Мерзлотные явления в земной коре (криолитология). Иркутская область

Мерзлотные явления в земной коре (криолитология). Иркутская область

Реферат выполнила Н.Власова

ИГУ, 1997

Вечная мерзлота Средней Сибири.

Вечная мерзлота - мерзлые горные породы, характеризующиеся температурой от 0 и ниже, содержащие в своем составе лед и находящиеся в таком состоянии в течение длительного времени - от нескольких лет до многих тысячелетий. 

Зона многолетней мерзлоты простирается до южных пределов Средней Сибири и уходит за ее границы, что существенно отличает среднюю Сибирь от Западной Сибири. Мерзлота как бы несет далеко на юг, в умеренные широты, полярные  условия формирования микрорельефа, роста растений, почвообразования и водного режима. В результате создаются противоречивые условия развития органического мира при холодных грунтах с холодными грунтовыми водами и высокими температурами почв и воздуха летом. 

В Средней Сибири наблюдается вечная мерзлота за исключением южной ее оконечности. Граница спускается от 60 параллели реки Енисей до Восточного Саяна, огибает его и спускается почти до истока Ангары, далее поднимается по Предбайкальской впадине, северной части Северо-Байкальского нагорья, Патомского нагорья к низовью реки Оленька, вдоль Алданского нагорья до среднего течения реки Алдан поднимается до 60 гр. с.ш. и уходит по границе Средней Сибири на север (вдоль устья реки Лена по западной оконечности Верхоянского хребта.)

По характеру распространения вечная мерзлота может быть разделена на три зоны по Сумгину 1937 г.  1) сплошная

2) мерзлота с островами талых грунтов 

3) островная - острова мерзлоты среди талых пород

Каждая из трех зон характеризуется различными мощностями и температурами мерзлотных толщ. При этом внутри зон мощности и температуры изменяются в направлении с севера на юг - мощности уменьшаются , температуры повышаются.

Зона сплошной вечной мерзлоты характеризуется наибольшими мощностями мерзлотных толщь - от 500 и более до 300 м. И самыми низкими температурами- от -10 и ниже до -2 градусов. Сплошная вечная мерзлота на Средне-Сибирском плоскогорье располагается к северу от Нижней Тунгуски, на всем Таймырском полуострове, островах архипелага Северная Земля.

В зоне, где среди вечной мерзлоты встречаются острова талых пород, мощности вечномерзлотных толщ иногда достигают 250-300 м., но чаще от 100-150 до 10-12 м. Температуры от -2 до 0 гр. Этот тип вечной мерзлоты имеется на Средне-Сибирском плоскогорье между реками Нижняя и Подкаменная Тунгусками, в южной части Лено-Алданского плато с мерзлотными грунтами мощностью до 60 м. 

Островная вечная мерзлота характеризуется малыми мощностями вечно-мерзлотных толщ от нескольких десятков метров до нескольких метров и температурами, близкими к 0 гр.

Мерзлотно - геологические районы вечной мерзлоты.

Северо-Таймырский район охватывает всю область нагорья Бырранга, вплоть до побережья Карского моря и моря Лаптевых. Находится в подзоне арктической тундры. Сложена палеозойскими метаморфическими осадочными и массивно-кристаллическими (граниты, траппы) горными породами интенсивно дислоцированными. В геотектоническом отношении представляет собой складчатое поднятие, осложненное надвиговыми дислокациями. Область преимущественного поднятия в четвертичный период.

Четвертичные образования представлены морскими, ледово- и ледниково-морскими галечниками, песками, супесями и суглинками (не выше 300 м. Над современным уровнем моря), моренными суглинками (главным образом в долинах верхних частей гор), маломощным аллювием разных фаций в речных долинах, маломощными озерными и болотными отложениями, широко распространенными солифлюкционными образованиями на обширных пологих склонах и различными грубообломочными гравитационными - на более крутых.

