Влияние природных факторов и условий на температурный режим и глубину сезонного оттаивания пород.

Влияние рельефа местности, экспозиции и крутизны склонов. Положение участка в рельефе местности во многом определяет температурный режим пород и глубины сезонного промерзания (протаивания). Поскольку температура воздуха понижается с уве­личением высоты местности примерно на 0,4—0,6°С на каждые 100 м, соответственно с этим понижается и среднегодовая температура пород Это приводит к уменьшению мощности сезоннопротаивающего и увеличению сезоннопромерзающего слоя.

Существенное влияние на формирование и оказывают экспозиция (ориентация склонов относительно стран света) и крутизна склонов (угол падения солнечных лучей на склоны разной крутизны). В основном это проявляется через количество приходящей и поглощенной этими поверхностями солнечной радиации. Понижение и сокращение в зависимости от экспозиции (при прочих равных условиях) происходят в направлении от южных, юго-западных склонов к северо-восточным и северным. Исключение составляют лишь районы высоких (заполярных) широт, так как в течение зимней ночи солнечная радиация вообще отсутствует, а в течение летнего дня солнце дви­жется по кругу (невысоко поднимаясь над горизонтом) и более или менее равномерно обогревает склоны всех экспозиций.

Влияние крутизны склонов на температурный режим и глу­бину сезонного протаивания (промерзания) пород проявляется через различный угол падения солнечных лучей и через их зате­ненность друг другом, т.е. через различное количество поглощенной поверхностью склонов радиации. Более высокие температуры по­род в летний период характерны для склонов, перпендикулярных к солнечным лучам (около 30°С), что и обеспечивает большую глубину сезонного протаивания пород на них, в то время как глубины сезонного промерзания оказываются примерно такими же, как и на пологих склонах, поскольку зимнее охлаждение их раз­нится незначительно.

Географическое расположение участка и прежде всего его по­ложение по отношению к океану сказывается через конвектив­ный теплообмен атмосферы с литосферой, формирующий мери­диональную секториальность по степени континентальности кли­мата. При движении от побережья в глубь материка повышается максимальная и понижается минимальная среднемесячная тем­пература воздуха, т.е. возрастает годовая амплитуда среднемесяч­ных температур. Поэтому при одинаковой среднегодовой температуре на поверхности грунта в континентальных районах резко возрастают глубины как сезонного оттаивания, так и сезонного промерзания грунтов, увеличивается глубина проникновения го­довых колебаний температур.

Влияние снежного покрова. Снежный покров существенно из­меняет теплообмен пород с атмосферой. Так, альбедо снега зна­чительно выше альбедо оголенной поверхности почвы и на­почвенной растительности. Это приводит к уменьшению погло­щения лучистой энергии и понижению температуры поверхности снега по сравнению с температурой воздуха. Среднезимняя температура поверхности снега мо­жет быть ниже среднезимней температуры воздуха на 0,5—2°С. В то же время снежный покров, обладающий малой теплопроводностью, является теплоизолятором и предохраняет породы от теплопотерь зимой.

В том случае, если снег задерживается на поверхности почвы после наступания положительных температур воздуха, то он на­чинает препятствовать нагреванию пород, так как значительная часть поступающей солнечной энергии, во-первых, отражается и, во-вторых, расходуется на его таяние. Тающий снег поддержи­вает на поверхности пород нулевую температуру, несмотря на то, что температура воздуха в этот период положительная. Это приво­дит к некоторому охлаждению пород и к понижению их среднего­довой температуры.

Влияние снежного покрова на температурный режим пород многообразно. Поэтому не только величина его воздействия на температурный режим пород, но и знак этого воздействия (отеп­ляющее или охлаждающее) зависят от мощности покрова. Так, при незначительных мощностях снега преобладает его охлаждающее влияние за счет увеличения альбедо. Далее доминирует отепляю­щее влияние снега как теплоизолятора. При увеличении его мощ­ности до некоторого критического значения возрастает охлажда­ющее влияние из-за запаздывания снеготаяния летом.

Рыхлый снег вследствие малой температуропроводности и теплопровод­ности оказывает большее отепляющее влияние на температурный режим грунтов, чем уплотненный.

Влияние растительного покрова на температурный режим пород и глубину сезонного промерзания и протаивания имеет несколь­ко аспектов, Так, растительный покров изменяет отражательную способность подстилающей поверхности, поглощаетсолнечную энергию, испаряет влагу во всем объеме, увеличивает турбулент­ность воздушных потоков и, наоборот, создает вней застой воз­духа. Растительные покровы во многом определяют условия сне­гонакопления и свойства снежной толщи, а также по-разному удерживают влагу в почве, влияя таким образом на влагосодержание и теплофизические характеристики почвы.

