ЛЕКЦИЯ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ КРИОЛИТОЗОНЫ

ЛЕКЦИЯ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ КРИОЛИТОЗОНЫ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН

• На Земле ММП распространены практически на всех континентах (кроме Австралии). • Большая часть суши находится в Северном полушарии, чем оно существенно отличается от Южного, преимущественно океанического. Высокоширотное положение крупных материков, как Евразия, Северная Америка, и самого большого острова планеты – Гренландии, обусловливает широкое развитие криолитозоны и наземных ледниковых покровов. Этому способствует Северный Ледовитый океан, покрытый многолетним льдом, который создает эффект холодной маловлажной суши с альбедо поверхности снега и льда в 80 – 90 %. В Северном полушарии мерзлота занимает около 24 % суши - от 84° с. ш. в северной Гренландии до 26° с. ш. в Гималаях. • Большая часть ММП распространена в Восточном полушарии, в основном в России, северной Монголии, северо-восточном Китае и на Тибете, а также в высоких горах Около 37 % ММП Северного полушария встречается в С. Америке.

Выделяют высокоширотную и высокогорную (альпийскую) мерзлоту. Высокоширотная мерзлота в Восточном полушарии протягивается от Шведско. Финской Лапландии через Россию к северным районам Монголии и Китая. В Западном полушарии занимает Аляску, север Канады, Гренландию. Кроме того, к высокоширотной относится мерзлота Антарктиды. Альпийская мерзлота распространена в Евразии, в Андах Южной Америки, на высоких горных вершинах вулканов Африки и Океании.

Сплошность, или непрерывностъ, распространения ММП по площади связана с уровнем теплообмена на поверхности земли и геоструктурными условиями территории: геологическим строением, рельефом, новейшей тектоникой и гидрогеологическими условиями. Распространение мерзлых пород подчинено широтной и высотной зональности. Зональность распространения мерзлых пород отражена на следующем слайде, где по среднегодовым температурам, характеру распространения и мощности область многолетнемерзлых пород подразделена на пять зон. В каждой выделенной зоне характер распространения мерзлых толщ, их мощность и температура зависят от целого комплекса геологических и географических условий. наряду с типичными условиями в каждой выделенной зоне встречаются исключения ( «азональность» ) в характере распространения мерзлых толщ и их основных характеристик, вызываемая преобладанием в данном месте локальных, нетипичных для выделенной зоны условий.

КАРТА РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД (ММП) В СССР (К. А. КОНДРАТЬЕВА, 1976) 1 — зона редкоостровного, островного и массивно-островного распространения ММП со среднегодовыми температурами (tср) от +3 до — 1 °С и мощностью (М) мерзлой толщи от 0 до 100 м; 2— 5 — зона сплошного распространения ММП: 2 — tср от — 1 до — 3°, М от 50 до 300 м; 3 — tср от — 3 до — 5°, М от 100 до 400 м; 4 — tср от — 5 до — 9°, 'М от 200 до 600 м; 5 – tср ниже — 9°С, М от 400 до 900 м и более; 6 — граница зон ММП; 7 —южная граница криолитозоны

По особенностям распространения мерзлых пород, среднегодовым температурам и мощности криолитозона России подразделяется на южную и северную геокриологические зоны, соответственно сплошного и несплошного (от редкоостровного до прерывистого) распространения ММП. Южная геокриологическая зона характеризуется прерывистостью многолетнемерзлых пород по площади, сплошность которых возрастает от южной границы криолитозоны к северу. В области сплошного распространения ММП в северной геокриологической зоне нарушение их сплошности по площади связано с редкими сквозными таликами под руслами крупных рек, глубокими озерами и по зонам разгрузки подземных вод.

Распространени е мерзлоты в Арктике

Основой формирования геокриологической зональности служит широтная климатическая зональность. Геокриологическая широтная зональность, как и другие виды природной зональности обусловлена изменением количества приходящей к поверхности Земли солнечной радиации, с которой связаны температуры поверхности. Уменьшение суммарной радиации зонально с юга на север сопровождается повышением альбедо подстилающей поверхности, которое в годовом цикле возрастает в силу увеличения времени существования снежного покрова, и возрастанием затрат тепла на таяние снега. Геокриологическая зональность проявляется в понижении с юга на север среднегодовых температур пород, в увеличении сплошности распространения ММП, сокращении размеров таликов и изменении их характера, в тенденции увеличения глубин сезонного промерзания и уменьшения глубин сезонного протаивания отложений, а также изменении характера криогенных процессов. Все эти показатели обусловлены современными условиями теплообмена и отражают современную геокриологическую зональность. Мощности криолитозоны также имеют тенденцию увеличения с юга на север. Однако в связи с разными по длительности периодами их формирования в их распределении находит отражение геокриологическая зональность прошлого.

