 |
Государственный университет имени М.В.Ломоносова
|
|
|
|
Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции
И ордена Трудового Красного Знамени
Государственный университет имени М.В.Ломоносова
Термокарст и его прогнозирование
студентки группы 326
Новак Александры Владимировны
Преподаватель
Гарагуля Л.С.
Москва, 2012
Большинством авторов под термокарст ом понимается процесс вытаивания подземных льдов, сопровождаемый просадками поверхности и образованием замкнутых провальных форм рельефа. По исследованиям А.И.Попова возникновение термокарста обусловлено увеличением деятельного слоя, при котором начинают оттаивать сильнольдистые породы (или льды) и происходит понижение поверхности, ведущее к дальнейшему увеличению протаивания.
Условно развитие термокарста можно разбить на три стадии.
В первую под влиянием изменений внешнего теплообмена происходит увеличение глубины сезонного оттаивания пород, при котором оттаивают сильнольдистые ММП и образуется просадка поверхности, заполненная водой. Прогрессивное развитие термокарста на этой стадии возможно, если увеличение просадки и глубины озера идет настолько быстро, что глубина сезонного оттаивания оказывается всегда больше глубины залегания льдонасыщенных пород вплоть до того момента, когда на поверхности дна среднегодовая температура перейдет в область положительных значений.
Вторая стадия характеризуется тем, что глубина озера начинает превышать критическую величину, при которой среденегодовая температура на поверхности дна становится равна нулю. Дальнейшее развитие процесса происходит при положительной температуре поверхности дна, т.е. при многолетнем оттаивании мерзлых пород и образовании подозерного талика. В случае, когда площадь образующегося озера достаточно велика, под ним образуется сквозной талик.
|
|
|
В природных условиях эти процессы идут значительно сложнее, что связано с особенностями динамики климатических факторов, с криогенным строением и условиями залегания сильнольдистых пород и подземных льдов, формированием бронирующего слоя, ландшафтными условиями и криоморфологическими процессами.
Формы термокарстовых образований зависят от морфологии ледяных включений, генезиса, состава и мощности сильнольдистых пород, рельефа поверхности.
Кудрявцев В.А. по условиям развития выделял два вида термокарста. К первому он отнес процесс образования термокарстовых озер и заболоченных понижений поверхности, ко второму – процесс образования сухих дренируемых карстовых просадок. Образование озер происходит в результате прогрессивного развития процесса, которое обусловлено не только климатическими факторами, но и тепловым влиянием на оттаивающие породы формирующего водоема. Сухой термокарст обычно носит затухающий характер, так как его развитие зависит только от климатических факторов. Однако Кудрявцев не исключал возможность прогрессивного развития процесса в условиях дренирования поверхности, если в слой сезонного оттаивания включаются мноминеральные залежи подземного льда. Начало развития термокарста Кудрявцев связывал либо с увеличением глубины сезонного оттаивания, при котором начинают оттаивать льдонасыщенные породы, либо с многолетним оттаиванием льдосодержащих отложений.
Причиной развития термокарста могут стать потепление климата, увеличение его континентальности, влажности, увеличение высоты снежного покрова, затопление поверхности водой, заболачивание, интенсивная денудация. Также следует отметить, что к прогрессивному развитию термокарста может привести заболачивание поверности на территориях, испытывающих опускание в связи с новейшими тектоническими движениями в условиях избыточного увлажнения. И без потепления климата.
|
|
|
Мухиным и Томирдиаро отмечалась роль полигонально-валикового рельефа (формирующегося во время роста повторно жильных льдов) в развитии термокарста. Увеличение высоты грунтовых валиков способствует накоплению слоя воды в полигональных понижениях, образующих своеобразные замкнутые (бессточные) ванны, в которых благодаря застаиванию воды происходит уничтожение мохового покрова и оголение минерального грунта. Особенно это характерно для субарктического пояса, где наблюдается избыточное увлажнение поверхности.
Существуют и другие точки зрения на возникновение термокарста, рассматривая которые можно придти к общему выводу: термкарстовые озера возникли там, где неглубоко залегали мощные льдонасыщенные толщи пород, и где на поверхности могла скапливаться вода, под влиянием которой происходило повышение среднегодовой температуры подстилающих пород и увеличение глубины сезонного оттаивания.
Для развития термокартса существенное значение имеет размер площади, на которой возникают условия, благоприятные для развития процесса.
При хозяйственном освоении территории развитие термокарста наиболее часто связано со снятием растительного покрова, с изменением дренированности поверхности и тепловым влиянием сооружений. В том случае, когда растительность является охлаждающим фактором, его снятие может привести к прогрессивному развитию процесса или к временной его активизации. Осушение поверхности при строительстве всегда приводит к затуханию термокарста, если при этом не меняется знак среднегодовой температуры пород. Развитие термокарста под тепловыделяющими сооружениями определяется размерами чаш оттаивания пород и скоростью отжатия из них влаги, зависящей от строения разреза и контура чаши оттаивания.
