globális jelenség, amely a Föld teljes szárazföldi területének legalább 25%-át foglalja el. Az egyetlen kontinens, ahol nincs permafrost, Ausztrália és Afrika. A permafrost nagy része az utolsó jégkorszakból származik, és most lassan olvad. A fagyott kőzetek jégtartalma néhány és 90% között változik. A permafrostban gázhidrátok, különösen metán-hidrát lerakódások képződhetnek.
Az egyik első leírást a permafrosztról a 17. századi orosz felfedezők készítették, akik meghódították Szibéria hatalmas kiterjedését. Első alkalommal Y. Szvjatogorov kozák hívta fel a figyelmet a talaj szokatlan állapotára, és a Szemjon Dezsnyev és Ivan Rebrov által szervezett expedíciók úttörői részletesebben tanulmányozták. Az orosz cárhoz intézett külön üzenetekben különleges tajgazónák jelenlétéről tettek tanúbizonyságot, ahol még a nyár közepén is legfeljebb két arsinnyit olvad fel a talaj.
A „permafrost” kifejezést, mint sajátos geológiai jelenséget, 1927-ben vezette be a tudományos használatba a szovjet permafroszt-kutatók iskolájának alapítója, M. I. Sumgin. Talaj örökfagyként határozta meg, amely 2 évtől több ezer évig folyamatosan létezik. A permafrost szónak nem volt egyértelmű meghatározása, ami a fogalom különböző jelentésű használatához vezetett. Ezt követően a kifejezést többször kritizálták, és alternatív kifejezéseket javasoltak: örökfagy sziklák és örökfagy, de ezeket nem használták széles körben.
Oroszország területének 65%-a permafrost terület. Legelterjedtebb Kelet-Szibériában és Transbajkáliában.
A permafrost legmélyebb határa a Vilyui folyó felső folyásánál figyelhető meg Jakutföldön. A permafrost rekordmélysége 1370 méter, 1982 februárjában rögzítették.
A permafroszt elszámolása szükséges az északi építési, geológiai feltárási és egyéb munkák során. Így az északi régiókban a nagy házak speciális technológiákkal épülnek, különösen a panelház megépített vázát több évig hagyják, hogy a ház megtelepedjen. Ha a talaj lebegni kezd alatta, akkor szétszereljük és új helyre rakjuk össze.
A permafrost számos problémát okoz, de előnyei is vannak. Köztudott, hogy az élelmiszerek nagyon hosszú ideig tárolhatók benne. Az északi lerakódások kialakulásakor a permafrost egyrészt nagy akadályt jelent, mivel a fagyott kőzetek rendkívül magas viszkozitásúak és nehezen bányászhatók. Másrészt a kőzeteket becementáló örökfagynak köszönhető, hogy Jakutföldön egyedülálló kőbányákat lehetett építeni (például az Udacsnaja cső kőfejtőjét), szinte függőleges falakkal). E kőbányák oldalát jég tartja a helyén, és melegebb éghajlaton elkerülhetetlenül lebegnének.
Építkezés a permafrost zónában
A permafroszt jelenléte hazánk egyes területein számos probléma elé állítja a tudósokat, amelyek megoldása nagy gyakorlati jelentőséggel bír. E problémák nagy részét a tudósok már megoldották.

Válasz tőle Jurij Antonov[újonc]
A permafrost olyan talaj, amely fagyott vizet tartalmaz, és amelynek hőmérséklete nulla alatt van. Ebben a cikkben arról fogunk beszélni, hogy mi az a permafrost, és milyen típusú terepeket különböztetnek meg a permafrost eloszlási övezetének feltételeitől függően.
A permafrost mindig tartalmaz jeget, amely kristályok formájában a talajrészecskék közötti pórusokban vagy vastag jégrétegek formájában a talajban található. Olvadáskor a jelentős mennyiségű jeget tartalmazó fagyott talaj túlzottan nedves lesz. Ezért az ilyen talajon emelt épületek és építmények jelentős lerakódáson mennek keresztül.
A hideg évszakban megfagyó, tavasszal felolvadó talajréteget aktív rétegnek nevezzük. Ha egy ilyen réteg egy permafrost zóna felületéhez kapcsolódik, akkor az ilyen felületet összeolvadásnak nevezzük. Az aktív réteg vastagsága a lejtők kitettségétől, a domborzattól, a páratartalomtól és a talajösszetételtől függ.
Ez függ az éghajlati tényezőktől és a növénytakarótól is. A lejtők déli oldalán nagyobb mértékben olvad fel a talaj, mint az északi oldalon. A fűtakaró, a fák és cserjék hozzájárulnak ahhoz, hogy a permafrost közelebb található alattuk, mint más nyílt területeken. Ez azzal magyarázható, hogy árnyékot hoznak létre, amely megakadályozza, hogy a permafrost talaj mélyen felolvadjon.
Például a tőzegmohás mocsarakban, amelyek mélysége 10 centimétertől több méterig terjed, még a meleg évszakban is a fagyott talaj szintje legfeljebb egy méter mélységben található. Az aktív réteg vastagsága átlagosan 1-2 méter a Távol-Észak homokos talajain. Agyagos és tőzeges mocsarakban 0,39-1,29 méter. A fagyott talajok déli régióiban az aktív réteg mélysége elérheti a 2,5-4,5 métert. A permafroszt a volt Szovjetunió területének 47%-át fedi le. A permafrost zóna körülményeitől függően a következő tereptípusokat különböztetjük meg:
1. Száraz területek megfelelő felszíni vízelvezetéssel. Ilyen helyek lehetnek dombok meredek lejtői, sziklás dombok, olyan területek, ahol szorosan előfordulnak kemény sziklák és mások. Az ilyen talajok fagyáskor vagy felengedéskor nem változtatják meg tulajdonságaikat. Biztosított felszíni olvadékvíz lefolyás mellett az aktív réteg vastagsága az ilyen területeken 2,5 méter és annál nagyobb.
2. Nyirkos helyek túlzott nedvességgel a területen az év bizonyos időszakaiban, és a felszíni vizesedés jelei. Ilyen helyek lehetnek a déli fekvésű hegyek enyhe lejtői, homokos és agyagos süllyedő talajokból álló sík vízválasztók, amelyek relatív páratartalma a folyáshatártól számítva 0,71-0,91. Biztosítatlan felszíni lefolyás esetén a talaj nyári olvadása nem haladja meg a 2,5 métert.
További részletek itt találhatók: link