Геокриологическая секториальность связана с особенностями океанических и континентальных климатов в пределах субарктических и умеренных климатических поясов. Основной причиной различий в теплообмене на поверхности Земли в условиях океанического и континентального климатов является парниковый эффект. Парниковый эффект в наибольшей степени проявляется на морских побережьях и снижается по мере удаления от них в глубь континента. Поэтому на одних и тех же широтах по мере уменьшения влажности атмосферы, облачности температуры воздуха понижаются. Это сказывается и на понижении tcр, возрастании сплошности мерзлых пород в регионе, в том числе более южном положении их границы. Геокриологическая секториальность в умеренных широтах северного полушария формируется под влиянием западного глобального переноса. Результатом этого является существенно более глубокое проникновение влагонесущих масс воздуха с запада на восток, чем в противоположном направлении. Особенно ярко это проявляется в Северной Евразии, где влажные массы воздуха, формирующиеся над Атлантическим океаном, проникают, постепенно иссушаясь, вплоть до горных цепей Восточной Сибири. Наличие орографических барьеров, вытянутых в субмеридиональном направлении, позволяет четко выделить сектора: Восточно-Европейский, Западно-Сибирский, Средне. Сибирский, Восточно-Сибирский и Тихоокеанский сектора. В их пределах степень континентальности климата различна, а южная граница распространения ММП занимает различное широтное положение, ступенчато смещаясь к югу при переходе от сектора к сектору.

В Северной Америке воздушные потоки, образующиеся над восточной частью Тихого океана, отличаются высокой влагонасыщенностью. Значительная часть осадков выпадает в пределах Кордильер, вызывая формирование на Аляске крупного горно-долинного оледенения. Далее к востоку эти воздушные массы практически не встречают на своем пути орографических препятствий. Их иссушение и связанное с этим повышение континентальности климата происходят к востоку постепенно. Кроме того, Североамериканский континент не имеет орографических барьеров ни с юга, ни с востока, что способствует формированию на его восточной периферии морского климата. Поэтому в субарктическом и умеренном поясах Северной Америки можно выделить три сектора, отличающиеся по континентальности климата, положению южной границы ММП и проявлению геокриологической зональности: Тихоокеанский, Центральный и Атлантический. В Центральном секторе, с наиболее континентальным и сухим климатом, граница ММП занимает наиболее южное положение. Она плавно смещается к северу в направлении побережий Тихого и Атлантического океанов.

Высотная геокриологическая поясность в горных массивах связана с климатической поясностью, которая проявляется в понижении с высотой температур воздуха, в увеличении количества атмосферных осадков, в удлинении периода залегания снежного покрова и пр. Геокриологическая высотная поясность выражается в закономерном изменении с высотой местности распространения ММП, их среднегодовых температур, типов и глубин сезонного промерзания и оттаивания пород, криогенных процессов и явлений. Таким образом, на одной и той же широте в условиях одного региона горные сооружения за счет высотной поясности могут характеризоваться сплошным распространением мерзлых толщ, а равнины и плоскогорья — массивно-островыым или островным их распространением. Существуют два основных типа геокриологической поясности - океанический и континентальный.

Все природные факторы, влияющие на формирование многолетнемерзлых пород, можно разделить на две группы: зональные и региональные. Зональные факторы связаны главным образом с климатическими колебаниями теплообмена на поверхности Земли, региональные определяются геологическими причинами. Особенности проявления региональных факторов зависят от принадлежности района исследования к основным геолого-структурным элементам земной коры. В свою очередь, структурно-геологическим формам и характеру их развития соответствуют особенности геоморфологических условий, с которыми прослеживается связь процессов аккумуляции и денудации. Для формирования мерзлотной обстановки особенно большое значение имеют характер проявления неотектонических процессов и общая история накопления и формирования осадков, их генезис и возраст, строение и условия залегания.

Многолетняя криолитозона по условиям залегания и формирования подразделяется на субаэральную область криолитозоны континентов, субмаринную область криолитозоны под акваторией Полярного бассейна и прилегающих морей и субгляциальную область криолитозоны под ледниками. Субаэральная криолитозона занимает всю сушу территории России и по распространению, мощности, криогенному строению и криогенному возрасту различна в Южной и Северной геокриологических зонах. В Южной зоне криогенная толща может быть развита с поверхности и в этом случае представлена только одним ярусом — ММП мощностью до 100— 150 м. В случае заглубленного положения мерзлой толщи она является многолетнемерзлой реликтовой и может быть перекрыта либо талыми породами, либо талыми и мерзлыми и быть трёхслойной. В различных условиях мерзлые толщи могут подстилаться талыми обводненными или безводными породами или же охлажденными породами, содержащими криопэги. Субмаринная криолитозона приурочена к Северному Ледовитому океану и включает океаническую и шельфовую части. Океаническая криолитозона представлена только охлажденными породами мощностью первые десятки метров, насыщенными морской водой с температурой до — 0, 7°С. Шельфовая криолитозона образовалась в результате погружения в голоцене под уровень моря позднеплейстоценовой криолитозоны. Вследствие трансгрессии подземный лед в породах был частично растворен и замещен соленой водой. В результате под толщей морской воды на изобатах 60— 10 м образовались охлажденные породы, включающие реликтовые слои и линзы мерзлых пород. Субгляциальная криолитозона распространена на Арктических островах и в высокогорье. Холодные ледники, с температурой льда на подошве ниже 0°С, подстилаются ММП. Если подошва ледника лежит выше уровня моря, криолитозона представлена преимущественно мерзлыми породами, а под шельфовыми ледниками — мерзлыми и охлажденными ниже 0°С породами с криопэгами.

