книги из ГПНТБ / Общее мерзлотоведение

теплопроводностью. Поперечная теплопроводность возникает в результате того, что частицы породы усиливают турбулизацшо потока и струйки жидкости отклоняются от основного направле­ ния фильтрации. Это приводит при наличии градиента темпера­ туры на границах потока к передаче тепла в направлении, орто­ гональном скорости фильтрации. Таким образом, в протаива­ ющем слое температурный градиент обусловливает передачу тепла в поперечном направлении как путем кондукции, так и пу­ тем вынужденной конвекции (фильтрации). Эффект возникнове­ ния поперечной теплопроводности при фильтрации норовой воды используется при игловом и дренажно-фильтрационном способах оттаивания мерзлых грунтов.

Повышение интенсивности оттаивания грунтов вследствие инфильтрации воды частично обусловливается тем, что вода сама несет тепло, которое поглощается породой. Однако обычно в ко­ личественном отношении влияние этого тепла на интенсификацию протаивания невелико, так как температура воды невысока. Теп­ ловой эффект инфильтрации в основном обусловлен тем, что инфильтгационная вода переносит тепло, аккумулированное поверх­ ностным слоем вследствие поглощения радиации, в глубжележащие слои и к границе протаивания. Эффект возникновения дополнительного потока тепла при инфильтрации используется в дождевальном (дренажно-инфильтрационном) способе искус­ ственного оттаивания. Этот способ позволяет при благоприятных условиях оттаять за один летний месяц мерзлые галечники на глу­ бину 8—10 м. Впервые дождевально-инфильтрационный метод был применен в Забайкалье сотрудниками НИГРИЗолото для оттаивания россыпи.

Описанные принципы управления сезоннопромерзающим и сезоннопротаивающим слоем широко применяются в горном деле при искусственном оттаивании россыпных месторождений и на­ чали внедряться в сельскохозяйственное производство и строи­ тельство на мерзлых породах.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.К у д р я в ц е в В. А. Температура верхних горизонтов вечномерзлой толщи в пределах СССР. Л., Изд-во АН СССР, 1954.

3.Л ы к о в А. В. Теория теплопроводности. М., Гос. изд-во техн.-теор. литературы, 1952.

4.К р ы л о в М. М. К теплотехническому анализу промерзания грунта.— «Вести, инженеров и техников», 1934, № 1.

5. A l d r i c h Н. Р., P a u n t e r N. М. Derivation of rational formula

78

Г л а в а I7'

ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ, МОЩНОСТЬ И РАЙОНИРОВАНИЕ МЕРЗЛОЙ ЗОНЫ

Распространение мерзлой зоны. Мерзлая зона литосферы охватывает в той или иной мере все материки земного шара, за исключением Австралии, а тайнее большинство островов Се­ верного Ледовитого океана, включая Гренландию. Наибольшую территорию она занимает в Азии, простираясь от побережий морей Ледовитого океана на севере до горных районов Монголь­ ской и Китайской Народных Республик (провинция Тибет) на юге. В Северной Америке мерзлая зона распространена на значитель­ ной части Аляски и Канады. В Европе мерзлые породы выявлены в пределах Кольского полуострова, Малоземельской и Болыиеземельской тундр, Северного Тимана, Полярного Урала. Они встречены в Фенноскандии, в Альпах и некоторых ледяных пе­ щерах, расположенных далеко к югу от основной территории развития мерзлой зоны, например, в Безансонской пещере во Фран­ ции, Кунгурской и некоторых Крымских пещерах, в высокогорных районах Кавказа.

В южном полушарии мерзлая зона охватывает всю территорию Антарктиды и некоторых островов, окружающих этот материк. Общая площадь мерзлой зоны составляет около 25% всей суши земного шара; в СССР она занимает 10 млн. км2, или около 45% территории страны.

Граница мерзлой зоны северного полушария показана на рис. 14 в соответствии с принципами, изложенными в свое время Л. А. Ячевским [11, позже М, И. Сумгпным [2], а в пределах тер­ ритории СССР — И. А. Некрасовым *. Нанесена она схематично и по мере накопления новых фактических материалов должна уточняться. Мерзлые породы встречаются южнее всего в высоко­ горных районах Центральной Азин, находящихся под преиму­ щественным воздействием азиатского антициклона. Наоборот, севернее всего южная граница распространения мерзлой зоны проходит в западных частях материков Евразии и Северной Аме-

* И. А. Н е к р а с о в . Новые данные об особенностях строения и пло­ щади развития криолптозоны в пределах территории СССР.—«Докл. АН

СССР», 1970, т. 194, № 3.

