9. Выпучивание (вымораживание) твердых тел в рыхлых отложениях

процессы пучения рыхлых отложений зависят от температурного режима на поверхности и условий промерзания почвогрунтов, а также от их влажности, состава и характера сложе­ния. чем более влажные грунты, тем больше они увеличиваются в объеме или пучатся при промерзании в пределах СМС и СТС. При оттаивании объем грунтов с высокой влажностью существенно уменьшается и приводит к осадке, как самих пород, так и расположенных на них зданий и сооружений. Такие процессы се­зонного пучения и осадки сопровождаются вымораживанием (вы­пучиванием) крупных твердых тел (валуны, глыбы, столбы и др.), находящихся в пределах СТС и СМС.

Выпучивание происходит за счет большей теплопроводности валунов из скальных и полускальных пород (железобетонных стол­бов и других подобных изделий) и малых потерь тепла на фазовые превращения воды под ними. В связи с этим нулевые или отрица­тельные температуры под крупными твердыми телами формируются гораздо быстрее, чем в окружающих дисперсных грунтах. Это обуславливает интенсивное льдовыделение непосредственно под ка­менным материалом. Формирующийся сегрегационный лед выталкивает камни, столбы и другие твердые тела наверх. Вытаивание льда в полости под твердым телом сопровождается ее частичным заполнением окружающим дисперсным грунтом, что приводит только к частичной осадке валунов или столбов. Многолетние цик­лы вымораживания (выпучивания) каменного материала в дисперс­ных грунтах приводят к образованию каменных россыпей на днев­ной поверхности. Подобные скопления камней часто формируют каменные потоки, или курумы, которые сползают вниз по склону по подстилающим высокольдистым супесям и суглинкам.

Выпучивание камней на поверхность сопровождается их интен­сивным морозобойным физическим выветриванием. Совместное дей­ствие этих процессов приводит к образованию структурных своеобраз­ных форм: «каменных венков», «сортированных» полигонов, пятен-медальонов с валиками из щебня с супесчаным заполнителем и др.

10. Бугры пучения

В результате ежегодного промерзания дисперсных пород фор­мируются многолетние бугры пучения за счет процессов повышен­ного льдовыделения неглубоко от поверхности на ограниченных участках. Повышенное льдообразование происходит при миграции воды и влаги к фронту промерзания в условиях открытой системы (миграционные бугры), или же за счет скопления преимуществен­но инъекционного льда в условиях закрытой системы под действием возрастающего гидростатического давления в промерзающих водонасыщенных породах (инъекционные бугры).

Миграционные бугры часто связаны с участками сингенетичных мерзлых пород, с промерзанием подозерных или пойменных сквозных таликов, а также с участками развития холодных торфяников. Рост миграционного бугра пучения во всех этих случаях обу­словлен интенсивным выделением сегрегационного льда у фронт промерзания. При этом зимние ветры сдувают снег с поверхности бугра, что приводит к понижению его температуры, росту мощности высокольдистых пород и соответственному увеличению высоты бу­гра. Ядро бугра обычно сложено супесчаными или суглинистыми породами, объемная льдистость которых достигает 60 %, что значи­тельно превышает их полную влагоемкость в талом состоянии. Вы­сота многолетних миграционных бугров пучения редко превышает 3 м, но площадь их в основании достигает нескольких десятков и даже сотен метров. В западной Сибири на торфяных массивах раз­виты так называемые «площади пучения» площадью до нескольких км. кв.

При промерзании подозерных таликов в условиях закрытой системы также образуются многолетние бугры пучения. В России они носят якутское название «булгунняхи», эскимос­ское — «пинго». Подозерные талики начинают промерзать при об­мелении небольших озер, В случае промерзания несквозного талика создается замкнутая система, в которой грунтовые воды приобрета­ют криогенный напор. Благодаря гидростатическому давлению кровля М.МТ в наиболее слабом месте выгибается, образуя много­летний бугор пучения (булгунняхи) с ядром из инъекционного льда. Такой булгуннях растет от нескольких десятков до сотен лет, и его ядро постепенно увеличивается за счет многократного внедрения воды из водоносного талика. Диаметр булгунняхов в основании обычно 100—200 м, а их высота зависит от количества воды в замк­нутой системе и может достигать 12 м, реже 30—40 м. Ледяное ядро инъекционных бугров пучения при их протаивании м.б. очагом зарождения термокарстовых просадок.