A modern gleccserek egy kis területet foglalnak el Oroszországban, csak körülbelül 60 ezer km 2 -t, de nagy mennyiségű édesvízkészletet tartalmaznak. Ezek a folyók táplálékának egyik forrása, amelynek jelentősége különösen nagy a Kaukázus folyóinak éves áramlásában.

A modern eljegesedés fő területe (több mint 56 ezer km 2) az Északi-sarkvidéki szigeteken található, amit a magas szélességi fokon elfoglalt helyzetük magyaráz, ami meghatározza a hideg éghajlat kialakulását.

A nivalzóna alsó határa itt szinte a tengerszintig süllyed. Az eljegesedés elsősorban a nyugati és a középső régiókban koncentrálódik, ahol több csapadék hullik. A szigetekre jellemző a fedő- és hegytakaró (hálózati) eljegesedés, amelyet jégtáblák és kilépő gleccserekkel ellátott kupolák képviselnek. A legkiterjedtebb jégtakaró az Északi-szigeten található Novaja Zemlja. Hossza a vízválasztó mentén 413 km, legnagyobb szélessége eléri a 95 km-t.

Ahogy haladsz kelet felé, egyre több sziget marad jégmentes. Tehát a szigetcsoport szigetei Franz Josef Land szinte teljesen gleccserek borítják, Új-szibériai szigetek az eljegesedés csak a legészakibb szigetcsoportra jellemző De Long, és a szigeten Wrangel Nincs fedőjegesedés - itt csak hópelyhek és kis gleccserek találhatók.

A sarkvidéki szigetek jégtábláinak vastagsága eléri a 100-300 métert, a bennük lévő vízkészlet pedig megközelíti a 15 ezer km 2 -t, ami majdnem négyszerese az összes orosz folyó éves vízhozamának. Oroszország hegyvidéki régióiban az eljegesedés mind területét, mind jégtérfogatát tekintve lényegesen elmarad a sarkvidéki szigetek fedőjegesedésétől. A hegyvidéki eljegesedés jellemző az ország legmagasabb hegyeire - a Kaukázusra, Altajra, Kamcsatkára, az északkeleti hegyekre, de előfordul a terület északi részének alacsony hegyvonulataiban is, ahol a hóhatár alacsonyan fekszik. (Khibiny, az Urál északi része, Byrranga, Putorana, Kharaulakh hegység), valamint Matochkina Shar területén, Novaja Zemlja északi és déli szigetén.

Sok hegyi gleccser az éghajlati hóhatár, vagyis a „365-ös szint” alatt helyezkedik el, amelynél a hó az év mind a 365 napján vízszintes alsó felületen marad. A gleccserek létezése az éghajlati hóhatár alatt a nagy hótömegek negatív domborzati formáiban (gyakran mély, ősi körzetekben) a hátszélben lévő lejtőkben a hófúvás és a lavinák következtében történő koncentrációja miatt válik lehetővé.

A hegyi eljegesedés területe Oroszországban valamivel meghaladja a 3,5 ezer km 2 -t. Legelterjedtebb karova, karova-völgyÉs völgyi gleccserek. A gleccserek és eljegesedési területek nagy része az északi pontok lejtőire korlátozódik, ami nem annyira a hófelhalmozódás körülményeinek, hanem a napsugaraktól való nagyobb árnyékolásnak (insolációs viszonyok) is köszönhető. Az oroszországi hegyek közötti eljegesedés területét tekintve az első helyen áll Kaukázus(994 km 2). Utána Altáj (910 km 2) és Kamcsatka(874 km 2). Kevésbé jelentős eljegesedés jellemző a Koryak-felföldre, a Suntar-Khayata és a Chersky-hátságra. Más hegyvidéki területeken kevés az eljegesedés. Oroszország legnagyobb gleccserei a gleccser Bogdanovich(területe 37,8 km 2, hossza 17,1 km) a kamcsatkai Klyuchevskaya vulkáncsoportban és a gleccserben Bezengi(területe 36,2 km 2, hossza 17,6 km) a kaukázusi Terek-medencében.

A gleccserek érzékenyek az éghajlati ingadozásokra. A XVIII - XIX század elején. megkezdődött a gleccserek általános csökkenésének időszaka, amely a mai napig tart. Oroszország belvizeit nemcsak a folyékony víz felhalmozódása képviseli, hanem a szilárd víz is, amely modern borítást, hegyi és földalatti eljegesedést képez. A föld alatti eljegesedés területét kriolitozonnak hívják (a kifejezést 1955-ben a szovjet permafroszt-szakértő, P. F. Shvetsov vezette be; korábban a „permafrost” kifejezést használták rá).