На основании вышесказанного оценка развития термокарста на исследуемой территории может быть дана следующим образом:
1. По данным мерзлотной съемки выделяются участки с различным строением ММТ в разрезе и различной глубиной залегания сильнольдистых ММП и мономинеральных залежей льда. По данным аэрофотоматериалов и полевых наблюдений изучаются существующие формы проявления термокарста и их приуроченность к конкретным мерзлотно – грунтовым и геоморфологическим условиям, на основании чего определяются причины и время возникновения термокарста, выявляются стадии развития различных, связанных с этим процессом форм микрорельефа – начальная, Развивающаяся или затухающая.
|
|
|
2. Прогнозируются изменения температурного режима ММП и глубин их сезонного или многолетнего оттаивания исходя из динамики климата и нарушений природных условий при строительстве. Глубина многолетнего оттаивания в этом случае может быть определена по формуле Стефана и по методу Редозубова.
3. При сопоставлении глубины залегания сильнольдистых пород и льда с прогнозируемой глубиной их сезонного оттаивания определяются участки, потенциально опасные с точки зрения возможности развития сезонного термокарста. Динамика процесса, формы его проявления могут быть качественно оценены на основе изучения тенденции изменения среднегодовой температуры воздуха и характером изменения ксловий теплообмена при освоении территории по аналогии с наблюдаемыми формами термокарста в конкретных мерзлотных и геолого – геоморфологических условиях. В зависимости от рельефа оценивается возможность образования водоемов, способствующих прогрессивному развитию термокарста.
Прогноз техногенных карстовых просадок по аналогии с другими процессами наиболее эффективен на основе типизации территории по факторам и условиям, обусловливающим возможность его возникновения и особенности проявления в рельефе. К ним относятся: 1)глубина залегания подземных льдов и сильнольдистых ММП; 2)динамика температурного режима и увеличение глубины сезонного или многолетнего оттаивания мерзлых пород; 3) генезис, состав, льдистость, криогенное строение мерзлых пород; 4) свойства оттаивающих пород; 5) рельеф поверхности. Кроме того, большое значение для прогнозирования термокарста имеет соотношение площади территории, на которой создаются благоприятные для возникновения и развития процесса условия теплообмена, и глубины залегания льдистых горизонтов пород или льда.
|
|
|
Для того чтобы определить, какой вид техногенного воздействии может стать причиной развития процесса, необходимо установить с помощью расчетных методов, приведут ли предполагаемые техногенные воздействия к повышению среднегодовой температуры поверхности и увеличению глубины сезонного оттаивания или к смене знака и многолетнему оттаиванию.
Если техногенные воздействия приведут к увеличению глубины сезонного оттаивания пород, то затем следует решить серию задач (при известных показателях состава и свойств отложений и в первую очередь льдистости мерзлых пород и тепловой осадки, набухания, размокания и фильтрационных свойств их при оттаивании), включающую: 1) расчет влияния ширины участка с измененными условиями поверхностного теплообмена на изменение температурного режима пород в разрезе;
2) расчет изменения температурного режима пород и глубины оттаивания при нарастании просадки поверхности, сопутствующей увеличению глубины оттаивания как под влиянием техногенного воздействия, так и последующего изменения tcр в связи с изменяющимися условиями теплообмена по мере роста просадки.
Решение этих задач позволит дать ответ на вопрос: приведет ли техногенное увеличение глубины сезонного оттаивания пород к прогрессивному развитию процесса, связанному со сменой знака среднегодовой температуры на глубине кси. Если приведет, то для прогнозирования термокарста следует рассчитать глубину многолетнего оттаивания отложений с учетом ширины участка с tп>0C и определить соответствующее этой глубине, составу, льдистости и свойствам пород величину тепловой осадки.
При относительно глубоком залегании подземных льдов или сильнольдистых мерзлых пород (на глубине более 1-2 м от подошвы СТС) термокарст развивается только при смене знака среднегодовой температуры пород и их многолетним оттаивании. В этом случае при прогнозировании термокарста необходимо определить, достигнет ли граница оттаивания поверхности льда или льдистого горизонта (в зависимости от температурных условий на поверхности участка его ширины и температурных условий в окружающей среде). Если да, то определяется динамика глубины оттаивания льдистого горизонта (льда) и рассчитывается соответствующая тепловая осадка пород. В зависимости от глубины залегания льдистого горизонта и суммарной величины осадки оценивается величина просадки поверхности.
|
|
|
