учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

13.9. ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В КРИОЛИТОЗОНЕ

Криолитозона занимает более половины территории России и как раз в местах, богатых полезными ископаемыми — нефтью, газом, углем, различными рудами. Освоение этих территорий имеет громадное значение для нашей страны.

Области распространения многолетнемерзлых пород очень чутко реагируют на любые природные или техногенные вмешательства. Высокая льдистость многолетнемерзлых пород и термическое равновесие, готовое сместиться от малейших изменений, определяют неустойчивое поведение многолетнемерзлых пород. Любое повышение температуры сразу же повышает глубину сезонного протаивания, лед превращается в воду, которая уходит, грунт уплотняется и проседает. Это явление, называемое термокарстом, сопровождает строительство, сделанное без учета правил, предусмотренных для криолитозоны. А они заключаются в первую очередь в сохранении мерзлого состояния грунтов. Отсюда следует, что под каждым строением должно быть проветриваемое подполье, а сваи, на которых оно стоит, необходимо забивать в мерзлые породы ниже слоя сезонного оттаивания (рис. 13.20). Сохраняя многолетнемерзлые породы, не нарушая их теплового равновесия, можно не допустить тепловой осадки грунтов, а затем и строения, которое спустя какое-то время может просто разрушиться. Грунт, чтобы он не начал таять, иногда даже специально замораживают с помощью охлаждающей системы. Свайные фундаменты — сейчас основной способ строительства в криолитозоне, хотя строят и на подсыпных грунтах. В криолитозоне расположены такие города, как Якутск, Норильск, Анадырь и др. В свое время впервые свайное основание было опробовано при строительстве Якутской центральной тепловой электростанции, объекта, который выделяет большое количество тепла. У нее проветриваемое подполье достигает почти 2 м. Это сооружение построено в 1937 г. и с тех пор работает не деформируясь.

Особую сложность составляет прокладывание в криолитозоне инженерных коммуникаций — теплопроводов, канализации, обычного водопровода. Надо иметь в виду, что и многолетнемерзлые породы, на которых ведется строительство, обладают разными свойствами, которые необходимо учитывать. Наука о мерзлых грунтах чрезвычайно сложна, интересна и необходима. Даже стандартный телефонный столб высотой 6 м нельзя вкопать в оттаявший слой без того, чтобы его через некоторое время не выпучило из этого слоя, так же как выпучивает из него камни. А поднимается он потому, что, будучи вкопанным в деятельный слой, когда слой начинает замерзать на поверхности, при

Рис. 13.20. Строительство в криолитозоне. Дома стоят на бетонных сваях, забитых в многолетнемерзлые породы ниже деятельного слоя: 1 — отверстия для циркуляции воздуха; 2 — деятельный слой; 3 — многолетнемерзлые породы

увеличении объема водонасыщенного слоя будет немного поднят вверх примерзшим к нему грунтом. Естественно, под столбом образуется полость, тут же заполняемая разжиженным грунтом, который впоследствии также замерзнет, увеличив свой объем. И так повторяется из года в год по несколько сантиметров, и наконец столб рухнет, будучи полностью выпученным из грунта (рис. 13.21).

Вообще, пучение грунта в области развития многолетнемерзлых пород — это бедствие, наносящее огромный урон всему хозяйству Севера. Деформированные насыпи железных и автомобильных дорог, газо- и нефтепроводы, аэродромы, кабельные линии связи, водо- и теплопроводы и многие другие сооружения испытывают на себе неравномерное пучение грунта.

Огромные проблемы возникают с проходкой горных выработок и шахт в угленосных районах, например в Воркуте, где все подземные сооружения — это источники тепла, а температура многолетнемерзлых пород около 0 °С.

Рис. 13.21. Схема, показывающая последовательные стадии (I–VI) выпучивания столба из слоя летнего оттаивания грунтов, сложенного влажными рыхлыми горными породами: 1 — оттаявшая часть сезонно-талого слоя; 2 — толща вечной мерзлоты; 3 — промерзшая часть слоя летнего оттаивания; 4 — полость под подтаявшим столбом, заполненная разжиженным грунтом; 5 — полость, заполненная замерзшим льдистым грунтом; 6 — полость, заполненная уплотнившимся грунтом

Изменение климата и природной среды под влиянием техногенной деятельности человека и вследствие естественных причин может доставить будущим поколениям немало хлопот в районах распространения многолетнемерзлых пород.

Глава 14

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

Водная оболочка Земли покрывает почти 71 % ее поверхности (362 млн км2), что в 2,5 раза больше площади суши (149 млн км2, или 29 %), так что нашу планету можно назвать океанической. Объем вод океанов

иморей оценивается в гигантскую цифру 1,4 млрд км3, тогда как вся гидросфера составляет 1,8 млрд км3. Распределение акваторий океанов таково, что в Северном полушарии, считающемся материковым, суша занимает 39,3 %, а океаны — 60,7 %. В южном, океаническом, полушарии — соответственно 19,1 и 80,9 %.