A kriolitozon a földkéreg felső rétege, amelyet a kőzetek negatív hőmérséklete és a földalatti jég jelenléte (vagy létezésének lehetősége) jellemez. Permafrost kőzetekből, föld alatti jégből és erősen mineralizált talajvíz nem fagyos horizontjaiból áll.

A hosszú, hideg tél körülményei között viszonylag kis vastagságú hótakaróval a sziklák sok hőt veszítenek, és jelentős mélységben lefagynak, szilárd fagyott tömeggé alakulva. Nyáron nincs idejük teljesen felolvadni, és a negatív talajhőmérséklet még kis mélységben is fennmarad több száz és ezer évig. Ezt elősegítik a tél folyamán felhalmozódó hatalmas hidegtartalékok a negatív éves átlaghőmérsékletű területeken. Így Közép- és Északkelet-Szibériában a hótakaró időszakában a negatív hőmérsékletek összege -3000...-6000°C, nyáron pedig csak 300-2000°C az aktív hőmérsékletek összege.

Azokat a kőzeteket, amelyek hosszú ideig (több évtől sok évezredig) 0°C alatt maradnak, és a bennük fagyott nedvesség cementálódik, évelőnek vagy örökfagynak nevezzük. Jégtartalom, i.e. A permafrost jégtartalma nagyon változó lehet. A kőzet teljes térfogatának néhány százalékától 90%-ig terjed. A hegyvidéki területeken általában kevés a jég, de a síkságokon gyakran a föld alatti jég a fő kőzet. Különösen sok jégzárvány található Közép- és Északkelet-Szibéria szélső északi régióinak agyagos és agyagos üledékeiben (átlagosan 40-50% és 60-70%), amelyeket a legalacsonyabb állandó talajhőmérséklet jellemez. A permafrost egy szokatlan természeti jelenség, amelyre a felfedezők a 17. században figyeltek fel. V.N. megemlítette műveiben. Tatiscsev (XVIII. század eleje). A permafroszt első tudományos vizsgálatait A. Middendorf (19. század közepe) végezte Szibéria északi és keleti részének expedíciója során. Middendorf volt az első, aki számos ponton megmérte a fagyott réteg hőmérsékletét, megállapította vastagságát az északi régiókban, és feltételezéseket tett a permafrost eredetéről és széles körű szibériai elterjedésének okairól. A 19. század második felében. és a 20. század eleje. A permafrosztot geológusok és bányamérnökök kutatási munkáival együtt tanulmányozták. A szovjet években komoly speciális tanulmányokat végzett a permafrosztról M.I. Sumgin, P.F. Svetsov, A.I. Popov, I.Ya. Baranov és sok más tudós.

Oroszországban a permafrost területe körülbelül 11 millió km 2 -t foglal el, ami az ország területének csaknem 65% -a (lásd az 1. ábrát).

Rizs. 1.

Déli határa a Kola-félsziget középső részén húzódik, az Északi-sarkkör közelében átszeli a kelet-európai síkságot, az Urál mentén déli irányban csaknem 60°-ig, az Ob mentén pedig északra az Észak-Soszva torkolatáig, majd a Szibériai Uvalok déli lejtőjén halad át a Jenyiszejig a Podkamennaya Tunguska régióban. Itt a határ élesen dél felé fordul, a Jenyiszej mentén halad, a Nyugat-Szaján, Tuva és Altáj lejtőin halad a kazahsztáni határig. A Távol-Keleten az örökfagy határa az Amurtól a Selemdzha (a Zeya bal oldali mellékfolyója) torkolatáig, majd az Amur bal partján lévő hegyek lábánál a torkolatáig tart. Szahalinon és Kamcsatka déli felének tengerparti területein nincs örök fagy. Elterjedési határától délre a Sikhote-Alin hegységben és a Kaukázus hegyvidékein permafroszt foltok fordulnak elő.

Ezen a hatalmas területen a permafrost fejlődésének feltételei nem azonosak. Szibéria északi és északkeleti régióit, az Északi-sark ázsiai szektorának szigeteit és Novaja Zemlja északi szigetét folyamatos alacsony hőmérsékletű permafrost. Déli határa Jamal északi részén, a Gydán-félszigeten át az Elizeuson található Dudinkáig, majd a Vilyui torkolatáig húzódik, átszeli az Indigirka és a Kolima felső folyását, és Anadyrtól délre eléri a Bering-tenger partját. Ettől a vonaltól északra a permafrost réteg hőmérséklete -6...-12°C, vastagsága eléri a 300-600 m-t vagy még ennél is többet. Délen és nyugaton gyakori permafrost talik-szigetekkel(felolvasztott talaj). A fagyott réteg hőmérséklete itt magasabb (-2...-6°C), vastagsága pedig 50-300 m-re csökken az örökfagy elterjedési terület délnyugati széle közelében, csak elszigetelt foltok (szigetek) vannak az örökfagynak. a felolvadt talaj között találtak. A fagyott talaj hőmérséklete közel 0°C, vastagsága 25-50 m alatt van. sziget örökfagy.

A fagyott tömegben nagy víztartalékok koncentrálódnak földalatti jég formájában. Némelyikük a befogadó kőzetekkel egyidejűleg keletkezett (szingenetikus jég), a másik - a víz fagyása során a korábban felhalmozott rétegekben (epigenetikus). A permafroszt nagy vastagsága és a benne jól megőrzött mamutok felfedezése azt jelzi, hogy az örökfagy a kőzetrétegekben történő nagyon hosszú távú hideg felhalmozódás eredménye. A kutatók túlnyomó többsége jégkorszakok maradványának tartja. A permafrost terület nagy részén a modern éghajlat csak a megőrzéséhez járul hozzá, ezért a természetes egyensúly legkisebb megzavarása is leromlásához vezet. Ezt figyelembe kell venni annak a területnek a gazdaságos használatakor, ahol az örökfagy elterjedt.