80

Р и с . 14. Схематическая карта мерзлой зоны северного полушария.

1 — сплошная мерзлая вона; 2 — прерывистая мерзлая зона; £ — островная мерзлая зона (по И. А. Некрасову).

рики, в пределах воздействия теплых течений Атлантического

п Тихого океанов. При пересечении Урала она вновь отклоняется далеко на юг.

Сходные закономерности распространения мерзлой зоны отображены и на геокриологических картах Аляски и Канады,

жены к северу от 57° с. ш., за исключением Скалистых гор, где, как и на Урале, граница отклоняется к югу (рис. 15). В средней части материка, прилегающей к Гудзонову заливу, она вновь поднимается до 50°, на востоке, в пределах п-ова Лабрадор, упирается в океан уже на 55-й параллели.

Прерывистость мерзлой зоны. Даже в самых суровых север­ ных районах распространения мерзлой зоны известны участки, где ее верхняя поверхность опускается на значительную глубину, превышающую мощность деятельного слоя, непосредственно ниже которого располагаются талые породы, а также встречаются и сквозные талики. Число таликов и их размеры возрастают в направлении с севера на юг (рис. 16). В зависимости от соот­ ношения площадей таликов и площадей распространения мерзлых пород М. И. Сумгин [4] выделяет следующие районы:

«1. Районы географически сплошной вечной мерзлоты, т. е. обширные пространства, в пределах которых вечная мерзлота, как правило, наблюдается повсеместно, независимо от различий природных условий отдельных участков.

2. Районы, в пределах которых обширные пространства с веч­ номерзлыми грунтами пронизаны либо на более или менее зна­ чительном протяжении расчлепены таликами. В плане такие тер­ ритории напоминают поверхность суши, расчлененную озерами и реками, возрастающими по ширине по мере приближения к гра­ нице суши.

3.Острова вечномерзлых грунтов среди обширных таликовых пространств, т. е. изолированные участки с вечной мерзлотой вблизи сплошного массива вечномерзлых грунтов.

4.Пространства, на которых среди таликовых площадей встречаются псевдоталикоЕые участки, т. е. участки с вечномерз­ лыми грунтами на глубине, превосходящей глубину залегания

сезонной мерзлоты.

5. Районы с вечной мерзлотой только в буграх торфяных болот.

Два последних типа районов располагаются непосредственно у границ области вечной мерзлоты и территорий глубокого се­ зонного промерзания. Особое место занимает еще один тип рас­ пространения вечной мерзлоты.

6. Острова и районы островов с вечномерзлыми грунтами вдали от общего массива, т. е. вне границ области вечной мерзло-

Рис. 15. Карта мерзлой зоны Канады.

2 _область сплошной^мерзлой зоны; 2 — область прерывистой мерзлой зоны; 3— подзона островной мерзлой зоны; 4 — мерз­ лая зона горной области Кордильер; 5 — участки с развитием островов реликтовой мерзлой зоны; 6 — пункты, в которых, имеются данные о мощности и температуре мерзлых пород; 7 — изотермы средней годовой температуры воздуха.

ты». Сюда можно отнести районы ТяньШаня и Памира [5].

В последнее время намечается тенден­ ция к детализации степени прерывистости мерзлой зоны, что нантло отражение на ин­ женерно-геологической карте Якутии, со­ ставленной П. А. Соловьевым 16]. В этой связи В. Р. Алексеев и О. И. Толстихин предложили ввести коэффициент преры­ вистости, т. е. отношение площади, зани­ маемой мерзлыми породами, к общей пло­ щади района, и выделили градации мерз­ лой зоны по степени прерывистости

быть различной. При использовании коэффициента прерывисто­ сти выпадает существенная характеристика, отражающая осо­ бенности распространения мерзлой зоны, а именно извилистость ее границ. Целесообразно поэтому введение другого понятия — коэффициента конфигурации массива мерзлых пород.

