книги из ГПНТБ / Общее мерзлотоведение

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 1940 г. с выходом книги «Общее мерзлотоведение», написан­ ной М. И. Сумгшшм, С. П. Качурнным, Н. И. Толстиххшым и В. ОС Тумелем, получила права гражданства новая отрасль на­ уки — мерзлотоведение. Более 30 лет прошло с тех нор. Невидан­ ными темпами развернулось промышленное освоение северных

ивосточных районов. На карте появились новые города, рудники, трассы дорог, трубопроводов и линий электропередач. Все дальше

идальше на север проникает сельское хозяйство, в том числе и такие отрасли, как овощеводство и хлебопашество. Широкий фронт освоения Севера потребовал стремительного роста мерзло­ товедения как отрасли знаний и увеличения числа специалистов, хорошо разбирающихся в вопросах новой науки и строительной

практики на мерзлых грунтах. Подготовка таких специалистов в Московском государственном университете и организация спе­ циальных курсов лекций в ряде других вузов страны потребовали

к накоплению новых фактических материалов, пересмотру от­ дельных теоретических положений, дальнейшему углублению общей теоретической базы мерзлотоведения. Ставшее библиогра­ фической редкостью первое издание учебника «Общее мерзлото­ ведение» требовало большой доработки и дополнения. В 1959 г. под редакцией П. Ф. Швецова были изданы «Основы геокриоло­ гии», охватившие как общие вопросы мерзлотоведения, так и ин­ женерное дело. В 1967 г. ведущие ученые МГУ Б. II. Достовалов и В. А. Кудрявцев создали новый курс общего мерзлотоведения применительно к программе специализированной кафедры МГУ. Составленные на современной научной основе эти книги оказа­ лись слишком сложными для высших учебных заведений обыч­ ного профиля и не смогли восполнить возникшего пробела. Все это побудило попытаться переиздать первый курс «Общего мерз­ лотоведения», переработав его в соответствии с новым фактичес­ ким материалом и теми изменениями в теории, которые претер­ пело мерзлотоведение за последние 30 лет, применительно к про^

3

Г л а в а I

ТЕРМИНОЛОГИЯ. ПРЕДМЕТ. МЕТОД. МЕСТО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЯ СРЕДИ ДРУГИХ НАУК

Мерзлые почвы и породы. На территории средних и высоких широт обоих полушарий верхние слои литосферы на относитель­ но долгий срок охлаждаются до отрицательной температуры. Если слагающие их горные породы содержат воду в капельно­ жидком виде, то, как правило, она замерзает, переходя в твер­ дую фазу — лед.

Замерзание воды в почвах и породах существенно изменяет их физико-механические, фильтрационные, тепловые, электрические и другие свойства. Сцементированные льдом рыхлые породы обычно становятся более или менее плотными, крепкими.

Почвы, породы, содержащие включения льда, называются мерзлыми; причем отрицательная их температура как бы под­ разумевается. Почвы, породы, не содержащие в своем составе кристаллов льда, называются талыми; при этом положительная их температура тоже подразумевается.

М. И. Сумгин обратил внимание на то, что в природных ус­ ловиях при понижении температуры пород и почв ниже нуля на­ блюдаются более сложные случаи. Во-первых, встречаются по­ роды, содержащие так мало воды, что при отрицательных темпе­ ратурах, им свойственных, вода не замерзает. Во-вторых, нередки случаи, когда в увлажненных почвах, породах при отрицатель­ ных температурах вода сохраняется в переохлажденном состоя­ нии. В-третьих, существуют породы, насыщенные солеными во­ дами и рассолами, не замерзающими при тех отрицательных тем­ пературах, которые в них наблюдаются.

Учитывая все сказанное, М. И. Сумгин [1] предложил клас­ сификацию почв и пород по их температуре.

Согласно этой классификации, к мерзлым он отнес все по­ роды, имеющие отрицательную температуру, независимо от со­

можно называть такой грунт или такую почву, которые имеют отрицательную температуру и вода в которых полностью или ча-

5

полностью лишь осенью, причем иногда самые верхние слои почвы начинают снова замерзать от наступивших холодов сле­ дующей зимы. Случается, что промерзший слой почвы и подсти­ лающей ее породы за лето и осень оттаивает не полностью и на какой-то глубине от поверхности на зиму остается мерзлый слой, который может находиться в мерзлом состоянии 2—5 лет. Такие слои называют и е р е л е т к а м и мерзлых пород. Нижний пре­ дел продолжительности существования перелетка — год, верх­ ний — 2—5 лет и более.

Глубина промерзания литосферы. Кратковременное несисте­ матическое промерзание охватывает самые верхние слон почвы или горных пород, обнажающихся на поверхности на глубину, из­ меряемую сантиметрами.

Глубина сезонного промерзания измеряется в средних широ­ тах сантиметрами и метрами. Сезонное промерзание распростра­ няется в почву и подстилающие горные породы.

Глубина многолетнего промерзания литосферы — метры, де­ сятки метров, а на значительных территориях — сотни и даже ты­ сячи метров и более. Есть данные (см. гл. У и VI) о том, что мак­ симальная мощность мерзлых пород в северном полушарии в прош­ лом достигала 2 км. В Антарктиде в настоящее время она должна значительно превышать вышеприведенную цифру, если учесть многокилометровую мощность льдов.

Переходные формы промерзания занимают по своей мощности промежуточное положение. Так, перелетай мерзлых пород мо­ гут иметь мощность, выражающуюся в сантиметрах и децимет­ рах, лишь в крайних случаях — в метрах.

Промерзание кратковременное и сезонное распространяется в глубину непосредственно от дневной поверхности почвы, тогда как многолетнее охватывает литосферу с некоторой глубины от дневной поверхности. Но на ледниках Антарктики, Гренландии и других полярных островах, а также на горных ледниках много­ летнее промерзание начинается с дневной поверхности, ибо лед здесь, как это и должно быть, является горной породой.

Зональность промерзания. Трем типам мерзлого состояния пород соответствуют три зоны распространения мерзлых пород на суше и в пределах шельфа морей Ледовитого океана:

1)зона кратковременномерзлых почв и пород;

2)зона сезонномерзлых почв и пород;

3)зона многолетнемерзлых почв и пород, или, по Н. И. Толстихину, м е р з л а я з о н а, т. е. часть литосферы, характери­ зующаяся многолетнемерзлым состоянием слагающих ее горных пород.

Первая зона накладывается на вторую и третью, но часть ее развита и вне площади их распространения. Зона вторая на­ кладывается на третью, но часть находится вне третьей. Третья с наиболее суровыми климатическими условиями характеризуется наложением на нее части второй и первой зоны [4].

7