A permafrost nemcsak a talajvízre, a folyók rezsimjére és táplálkozására, a tavak és mocsarak elterjedésére, hanem a természet számos más összetevőjére, valamint az emberi gazdasági tevékenységre is hatással van. Az ásványkincsek fejlesztése, utak fektetése, építése, mezőgazdasági munkák elvégzése során gondosan tanulmányozni kell a fagyott talajt és meg kell akadályozni annak degradációját.

A mélyben és a felszínen található víz 500 m vagy annál nagyobb mélységig fagy meg. A Föld teljes szárazföldi felületének több mint 25%-át örökfagy foglalja el. Hazánk több mint 60%-a ilyen területtel rendelkezik, mert szinte az egész Szibéria az elterjedési övezetében fekszik.

Ezt a jelenséget évelőnek vagy örökfagynak nevezik. Az éghajlat azonban idővel a felmelegedés irányába változhat, ezért az „évelő” kifejezés jobban illik erre a jelenségre.
A nyári szezonokban - itt nagyon rövidek és múlékonyak - a felszíni talajok felső rétege felolvadhat. 4 m alatt azonban van egy réteg, amely soha nem olvad fel. A talajvíz lehet e fagyott réteg alatt, vagy folyékony állapotban maradhat a permafrost rétegek között (vízlencséket képez - talikokat) vagy a fagyott réteg felett. A fagyásnak és felengedésnek kitett felső réteget aktív rétegnek nevezzük.

SOKSZÖGŰ TALAJOK

A talajban lévő jég jégereket képezhet. Gyakran megjelennek olyan helyeken, ahol a fagyrepedések (erős fagyok során keletkeznek) vízzel megtelnek. Amikor ez a víz megfagy, a repedések közötti talaj összenyomódni kezd, mert a jég nagyobb területet foglal el, mint a víz. Enyhén domború felület alakul ki, amelyet mélyedések kereteznek. Az ilyen sokszögű talajok a tundra felszínének jelentős részét borítják. Amikor beköszönt a rövid nyár és a jégerek olvadni kezdenek, egész terek képződnek, amelyek úgy néznek ki, mint egy földdarab rács, amelyet vízi „csatornák” vesznek körül.

A sokszögű képződmények között elterjedtek a kőpoligonok és a kőgyűrűk. A talaj ismételt fagyása és felolvadása során fagyás következik be, amely a talajban lévő nagyobb darabokat a jéggel a felszínre nyomja. Ily módon a talaj szétválogatásra kerül, mivel kis részecskéi a gyűrűk és sokszögek közepén maradnak, a nagy töredékek pedig a szélükre tolódnak el. Ennek eredményeként kőszálak jelennek meg, amelyek kisebb anyagot kereteznek. Néha mohák telepednek meg rajta, ősszel pedig a kőpoligonok ámulatba ejtenek váratlan szépségükkel: ragyogó mohák, olykor áfonya vagy vörösáfonya bokrokkal, minden oldalról szürke kövekkel körülvéve, úgy néznek ki, mint a speciálisan kialakított kerti ágyások. Az ilyen sokszögek átmérője elérheti az 1-2 métert, ha a felület nem sík, hanem ferde, akkor a sokszögek kőcsíkokká alakulnak.

A törmelék lefagyása a talajból nagy kövek kaotikus felhalmozódásához vezet a tundra zóna hegyeinek és dombjainak felső felületein és lejtőin, amelyek kő „tengerekké” és „folyókká” olvadnak össze. Van egy név „kurums”.

BULGUNNYAKHI

Ez a jakut szó egy csodálatos formát jelöl - egy dombot vagy halmot, amelynek belsejében jégmag található. A fagyás során a víz mennyiségének növekedése miatt keletkezik a szuprapermafrost rétegben. Ennek eredményeként a jég megemeli a tundra felszíni vastagságát, és megjelenik egy halom. A nagy bulgunnyakhok (Alaszkában az eszkimó „pingó” szóval hívják őket) elérhetik a 30-50 m magasságot is.

A bolygó felszínén a hideg természetes zónákban nemcsak folytonos permafroszt övei tűnnek ki. Vannak olyan területek, ahol az úgynevezett sziget található. Általában a hegyvidéken, zord, alacsony hőmérsékletű helyeken, például Jakutföldön található, és a korábbi, kiterjedtebb örökfagyöv maradványai - „szigetei” -, amelyet az utolsó idejéből őriztek meg.

Webhelykeresés.