Коэффициент конфигурации массива мерзлых пород Ккстф может быть определен как отношение длины границы мерзлых пород L к окружности круга Lx, площадь которого равна площади мерз­ лых пород F в пределах единицы площади. Тогда

Коэффициент конфигурации, как н коэффициент прерыви­ стости, может быть определен только по крупномасштабным кар­ там и нанесен на мелкомасштабные картографические материалы в обобщенном виде. Кроме того, на картах среднего, а иногда и крупного масштаба изобразить талики невозможно, если в плане они представляют собой узкие полосы, как, например, в речных долинах. Соотношение их площади с площадью мерзлых толщ очень мало. Практически, несмотря на большую длину, талики не могут существенно изменить величину коэффициентов преры­ вистости и конфигурации. Между тем отражение подобных тали­ ков на картах необходимо, например, для выявления структуры мерзлой зоны, гидрогеологических и инженерно-геологических особенностей территории и т. д. С этой точки зрения полезно введение еще одного показателя — коэффициента линейной таликовости который можно представить как отношение длины талика вдоль русла реки I к общей длине рек 1г:

Коэффициент линейной таликовостн может быть определен или по крупномасштабным картам, или посредством натурных наблюдений с применением геофизических методов исследований

идешифрирования.

Вотличие от коэффициентов прерывистости и конфигурации

коэффициент линейной таликовостн может отображаться на кар­ тах не только среднего, но и крупного масштаба.

В 1937 г. С. Г. Пархоменко была опубликована картосхема районов мерзлых пород, на которой, в частности, сделана первая попытка выделить «поддонную мерзлоту арктических морей». Факт распространения субмаринной мерзлой зоны подтвердился и заслуживает внимания. Однако исследования последних лет показали, что субмаринная мерзлая зона распространена лишь в пределах наиболее мелководной части шельфа, тогда как на ос­ новной его площади развиты криопэги.

М. И. Сумгин в 1940 г. составил одну из первых схематических карт географического распространения мерзлой зоны в СССР

(рис. 17).

Касаясь общих закономерностей распространения мерзлой зоны, можно заметить, что в направлении от внутренних ее ча­ стей к периферии наблюдается переход сплошной мерзлой зоны в прерывистую и далее, ближе к границе, в островную.

Талики. В гл. I отмечалось, что талики представляют собой талые породы, ограниченные в своем распространении мерзлыми породами. К таликам следует относить находящиеся среди мерз­ лых пород ниже деятельного слоя водоносные и иеводоносные горные породы, имеющие положительную температуру, а также горные породы, содержащие капельно-жидкую воду при отри­ цательной температуре (криопэги). Следовательно, среди таликов

.84

Рис. 17. Схематическая карта распространения вечной мерзлоты в СССР

п преобладающих температур вечномерзлой толщи.

1 — районы сплошной вечной мерзлоты с температурами на глубине 10—15 м ниже — 5°;. 2— районы с таликами и температурами грунта на глубине 10—15 м от —5 до — 1,5°; 3—районы с преобладанием таликов (на юге только острова вечной мерзлоты) и с темпе­ ратурами грунта на глубине 10—15 м выше—1,5°; 4 — граница области и островов вечной мерзлоты в СССР; 5 — вечная мерзлота в буграх торфяных болот.

различаются водоносные и неводоносные, положительно- и от­ рицательнотемпературные, последние с криопэгамн.

Установлено, что чаще всего в пределах мерзлой зоны талики появляются под озерами и реками. Еще А. Ф. Миддендорф в се­ редине прошлого века отмечал резкое понижение поверхности зоны мерзлых пород под столь северным водотоком, как р. Тай­ мыр. В настоящее время по этому вопросу имеется много новых данных. На рис. 18 приводится схематический разрез берега и части русла р. Норилки, составленный по данным буровых сква­ жин. На чертеже видно, что под этой рекой, протекающей к югу от Таймырского полуострова, находится довольно мсщиый та­ лик. Сквозные талики выявлены в долинах Оби, Енисея, Левы, Индигирки, Колымы, Анадыря и многих других рек на СевероВостоке СССР, в Забайкалье и других районах. Сквозные талики установлены и описаны под многими озерами. Американские ис­ следователи отмечают талики под реками и озерами Аляски и Канады.

Кроме таликов, под озерами и реками имеется много таликсвых площадей и вне пределов водной поверхности. Они приуро­ чены к участкам, где природные условия не благоприятствуют глубокому промерзанию. Такие условия создаются, например,

85