В вечномерзлотном состоянии находятся все типы указанных горных пород. В немерзлотном состоянии горные породы находятся лишь под дном глубоких обширных озер и под руслом глубоких рек (Пясина, Нижняя Таймыра).

Географическое положение района между 73 и 78 гр. с.ш. обуславливают повсеместность развития вечной мерзлоты, низкую температуру и большую мощность (более 400 - 500 м.) вечномерзлотных толщ.

Вечно мерзлое состояние коренных пород фиксируется наличием льда в тектонических трещинах. В четвертичных пойменных, озерных, болотных, солифлюкционных отложениях наблюдается сингенетический тип криогенного состояния. В торфяно-иловатых и суглинистых пойменных отложениях обычны массивные решетки полигонально-жильного льда, мощностью до 5-7-10 м. И более в зависимости от мощности пойменного аллювия, свидетельствующие о сингенетичности накопления осадков и льда.

Моренные суглинки местами могут заключать погребенный глетчерный лед. Морские и ледово-ледниково-морские суглинки и глины характеризуются ледяной решеткой эпигенетического типа. Плохая выраженность решетки отчасти обусловлена малой мощностью отложений (в случае озерных осадков), отчасти - интенсивным промерзанием морских отложений по мере спада морских вод, установления низкой температуры порядка -8 -10 гр. и ниже, исключавшей дальнейшую миграцию воды в мерзлой породе.

Температура вечномерзлотных толщ от -10 до -13 гр., возможно, ниже. Все мерзлые породы весьма плотные. Возраст наиболее древних вечномерзлотных тощ (морена, отчасти морские и ледово-ледниково-морские отложения) - средне- и верхнеплейстоценовый; более молодых (аллювий в долинах, озерные и болотные, а также солифлюкционные отложени) - позднеплейстоценовый или голоценовый.

Южно-Таймырский район совпадает с зоной лесотундры и тундры, охватывает территорию Таймырской низменности, которая в геотектоническом отношении представляет собой депрессию - область преимущественного опускания в течение мезо-кайнозоя. Район сложен мощной толщей четвертичных песчано-глинистых, торфяно-иловатых осадков (морских, ледово- и ледниково-морских, аллювиальных, озерных и болотных), подстилаемых мощной толщей песчано-глинистых третичных и мезозойских отложений. В восточной части района (Ноардвик, Хатанга) отложения соленосны.

Район отличается суровым климатом, тундровым ландшафтом и относительно однородными мерзлотными условиями, так как вытянут сравнительно узкой полосой в широтном направлении (отсутствие существенных зональных изменений). Распространение вечной мерзлоты практически сплошное, талики - лишь под дном глубоких озер и под руслом глубоких рек, например Хатанги, Пясины. Мощность ее достигает 400-500 м. и более.

Вечномерзлые морские, ледово- и ледниково-морские глины  и суглинки, а также некоторые озерные суглинки характеризуются криогенным строением эпигенетического типа и с не столь четким разреживанием ледяных шлиров, вследствие интенсивного промерзания их по мере спада вод и осушения (миграция воды быстро прерывалась замерзанием; установившаяся низкая температура замерзших толщ порядка -7, -9 гр. исключала дальнейшую миграцию воды в мерзлотных толщах). 

Широко распространенные на низменности аллювиальные, особенно пойменные, мелководные озерные и болотные торфяно-иловатые, суглинистые и супесчаные мерзлые отложения повсеместно характеризуются сингенетическим типом строения, т.е. равномерным распределением по глубине мелкой льдистой сетки. В торфяно-иловатых и суглинистых пойменных образованиях надпойменных и современных пойменных террас обычны массивные решетки полигонально-жильного льда, достигающие мощности 10м. и более. В восточной части района, в низовьях р. Хатанги, полигонально-жильный лед в пойменных отложениях с фауной мамонта достигает мощности 40 м.