A szárazföld jelentős részén - területének 25%-án, ahol az éves átlaghőmérséklet negatív, a felszíntől bizonyos mélységben a kőzetek hosszú évekig negatív hőmérsékletűek. A negatív hőmérsékletű kőzetrétegeket permafrost rétegeknek nevezzük - permafrost (permafrost). A permafrost lehet száraz, vizet nem tartalmaz, de sokkal gyakrabban tartalmaz fagyott vizet, és néha folyékony vizet is.
Az eurázsiai szárazföldön a permafrost határa a Kola-félszigetet északi (nagyobb) és déli (kisebb) részekre osztja, a Fehér-tenger torkától az Északi-sarkkör mentén pedig az Urálig tart. Az Urál-hegységben a határ élesen délre kanyarodik, majd belép a nyugat-szibériai síkságba, és az Obtól (Tobolszk) át a Jenyiszejig (a Podkamennaja Tunguszka torkolatáig) halad át. A Jenyiszej jobb partja mentén a határ délre ereszkedik, elfoglalja a Mongol Népköztársaság területének egy részét, ismét behatol az orosz területre Blagovescsenszk városa közelében, és enyhe déli kanyarral a Tatár-szoros felé fordul. . Az örökfagy határa úgy fut át ​​Kamcsatkán, hogy a határain túl már csak egy sáv marad a félsziget déli felének partja mentén. Észak-Amerikában a permafroszt a Yukon, Mackenzie, Hudson-öböl medencéit és Labrador északi felét foglalja el (86. ábra).
Permafrosztot figyeltek meg az Északi-sarkvidéken és az Antarktiszi szigeteken. A kontinentális jéggel borított földeken (Grönland, Antarktisz) az örökfagy jelenlétének kérdése még nem tekinthető tisztázottnak.
A permafroszt határa mozog. Jelenleg enyhe visszahúzódás figyelhető meg észak felé.
A permafrost elterjedési határon belüli területen, olyan területeken, ahol folyamatos permafrost, talikokkal és szigeti örökfagyással rendelkező területek.

Az örökfagy hőmérséklete 15-20 m mélységben a körülményektől függően (domborzat, növényzet, hómélység stb.) -0,1 és -1,2° között változik. Az „áramlási sávok” (folyók vagy talajvízfolyások) alatt a hőmérséklet emelkedik, és gyakran egyáltalán nincs örökfagy, vagy mélyebben fekszik, mint a szomszédos területeken.
A permafroszt vastagsága változó (néhány métertől 600-800 m-ig). Általánosságban elmondható, hogy a teljesítmény a közepestől a magas szélességig növekszik. Az örökfagy legnagyobb vastagságát - 800 m - a Khatanga-öböl partján figyelték meg. A permafroszt alsó határa a föld mélyebb rétegeiből érkező hőtől függ.
A permafrost felett, a felszínen egy szezonális örökfagyréteg található, amely a meleg évszakban felolvad. Ennek a rétegnek a vastagságát az éghajlati viszonyok határozzák meg, és eléri az 5 métert, amikor a permafrost mély, egy olyan réteg választja el a szezonális örökfagytól, amely egyáltalán nem fagy.
Permafrost körülmények között a talajvíz nagyon egyedi. A kőzet pórusaiban a víz megfagyásakor keletkező jég cementálja a kőzetet, vízállóvá téve azt. Egyes helyeken földalatti jég ("kőzetjég") felhalmozódása található: lencsék, rétegek, sziklaréteg alá temetett vagy a sziklába ékelődő erek. Permafrostban megkülönböztetünk szuprapermafrost, inter-permafrost és sub-permafrost talajvizet.
Supermafrost vizek- a szezonális permafrost réteg vize. Nyáron a talajjég olvadásából származó csapadékból és vízből táplálkoznak, és nem bőségesek. Jellemzően ezek a vizek enyhén mineralizáltak, kivéve az erősen mineralizált vizeket, amelyek víztelen medencékben halmozódnak fel. Amikor a hőmérséklet 0° alá süllyed, a permafroszt feletti vizek nyomást gyakorolnak a még be nem fagyott vízre, amely a legalacsonyabb nyomású helyeken halmozódik fel, és fagyva megemeli a már fagyott felső rétegeket, hidrolakkolitokat, halmokat (bulgunnyakh) képezve. A felszínre törő víz jéghalmokká - jéggé - alakul. A meleg évszakban a permafrost feletti vizek számos forrásból kerülnek a felszínre.
Interpermafrost vizek a permafrost vastagságában helyezkednek el, és csak akkor lehetnek fagyatlan állapotban, ha mozgásban vannak. Gyakrabban a talikok területén figyelhetők meg. Az inter-permafrost vizek összekötik a szupra-permafrost vizeket a szubpermafrost vizekkel; Sőt, mozgásuk lehet lefelé és felfelé. Az első esetben a permafrost feletti vizek táplálják őket, és minőségük (hőmérséklet, sótartalom) a külső körülményektől függ; a másodikban a permafrost alatti vizekből táplálkoznak, és hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek.
Permafrost alatti vizek soha nem fagy meg és gyakran van nyomás alatt. Mineralizációjuk mértéke változó, a hőmérséklet a mélységgel nő. A szupermafroszt vizek a feltöltődési és kibocsátási feltételek tekintetében eltérnek a talajvíztől az örök fagy nélküli területeken. Ezek a vizek talikokon keresztül táplálkoznak, és amikor a felszínre kerülnek, felszálló forrásokat képeznek. Mindhárom víztípus kölcsönhatásba lép a nagy folyók völgyei alatt és a tavak medencéiben, azaz ahol nincs örökfagy.
A permafroszt kialakulása alacsony hőmérséklet és alacsony hótakaró vastagság mellett lehetséges, ami nem képes megvédeni a sziklákat a fagyástól. Ilyen körülmények a jégkorszakban is fennálltak a jéggel nem borított területeken, és ma is ott vannak, ahol a tél zord és kevés hó van, a nyár pedig olyan rövid, hogy a télen megfagyott rétegnek nincs ideje felolvadni (pl. Jakutia). A permafrost az utolsó eljegesedés emlékeként megmaradhatott, de modern körülmények között is keletkezhet. A permafrost megjelenését a Jeges-tengerbe ömlő folyódelták újonnan kialakult szigetein figyelik meg.