Геологическая деятельность океанов и морей осуществляется разными процессами: 1) абразией — разрушением береговых линий волнами, приливами, течениями; 2) переносом разнообразного материала, выносимого реками, образующегося за счет вулканизма, эоловой (ветровой) деятельности, разносимого льдом, а также растворенного вещества; 3) аккумуляцией, или отложением, осадков: биогенных, гидрогенных (эвапоритов, железомарганцевых конкреций), обломочных

икосмогенных (сферул); 4) преобразованием осадков в породы, или диагенезом и переотложением осадков. Прежде чем рассматривать геологические процессы в океанах и морях, необходимо сказать о свойствах самой водной массы и ее перемещении под действием различных сил.

14.1. СВОЙСТВА ОКЕАНСКОЙ ВОДЫ

Огромная масса воды в океанах на разных широтах и разных глубинах отличается по своим свойствам, что придает водной массе расслоенность, или стратифицированность.

Температура. Вода в океанах прогревается только в поверхностном слое, поэтому лишь 8 % океанских вод теплее +10 °С, а больше 50 % имеют температуру ниже +2,3 °С. Таким образом, океаны в целом холодные (рис. 14.1).

Температура в океанах с увеличением глубины быстро понижается, особенно в поверхностной зоне, мощностью до 200 м, теплый слой воды как бы плавает над более холодной толщей, которая отделяется от вышележащего слоя зоной резкого, скачкообразного изменения тем-

Рис. 14.1. Изменение температур по вертикали в трех океанских бассейнах (по Dietrich, 1963)

пературы и плотности, называемой термоклином (рис. 14.2). Верхний теплый слой, подверженный воздействию ветровых волн, называют перемешанным слоем, являющимся основным местом процессов фотосинтеза водорослей. На расстоянии по вертикали 100 м Т уменьшается на 10–12 °С. Различают постоянный и сезонный термоклины.

В поверхностном слое температура изменяется от +30 °С в низких широтах до 0 °С в высоких широтах. Среднегодовая температура воды

Рис. 14.2. Постоянный термоклин. В верхнем перемешанном слое толщиной несколько сот метров может развиваться сезонный термоклин

(по B. W. Pipkin et al, 1977)

около +17 °С, но она выше в Северном полушарии (+19 °С), чем в южном (+16 °С). На глубинах примерно 4 км Т составляет от 0 °С до +1 °С, а в придонном слое мощностью 200 м — до –1 °С.

Плотность вод Мирового океана зависит от температуры, солености и давления, т. е. от глубины. Плотность воды возрастает с глубиной, что определяет стратификацию водной толщи (рис. 14.3). Известно, что при Т = +20 °С плотность пресной воды составляет 1,0 г/см3, а морской воды с соленостью 35 ‰ — 1,025 г/см3. При Т = +2 °С плотность увеличивается до 1,028 г/см3, на глубине 5 тыс. м — 1,050 г/см3, а на глубине 10 тыс. м — 1,077 г/см3 (рис. 14.4). На увеличение плотности влияют повышение солености, понижение температуры и возрастание давления. Увеличение плотности воды приводит к ее погружению, что переводит обогащенные кислородом поверхностные воды на более низкий уровень. В Атлантическом океане наименьшая плотность воды наблюдается в районе экватора, а наибольшая — на широтах 60°. Самая высокая плотность океанской воды отмечена вокруг Антарктиды в связи с формированием ледяных полей.

Рис. 14.3. а — схематичное изображение распределения плотности в океане. Вода течет и (или) перемешивается вдоль линий постоянной плотности; б — фактическое распределение плотности в Атлантическом океане, приведенное для сравнения (по Pickard, 1975)

Соленость Мирового океана — это общее количество растворенного вещества, в основном NaCl. Соленость океанов в среднем 34,69 г/кг, или 34,69 ‰ промилле (частей на тысячу). 75 % всех вод Мирового океана имеют соленость от 34,5 до 35 ‰, но распределяется она неравномерно и зависит от количества выпадающих осадков, испарения, близости устьев крупных рек, таяния льдов и т. д. (рис. 14.5, 14.6). В Красном море соленость на севере равняется 41 ‰. Повышенной соленостью, до 39 ‰, характеризуется Средиземное море в своей восточной котловине. На дне Красного моря, где в современных рифтах выходят нагретые рассолы, соленость достигает 310 ‰. Очень высокой соленостью характеризуются лагуны и заливы, отшнурованные от моря. В то же время моря, в которые впадает большое количество рек, обладают