Влияние растительного покрова (как теплоизолятора) на тем­пературный режим и глубину сезонного протаивания или сезонного промерзания пород оценить даже качественно значительно труд нее, чем дать оценку влияния снега. Объясняется это тем, что растительный покров изолирует почву не только от охлаждения в зимнее время (как снег), но и от нагревания в течение всего лета. Суммарный эффект этих двух влияний зависит от разницы значе­ний термических сопротивлений напочвенного покрова в зимнее и летнее время. В зимний период теплопроводность влажного орга­нического материала при его промерзании, как правило, суще­ственно повышается по сравнению с летними значениями. Кроме того, растительный покров может в зимний период уплотняться под действием тяжести снежной массы. В итоге термическое со­противление напочвенного растительного покрова зимой обычно ниже такового в летний период. Возможно и обрат­ное соотношение этих величин — например, при иссушении по­крова в предзимний период. Однако следует иметь в виду, что напочвенный покров за счет сокращения амплитуды колебаний температур на поверхности пород всегдауменьшает величину теплооборотов в породах В, тем самым сни­жая отепляющее влияние одного из наиболее мощных температурообразующих факторов — снежного покрова.

Степень влияния лесной растительности на температурный режим грунтов тесно связана с геоботанической зональностью. Чем больше поверхность фитомассы леса, зависящая от высоты, гус­тоты и сомкнутости основных его ярусов, тем меньше проникает солнечных лучей к поверхности почвы. Поэтому с увеличением сомкнутости крон в направлении с севера на юг роль лесов в фор­мировании среднегодовой температуры пород существенным об­разом меняется. В редколесьях лесотундры, редкостойных лесах и кустарниках северной тайги сокращение притока радиации к по­верхности почвы компенсируется уменьшением турбулентного теплообмена, а в условиях сильных ветров в них накапливается более высокий и рыхлый, чем на безлесных участках, снежный покров. В результате среднегодовая температура пород в северных лесах превышает температуру пород на безлесных участках. С увеличением сомкнутости крон сокращение прихода радиа­ции столь существенно, что уменьшение турбулентного обмена не может компенсировать его. При слабых ветрах, характерных для лесной зоны, высота снежного покрова (особенно в густых темнохвойных лесах) значительно меньше, чем на безлесных уча­стках. Поэтому в средней, южной тайге и в области развития та­лых пород, лес является охлаждающим факто­ром.

Травяной покров в меньшей степени изменяет теплообмен и температурный режим поверхности почвы с атмосферой. Суммар­ное тепловое влияние травянистой растительности на температурный режим пород может быть как отепляющим, так и охлаждающим, но не превы­шает долей градуса.

Влияние водного покрова.

Температурный режим пресных бессточных водоемов зависит от их глубины. В том случае, если глубина озера H превышает максимальную мощность льда Н_Л, которая всамых суровых усло­виях не превышает 2—2,5 м, то донные отложения круглогодично находятся в немерзлом состоянии. При этом в зависимости от раз­меров озера и среднегодовой температуры грунтов на прилегаю­щих участках под водоемом образуется либо сквозной талик (если ширина озера превышает удвоенную мощность мерзлых толщ), либо несквозной.

Водоем глубиной H меньшей, чем возможная в данном райо­не толщина льда, промерзает до дна, и донные отложения могут иметь как положительную, так и отрицательную среднегодовыетемпературы. Существует такая глубина водоема, при которой среднегодовая температура донных отложений будет рав­на 0°С. Эта глубина названа критической Hкр. При глубине водоема H_в, меньшей, чем критическая (H_в<Hкр) среднегодовая температура донных отложении ниже 0°С и они находятся в многолетнемерзлом состоянии. Летом они оттаивают на некоторую глубину, т.е. наблюдается сезонное протаивание донных отложений При глубинах водоемов, лежащих в диапазоне от критической Н до глубины, равной максимальной мощности льда Hk. т. е. при Hкр <Hв <Hл среднегодовая температура на поверх­ности донных отложений будет положительная, но в зимний пе­риод они промерзают на некоторую глубину. В данном случае будет наблюдаться сезонное промерзание донных отложений. Критическая глубина водоема определяется в основном климатическими характе­ристиками (температурой воздуха, мощностью снежного покрова ).

Температурный режим донных отложений под солеными озе­рами может не подчиняться указанным выше закономерностям, поскольку соленые воды, являясь более тяжелыми, погружаются вниз и охлаждаются, не замерзая при отрицательных темпера­турах. В таких случаях даже в летнее время температура на дне сильно минерализованных озер может быть отрицательной. В результате под такими солеными озерами, а также на мелководьях у побере­жий северных морей наблюдаются многолетнемерзлые или мо­розные донные отложения, хотя над ними может располагаться соленая вода в жидком виде, характеризующаяся отрицательной температурой.