A permafrost széles körben elterjedt, és főként a kriolitozonokban található, olyan területeken, ahol évről évre bizonyos mélységben negatív hőmérsékletek maradnak. Az első kutatók a permafrost kőzeteket az ősi eljegesedések maradványának tekintették. A fosszilis jég jelenléte és a fázisfüggöny-elmélet megerősítheti ezeket a nézeteket. Jelenleg azonban eltérést állapítottak meg a jegesedés határai és a permafrost modern határai között. Az olyan kutatók, mint Miedendorf és G. Wilde, a permafroszt kialakulását a helyi éghajlati viszonyokkal hozták összefüggésbe.

Megállapították, hogy a tengerszint felett minden 200 méteres emelkedésnél az éves átlaghőmérséklet körülbelül 1 °C-kal csökken G. Wilde szerint azokon a területeken, ahol az éves átlaghőmérséklet -2 °C alatta pedig az örökfagy előfordulásának modern határai elég közel vannak ennek a feltételnek. M.I. Sumgin abból indul ki, hogy a pliocén végén súlyos hidegek kezdődtek. Időnként ismétlődő hideghullámok hőegyensúly-hiányt okoztak, és a permafrost megjelenését okozták. Idővel ezek a hideghullámok a negyedidőszak első felének eljegesedéséhez köthetők.

Így M.I. Sumgin mintegy általánosítja a korábbi hipotéziseket. Feltételezhető azonban, hogy a jelenleg folyó kutatások valószínűleg lehetővé teszik ennek a kérdésnek a megoldását.

A permafrost eredete

A fagyott kőzetek, összetételüktől függetlenül, általában vízállóak, ezért a talajvizet azokon a területeken, ahol az örökfagy előfordul, három fő típusra lehet osztani: szubpermafrost, inter-permafrost és supra-permafrost.
A szubpermafrost vizek, amelyek a permafroszt kőzetréteg alatt helyezkednek el, tulajdonságaikban gyakorlatilag nem különböznek a talajvíztől normál körülmények között. Az északi szélességi körökben az alapkőzetben, a déli szélességi körökben pedig a völgyek hordalékos lerakódásaiban fejlődnek ki a permafrost vizek gyakran nyomás alatt állnak, és vízellátásként használhatók.

Az örökfagyos kőzetek rétegében fekszenek, és általában a permafroszt alatti és szuprafagyos vizekhez kapcsolódó elszigetelt vízfelhalmozódásokat képviselik korlátozott, mivel a talikok térfogata, amelybe vannak korlátozva, jelentéktelen.

Réteges permafroszt körülményei között ezek a vizek összefüggő víztartó réteget alkothatnak, és lehetnek nyomás alatti vagy nem nyomásúak, akárcsak a rétegközi vizek normál körülmények között. Bizonyos esetekben előfordulhat, hogy az interpermafrost vizek repedések mentén mozognak, és más zavarok is előfordulhatnak a permafroszt vastagságában. Az ilyen vizek a nem fagyos zónák hasadékvizeihez hasonlíthatók.

A szupra-permafrost vizek a legnagyobb érdeklődésre számot tartóak. Előfordulásuk jellegénél fogva a talajvízhez hasonlítanak, mivel vízálló fagyott mederrel és szabad felülettel rendelkeznek (1. ábra). Az örökfagyos területeken a szuprapermafrost vizek szezonálisan fagynak, télen jéggé alakulnak. A nem összeolvadó örökfagyos területeken ezek a vizek szezonálisan félfagyosak lehetnek, amikor csak az aktív rétegben elhelyezkedő felső részük fagy meg, vagy nem fagy, ha a teljes víztartó talikban helyezkedik el.

1. kép A szuprapermafrost vizek elrendezése:

a-szezonálisan fagyos; b-szezonálisan félig fagyos; szezonálisan nem fagyasztható;

A szupra-permafrost vizek mozgását elsősorban ugyanazok az okok okozzák, és ugyanazon törvények szerint, mint a talajvíz mozgása nem örökfagyos körülmények között, és ezen túlmenően a zárt térben kialakuló nyomás, mivel a benne lévő víz lefagy, és térfogata körülbelül 9 %-kal megnövekszik Permafrost körülmények között a szupra-permafrost vizek ilyen jellegű mozgása nagyon fontos.

Ismeretes, hogy a zárt térben megfagyó víz túlhűthető, és ezért nagy nyomás alatt áll, hogy mekkora a túlhűtési nyomás ereje, az jól ismert példából kiderül, hogy egy dobozban készítenek jéget. A jég elkészítéséhez egy 30 x 10 x 6 m méretű dobozt azonnal megtöltöttek vízzel, ahelyett, hogy egymás után megtöltötték és vékony rétegekben lefagyasztották volna. A víz egyszerre kezdett megfagyni minden oldalról, belsejében pedig óriási nyomás nehezedett, és valószínűleg hipotermiás állapotba került.

Óriási erejű robbanás történt, amely akár 20-30 m távolságra is kidobott több köbméteres jégtömböket a fentiekből is kitűnik, hogy a nyomás a hipotermia elegendő a víz mozgásához.