Температура вечнопмерзлотных толщ -8, -10 гр.. Возраст мерзлых, ледово- и ледниково-морских суглинков позднеплейстоценовый. Мерзлые аллювиальные, озерные и болотные отложения с полигонально-жильным льдом имеют голоценовый возраст. Мощные аллювиальные образования с полигонально-жильным льдом (до 40 м.) в восточной части района, по-видимому, имеют более древний средне- и верхнеплейстоценовый возраст.

Северо-Тунгусский район охватывает северную часть Средне-Сибирского плоскогорья (к северу от долины реки Подкаменной Тунгуски). Район находится в пределах разреженной тайги, а также характеризуется обширными участками тундры на возвышенных плато. В геотектоническом отношении представляет собой северную часть Сибирской платформы, область преобладавшего поднятия в четвертичный период. Район представлен в основе своей метаморфизированными осадочными свитами палеозоя, слабо нарушенными, прорванными пластовыми интрузиями траппов. 

Четвертичные отложения представлены чаще маломощными (в несколько метров), реже мощными (в несколько десятков метров) ледниковыми моренами к северу от долины Нижней Тунгуски, солифлюкционными и делювиальными суглино-супесями с щебнем и глыбами коренных пород на склонах, элювиальными, в основном глыбовыми россыпями коренных пород на плато и террасовым русловым песчано-галечным и пойменным мелкопесчано-иловатым и суглинистым аллювием - в долинах. Аллювий иногда достигает несколько десятков метров мощности. Озерные и болотные иловатые суглинки и торф занимают подчиненное место. 

Вечномерзлое состояние свойственно всем типам четвертичных и дочетвертичных горных пород. В коренных породах оно фиксируется присутствием льда в тектонических трещинах. Валунные суглинки содержат мелкие шлиры и гнезда льда, а также крупные остаточные глыбы погребенного глетчерного льда (Норильские горы). Солифлюкционные и делювиальные суглино-супеси со щебнем коренных пород на склонах нередко характеризуется сингенетическим типом строения - тонкими горизонтальными и вертикальными шлирами льда в пределах всего пласта. 

Мерзлый песчаный аллювий в речных долинах представляет собой породу с массивной криогенной текстурой; пойменные супесчаные и иловато суглинистые разности аллювиальных отложений характеризуются мелкослоистой и мелкосетчатой криогенной текстурой. Присутствие в пойменном аллювии мощного полигонально-жильного льда указывает на сингенетичность накопления осадков и мерзлоты.

Озерные и болотные иловатые и торфянистые отложения, ограниченные в своем распространении, обычно характеризуются сингенетическим типом строения, т.е. мелкослоистой и мелкосетчатой криогенной текстурой, выраженной по глубине. В некоторых озерных суглинках наблюдается разреживающаяся с глубиной решетка из льда, возникшая в следствии промерзания осадков, ранее формировавшихся в глубоком озере, долго не промерзавшем до дна (эпигенетический тип).

Температура вечномерзлых горных пород меняется от -2 на юге района, до 6, -7 гр. ниже ноля на севере. Все мерзлые породы плотные. Мощность вечномерзлых почв меняется с юга на север от 200-250 до 400 м. и более.

Возраст вечномерзлотных толщ на плато и высоких надпойменных террасах в речных долинах - плейстоценовый; на низких террасах и современной пойме - голоценовый. Вечномерзлые моренные образования с погребенным глетчерным льдом - наследие ледникового времени.

Лено-Вилюйский район охватывает Ленскую и Вилюйскую аллювиальные равнины. В основе сложен главным образом кембрийскими и юрскими песчано-глинистыми, известняковыми и песчано-глинистыми, известняковыми и песчаниковыми отложениями платформенного типа. Третичные песчано-глинистые отложения миоцена или плиоцена встречаются эпизодически.

Четвертичные отложения представлены аллювием разных фаций, от русловой песчано-галечной до пойменной-суглинистой и глинистой с растительными осадками и полигонально-жильным льдом. Аллювий слагает как древние террасы, обычно с цоколем из дочетвертичных пород, превышающие современный уровень Лены и Вилюя на 120 м. и более и имеющие несомненно плейстоценовый возраст, так и более низкие, позднеплейстоценовые и голоценовые, вплоть до современной поймы.