Под акваторией полярного бассейна, прилегающих морей континенты субаэральная субмаринная Под ледниками субгляциальная криолитозона

Схематический меридиональный разрез криолитозоны: 1 — слой СТС; 2 — современные и древние сливающиеся ММТ; 3 — толщи пород с криопэгами и льдом; 4 — то же, без льда; 5 — сквозные талики по тектоническим нарушениям и под крупными водотоками и озерами; 6 — несквозные талики; 7 — талые породы; 8 — нулевая геоизотерма подошвы ММТ (а) и пород с криопэгами (б)

ЦИРКУМАРКТИЧЕСКАЯ КАРТА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ И ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДОВ (CIRCUM-ARCTIC MAP OF PERMAFROST AND GROUND ICE CONDITIONS) МАСШТАБ 1 : 10 000 В 1990 г. МАМ ощутила потребность в создании унифицированной карты, чтобы суммировать знания о распространении и свойствах ММП и подземных льдов в Северном полушарии. В 1997 г. Геологической службой США была издана Циркумарктическая карта вечной мерзлоты и подземных льдов масштаба 1 : 10 000, составленная для Северного полушария. В ее составлении принимали участие геокриологи государств Евразии и Северной Америки. В основу составления карты была положена легенда, разработанная Международной ассоциацией мерзлотоведения при Циркумтихоокеанском совете по энергетическим и минеральным ресурсам.

Brown, J. , O. J. Ferrians Jr. , J. A. Heginbottom, and E. S. Melnikov. 1998. revised February 2001. Circum-Arctic map of permafrost and ground-ice conditions. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center/World Data Center for Glaciology. Digital Media.

На ней отображено: 1) распространение многолетнемерзлых пород, подразделяемых на два крупных класса — литифицированных плотных, слагающих плоскогорья, плато и горные массивы, и нелитифицированных рыхлых, слагающих низменные и высокие равнины, межгорные впадины и долины крупных рек; 2) содержание льда в верхних 20 м (в % от объема) в литифицированных породах— средне-высокое (более 10%), низкое (менее 10%), в нелитифицированных — низкое (0— 10%), среднее (10— 20%), высокое (более 20%); 3) среднегодовые температуры многолетнемерзлых пород — интервалом их значений для каждого мерзлотно-грунтового контура карты; 4) мощность криолитозоны, установленная в скважинах; 5) распространение подземных льдов (ПЖЛ, пластовых залежей, ледяных ядер бугров пучения), а также наземных льдов (наледей, ледников и паковых льдов). Для российской территории дополнительно (границами и буквенными индексами) показаны ландшафтные и грунтовые подразделения в виде генетических типов ландшафтов и слагающих их пород (глинисто-алевритовых, обломочных, песчаных и торфяных разновидностей нелитифицированных засоленных и незасоленных, а также растворимых и нерастворимых литифицированных).

Первый раздел легенды, посвященный распространению многолетнемерзлых пород и содержанию в них льда, является основным. Распространение многолетнемерзлых пород по площади дано на карте в виде широтных зон и высотных поясов в соответствии с площадью, занятой мерзлотой в его пределах. Каждый контур на карте индексируется символами: “С” — continuous (сплошное, 90— 100% площади с мерзлотой); “D” — discontinuons (прерывистое, 50— 90%); “S” — sporadic (спорадическое, 10— 50%); “I” — isolated patches (отдельные острова, до 10%). К карте прилагаются схематические мерзлотные разрезы, на которых в той же цветовой гамме, что и на карте, показаны тип распространения мерзлых рыхлых или коренных пород, интервал среднегодовых температур подразделения (и подподразделения) зоны и буквенный код указанными выше символами.

РАСПРОСТРАНЕНИ Е ММП И ЛЬДИСТОСТЬ ПОРОД СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ ЛЬДИСТОСТЬ: "HIGH" ВЫСОКАЯ, "MED" – СРЕДНЯЯ, "LOW" – НИЗКАЯ; "T" И "T", СООТВЕТСТВЕННО, МОЩНЫЕ И МАЛОМОЩНЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ РЫХЛЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Сайт "Atlas of the Cryosphere" Национального центра данных по снегу и льду (The National Snow and Ice Data Center (NSIDC) дает возможность посетителям использовать электронную версию карты

http: //www. arctic. n oaa. gov/permafrostphotos/web/circump olar-permafrostextent. jpg