Mérnökgeológiai jelenségek örökfagyos zónákban

Naledi:

Mint már jeleztük, a nem sziklás kőzetek pórusait kitöltő víz fagyáskor meglehetősen erős cement szerepét tölti be, és a kőzetet szilárd monolit tömeggé alakítja. Ezt a folyamatot a kőzet térfogatának változása kíséri a fagyás során felolvasztás, és a relatív kompresszió δ értéke jellemzi a fagyott talaj felolvasztott állapotba való átmenete során, és a δ a talajréteg vastagságának terhelés alatti felolvasztás során bekövetkezett változásának arányát a kezdeti vastagsághoz viszonyítva fejezi ki. képlet:

δ=(hm-ht)/hm=(em-et)/(1+em) (1)

ahol hm a fagyott talajréteg vastagsága; ht ugyanazon talaj rétegének vastagsága a felolvasztott állapotba való átmenet után olyan körülmények között, amikor az oldalirányú tágulás egy adott nyomáson lehetetlen; természetes kőzet em-porozitási együtthatója fagyott állapotban; et egy természetes kőzet porozitási együtthatója, miután felolvadt állapotba került olyan körülmények között, amikor az oldalirányú tágulás adott nyomáson lehetetlen. Agyagos kőzeteknél az et a hozamhatárnál lévő nedvességtartalomnál, homokos kőzeteknél - ha a mintát rázás nélkül felolvasztják az olvadékvíz szabad áramlása mellett. kellően nagy δ értékeknél a fagyott réteg felengedése esetén az általa elfoglalt térfogat éles csökkenése következik be, ami viszont jelentős süllyedést okoz.

Nyilvánvaló, hogy ha a fagyott talaj relatív összenyomódásának értéke δ olvadáskor és a permafroszt esetleges felolvadásának ereje h ismert, akkor az olvadás közbeni süllyedés összértéke S = δh Az aktív réteg átmenete során a felolvasztott állapotból fagyott állapotba és vissza, számos mérnöki és geológiai jelenség keletkezik, széles körben elterjedt aufeis, jéghalmok (bulgunyakhi), szoliflukció, termokarszt és mások. A jégtorlaszokat a felszínre törő felszín alatti víz képezi a fagyos szuprapermafrost vízben.

A túlhűtött víz felrobbantja a keletkező jéggel telített kőzetkérget, kitör a felszínre, és a hipotermiás állapot miatt azonnal lefagy a jég hatalmas jéghalmazokat képez lerakódások és cseppkövek formájában a terület lejtőin, elzárva. Előfordult már, hogy a fagyos talajvíz behatolt a földalatti és az alsóbb emeleti házakba, bennük jég keletkezett, és sajátos jégesésekben ömlött ki a házak ablakain.

Az úttesten kialakuló jégképződést az magyarázza, hogy a hótakaró tömörödése miatt megnő a fagymélység, és ennek következtében megnő a nyomás a befagyott vízben. Az utak jégképződésének leküzdése érdekében ajánlatos árkokat ásni, vagy egyszerűen hótakarítani a permafrost alatti víz áramlását. Ezeken a helyeken mélyebb fagyos zónák alakulnak ki, a permafrost feletti víz áramlása késik, a védett területtől távolabb jégképződés következik be.

A naledik a legváltozatosabb formájúak, és méretükben több tíz négyzetmétertől több négyzetkilométerig terjedő területeket foglalnak el.I.V. Popov rámutat, hogy 20,5 km2 területű és 4,5-5,5 m vastagságú jég ismert. Sumgin az aufeis fejlődésének négy szakaszát jegyzi meg:

1) a jég első napjai - a jég vékony, a mérete kicsi;

2) a jég megerősödik, gyorsan növekszik hossza és szélessége, és jégdombok jelennek meg;

3) a jég eléri maximális hosszát és szélességét; ereje tovább növekszik; jéghalmok hasadnak, némelyikből víz ömlik ki; repedések keletkezésekor robbanások következnek be, 200 tonnáig terjedő jégtömbök 10 m vagy annál nagyobb távolságra dobódnak;

4) a jég elolvad, a növekedés leáll, a felszínt mélyedések, csatornák, árkok borítják, a halmok lesüllyednek; Az olvadás tavasszal kezdődik, de az északi vidékeken egészen télig tart, és évelővé válnak a föld legfelső rétege, amely egy halmot alkot, ( bulgunyah) egy ilyen halom belsejében jégkupola (hidrolakkolit) található.

Néha a hidrolakkolit belsejében van egy vízzel teli üreg. A halom kialakulásakor a talajjal megemelt fák különböző irányokba hajlanak, részeg erdőt alkotva. Az ilyen jéghalmok átmérője eléri a 80 métert vagy annál többet, magasságuk pedig eléri a 10 métert a déli és a 30 métert az északi régiókban.

Egyes zónákban nagy mennyiségű fosszilis jeget fednek le a későbbi üledékes kőzetek a Jeges-tenger szigetein és az ázsiai kontinens északi részén, mivel egyes kutatók szerint a borító üledékek többnyire morénák hogy ez a jég az ősi gleccserek eltemetett maradványait ábrázolja Popov I.V. , hasadék vagy ér, kövületi jég és jégékek, amelyek az ártéri üledékek felhalmozódásával párhuzamosan alakultak ki az alluviális völgyekben zord és kevés havas telek körülményei között.

A föld alatti jég olvadása és a permafroszt zóna felső részén a jeges permafrost talajok felolvadása a felszín süllyedését és az ehhez hasonló megjelenésű domborzati formák kialakulását idézi elő, ezért az ilyen jelenségeket termokarsztnak nevezzük. A termokarszt fejlesztési zónákban 1-től több méter átmérőjű süllyedések és tölcsérek, mélyedések, csészealjak és mélyedések találhatók - több száz méter átmérőjű és csak tíz centiméter mélységű enyhe mélyedések, süllyedő medencék, amelyek területe kb. több négyzetkilométerig és több méter mélységig.

A keletkező mélyedések vízzel feltölthetők, termőkarszt-tavak képződnek, amelyek jelentős szerepet játszanak a termokarszt további fejlődésében növekszik, ami viszont termokarszt kialakulását okozza. A termokarszt jelenségek elsődleges oka az aktív réteg felszínének feltárása az erdőirtás vagy a talaj szántása következtében.