Кроме того, имеются маломощные делювиальные суглинистые отложения на склонах и маломощные иловатые аласные вторичные образования, т.е. пойменный аллювий, переотложенный в следствие термокарста. Торфянистые болотные отложения очень маломощны и весьма ограничены в своем распространении.

Весь район характеризуется суровым, резко континентальным климатом с очень суровой малоснежной зимой, вследствие чего распространение вечной мерзлоты повсеместное (кроме подрусловых полос и днищ глубоких озер), мощность вечномерзлых толщ превышает 250-300 м., температура в пределах от -2 до -6 гр. В вечномерзлом состоянии находятся все типы отложений. Все они весьма плотны вследствие низкой температуры.

Наиболее характерным является присутствие широко распространенного мощного, до 20 м. и более, полигонально-жильного льда в суглинках пойменной фации в составе всех террас, за исключением первой надпойменной и современной поймы.

Мощность сингенетического полигонально-жильного льда соответствует мощности пойменного аллювия. Криогенная текстура пойменного суглинка является или массивной, или мелкослоистой и мелкосетчатой (сингенетический тип).

Делювиальные, аласные и озерно-болотные отложения также характеризуются криогенной текстурой сингенетического типа. Иногда озерно-болотные, а отчасти аласные отложения характеризуются разреживающейся льдистой решеткой эпигенетического типа. Обычны ледяные ядра в многолетних (бугуняхи) и сезонных буграх пучения, чаще всего приуроченных к аласам.

Возраст вечномерзлых толщ наиболее высоких террас равнины -плейстоценовый, более низких террас - средне- и верхнеплейстоценовый и самой низкой надпойменной террасы и современной поймы - гоглоценовый. Присутствие полигонально-жильного льда, синхронного террасовым осадкам, позволяет считать возраст вечной мерзлоты Центральной Якутии, вопреки часто высказываемым мнениям, достаточно древним - раннеплейстоценовым. Чем моложе терраса, тем моложе вечная мерзлота.                         

Южно-Тунгусский район охватывает южную часть Средне-Сибирского плоскогорья. Район таежный. В геотектоническом отношении относится к Среднесибирской платформе. Северной границей района условно считается долина реки Подкаменная Тунгуска. Район представлен в основе своей плотными метаморфическими осадочными свитами палеозоя, слабо нарушенными, прорванными пластовыми интрузиями траппов. 

Четвертичные отложения представлены маломощными делювиальными образованиями на склонах и террасовым русловым песчано-галечным и пойменным суглинистым лессовидным аллювием - в долинах. Иногда мощность аллювия достигает нескольких десятков метров. Поверхность плоских или пологоволнистых водоразделов плоскогорья часто перекрыта маломощным суглинисто-щебнистым элювиально-делювиальным чехлом. 

В вечномерзлом состоянии находятся как четвертичные, так и дочетвертичные образования. Распространение вечномерзлых толщ островное, сугубо локальное. Вечномерзлое состояние коренных дочетвертичных пород определяется присутствием льда в трещинах. Мерзлые четвертичные аллювиальные и прочие отложения характеризуются сравнительно малой льдистостью, отчасти по причине преимущественно песчаного их состава. В немногих местах, где развиты бугристые торфяники, наблюдается разреживающаяся эпигенетическая решетка из льда в подстилающих торф озерных суглинках, если они достаточно мощны.

По направлению с запада на восток увеличивается сплошность распространения вечномерзлых пород, понижается их температура. Мощность вечномерзлых толщ на западе района не превышает 100 м., на востоке - возможна и большая. Температура мерзлых пород от0 до -1, -1,5 гр.

Возраст вечной мерзлоты в отдельных местах на плато, на высоких надпойменных террасах рек возможно плейстоценовый; на низких террасах  - голоценовый.

Список литературы

А.И. Попов. Мерзлотные явления в земной коре (Криолитология). Из-во Московского Университета, 1967.