При определенных условиях однолетние миграционные и инъ­екционные бугры пучения могут образовываться даже в пределах СТС и СМС, но в этом случае их высота не более 1 м и ширина в основании до 6 м.

Инъекционными буграми пучения также являются так называе­мые гидролакколиты, образующиеся на участках разгрузки напор­ных подземных вод или же по периферии наледей за счет избыточ­ного гидродинамического напора. Мощность перекрывающих гид­ролакколиты отложений редко превышает 1 м, что соответствует средней глубине сезонного промерзания или оттаивания пород. В связи с этим гидролакколиты являются периодическими образова­ниями, разрушаясь летом и возникая зимой.

ПОЛИГОНАЛЬНО-ЖИЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ

Полигонально-жильные структуры имеют широкое распростра­нение в области ММТ и образуются в результате морозобойного растрескивания горных пород. К ним относятся, прежде всего, по­вторно-жильные льды различных размеров и форм (клиновидно-жильные, полигонально-жильные), среди которых выделяют первичные и вторичные структуры. Первичные клиновидные и полиго­нальные жильные структуры связаны с многократно повторяющимися процессами периодического замерзания и оттаи­вания морозобойных трещин. Вторичные полигонально-жильные структуры образуются в результате постепенного оттаивания и за­мерзания первичных, содержащих подземный лед.

Полигонально-жильные структуры могут быть сингенетиче­скими, т. е. формироваться одновременно с накоплением отложе­ний, или же эпигенетическими, когда их образование происходит в уже сформировавшихся породах при повышении суровости клима­тических условий. В первом случае морозобойные жильные струк­туры - конституционным компонентом чет­вертичных отложений, формирующихся в условиях многолетнего или глубокого сезонного промерзания.

Глубина проникновения жильных структур находится в опреде­ленной зависимости от температурных условий на поверхности мерз­лых пород. При небольших отрицательных значениях средней темпе­ратуры на поверхности и в верхних слоях горных пород морозобой­ные трещины располагаются в пределах СТС и СМС. Понижение средней температуры приводит к увеличению глубины проникнове­ния трещин и постепенному их внедрению в ММТ. Следовательно, существует природный температурный контроль за размерами и глубиной жильных структур, который обуславливает мерзлотно-температурную зональность в развитии морозобойных трещин.

Система морозобойных трещин образует полигоны различной формы и размеров. Максимальная ширина полигонов достигает 60 м. Более мелкие полигоны с поперечником от 20 см до 1,5 м образуются в СТС и СМС. В массивах однородных пород при наличии ориенти­рующей вертикальной поверхности (бровка террасы, береговая линия водоема или водотока) морозобойные полигоны часто имеют форму правильных тетрагонов, а при отсутствии ориентирующей поверхно­сти полигоны имеют гексагональные формы. В неоднородных поро­дах формируются полигоны неправильной формы.

В пределах СТС и СМС при понижении температуры на по­верхности происходит формирование так называемых изначально-грунтовых жил. Они образуются в результате процессов много­кратно повторяющегося растрескивания существующих горных по­род, заполнения этих трещин водой, ее сезонного замерзания и от­таивания и постепенного выполнения образующейся полости сильновлажной вмещающей породой. Подобные образования обычно относятся к эпигенетическим. Глубина их проникновения в сезонно-талый или мерзлый слой в гравийно-галечных и песчаных отложе­ниях не превышает 2,5 м, в тонкозернистых и пылеватых песках — 1,8 м. Размеры образованных грунтовыми жилами полигонов изме­няются от 0,5 до 40 м.

В условиях дальнейшего понижения средней температуры на по­верхности пород образуются повторно-жильные льды, которые в основном определяют льдистость континентальных поверхностных четвертичных отложений мерзлой зоны. Эти образования формиру­ются в течение многих лет и имеют двухъярусное строение. Верхний ярус находится в пределах СТС и по существу является грунтовой жилой, а нижний — проникает в ММТ и представляет собой типич­ную ледяную жилу. Повторно-жильные льды в условиях сурового климата высоких широт нередко являются сингенетическими образо­ваниями и в пределах северных озерно-аллювиальных равнин форми­руют особые толщи отложений — ледовый комплекс. Мощность та­ких ледяных жил здесь достигает 60 м, а общая льдистость породы доходит до 90 % по объему, что обуславливает широкое развитие термокарста. Подобные толщи образовались в верхнем плейстоцене на территориях арктических низменностей Северо-востока России, Северной Америки и в Центральной Якутской низменности.