Ezek a jelenségek az éghajlat felmelegedése következtében is felléphetnek. A termokarszt gyengébb mértékben minden olyan területen megfigyelhető, ahol olvadásuk során jéglencsék, rétegek keletkeznek. Olvadáskor a jéggel telített iszap- és agyagos talajok cseppfolyós állapotba kerülnek. Az ilyen jelenségeket szoliflukciónak nevezzük.

A Távol-Északon, az északi part mentén a szoliflukció az egyik legfontosabb tényező a domborzat feldolgozásában és kiegyenlítésében. Egyes esetekben összetett lépcsőzetes lejtők - hegyi teraszok kialakulását okozza. Az ilyen teraszok lejtőinek magassága eléri a több tíz métert, a meredeksége pedig 25-30°, esetenként eléri a 90°-ot. Akár 4 m vastagságú szoliflukciós lerakódásokkal borított vízszintes területek több száz méteren át terjednek.

Az építkezés mérnökgeológiai feltételei kriolithozonokban

A kriolitozonok sajátos termikus rezsimje jelenleg az épületek és építmények tervezési és technológiai jellemzőitől, a mérnöki és geokriológiai adottságoktól, valamint az alaptalajok tulajdonságainak kívánt irányban történő megváltoztatásának lehetőségétől függően az alábbi két elv valamelyikét követeli meg. A permafrost talajok alapként történő használata elfogadott épületek és építmények:

I. elv - a permafrost alaptalajokat fagyott állapotban használják, az építési folyamat során és az épület vagy építmény teljes meghatározott működési ideje alatt karbantartják;
elv - a permafrost alaptalajokat felolvasztott állapotban használják (feltéve, hogy az épület vagy építmény működése során felolvadnak, vagy az épület építésének megkezdése előtt a számított mélységig felolvadnak).

Az egyik vagy másik módszer megválasztása nem a tervezők kívánságaitól függ, hanem az építendő épületek és építmények szerkezeti és hőtani jellemzőitől, valamint azon feltételek geomorfológiai és geotechnikai jellemzőitől, amelyek között a permafroszt talaj (kőzet) rétegei előfordulnak. Ezért a permafrost rétegek mérnökgeológiai vizsgálatainak eredményeként adatok az egyik vagy másik építési mód megvalósításának lehetőségéről.

A permafroszt rezsimjének megőrzése melletti építkezés a legkényelmesebb sok tekintetben a permafrost rétegek számos kőzettömeg tulajdonsággal rendelkeznek, így azok a szerkezetek, amelyek alapjai a fagyott rétegekbe ágyazódnak, megfelelő stabilitást kapnak. Azonban minden épület vagy építmény bizonyos mennyiségű hőt ad át az alapjain keresztül.

Kis mennyiségű hőt kibocsátó épületekben és építményekben olyan alapozási tervezési megoldások lehetségesek, amelyekben az összenyomható talajréteg hőmérsékleti rendszere gyakorlatilag nem változik. Mindezek az építő jellegű intézkedések annak biztosítására irányulnak, hogy az épület által termelt hőt az aktív rétegben elnyeljék, és ne terjedjenek át a fagyott rétegre.

Ennek ellenére télen még ilyen körülmények között sem fagyhat be a közvetlenül az épület alatt lévő aktív réteg, amely gyengébb lesz, mint a környező területek, és azokban az esetekben, amikor egy adott területen jégképződés lehetséges, a jég áttöri a burkolatot. Az épület föld alatti és alsó szintjei Az ipari és polgári épületek jelentős része olyan mennyiségű hőt bocsát ki, amely elkerülhetetlenül a fagyott rétegek hőmérsékleti rendszerének megsértéséhez vezet.

Ezenkívül számos ipari épületben lehetséges a beépített gépek rezgése. A vibrációs terhelés megzavarhatja a jég erejét, és egy részét ebbe az állapotba viheti át. Ilyen esetekben a befagyott rétegek hőmérsékleti rendszerének fenntartásával történő építés lehetetlen, és biztosítani kell az előzetes vagy utólagos felolvasztás lehetőségét. A permafroszt felolvadása nemcsak a kőzetek fizikai és mechanikai tulajdonságait, hanem térfogatukat is drámaian megváltoztatja.

A szerkezet alatti talajtömeg megsüllyed, aminek következtében a szerkezet elveszti stabilitását és szilárdságát. Ez utóbbi esetekben a mérnökgeológiai vizsgálatok során két feladat merül fel: az utólagos kiolvasztás módszerének alkalmazási lehetőségének megteremtése, valamint az esetleges felolvasztás zónájának (vagy ahogy mondani szokás: tálkának) kialakítása (2. ábra).

2. ábra. Kiolvasztó tál kialakítása az épület alatt:

tp-szobahőmérséklet; tm a fagyott talaj kezdeti hőmérséklete; az épület b-szélessége; hc a felengedési mélység az épület közepe alatt; hk a kiolvadás mélysége az épület széle alatt; ξk az épület oldalán lévő kiolvadás mértéke.

Az utólagos felolvasztási módszerrel történő építkezéshez az szükséges, hogy az olvadó bozótban ne legyenek különálló jégfelhalmozódások lencsék, rudak stb. formájában. Az ilyen jégzárványok felolvasztása helyi élesedést eredményez (körülbelül 10 fokkal). %) csökkenti a talaj térfogatát, és az épület megfelelő részének vagy építményeknek süllyedését okozza. Ezért a kutatás során a fagyott rétegek szerkezetének különösen alapos vizsgálata szükséges.