Структуры и текстуры пород криолитозоны.

Наиболее распространенный вид подземных льдов – лед, образующий мелкие включения в горной породе и как бы пропитывающий ее. Размеры и форма этих включений, их распределение в пространстве зависят от состава и структурно-текстурных особенностей горных пород, их влажности перед промерзанием и способа промерзания.

Выделяют два основных типа криогенных текстур – массивную, когда лед цементирует частицы грунта, и шлировую, когда лед образует шлировые прослойки. Шлировая криогенная текстура может быть слоистой и сетчатой (ячеистой, решетчатой или блоковой).

Массивная криогенная текстура характерна для толщ песчаного и более крупнозернистого состава, а также для обезвоженных перед промерзанием глин и алевролитов. В зависимости от количественных соотношений обломков и льда-цемента, как ив обломочных (терригенных) горных породах среди массивных криогенных текстур различают базальную, поровую, пленочную, контактную, а также корковую и порфировую. Криотекстура называется корковой, когда лед покрывает в виде корок крупные обломки.

Типичной разновидностью озерных отложений криолитозоны являются «ленточные»» глины и алевролиты, состоящие из ритмичного чередования парных прослоев –«лент», нижнюю часть которых обычно составляет более песчанистый светлый, а верхнюю – более глинисты темный слой. Промерзая в донных условиях такие ленточные глины пронизываются, словно арматурой, ледяным каркасом, приобретая совсем иной облик. Горизонтально ориентированные прослойки льда в них соответствуют поверхностям напластования, а вертикальные – трещинам уплотнения (похожим на трещины усыхания), образовавшимся в процессе криогенного обезвоживания пород. Иногда озерные отложения настолько насыщаются льдом, что отдельные их блоки как бы «плавают в ледяной массе. Таким образом лед может стать основной составляющей своеобразных осадочных горных пород, классификация которых пока не разработана.

Удивительный феномен природы криолитозоны – подземные ледяные жилы. Этот термин собирательный. Под ним понимаются как вертикально ориентированные скопления подземного льда клиновидной формы, так и более сложных форм –языковидной, сложной с пережимами и т.д. Их протяженность варьирует от 3=2-3 до 70-80 м, при мощности до 8-10 м. Эти жилы формируются в результате морозного растрескивания мерзлых ьгрунтов и замерзания в этих открытых морозобойных трещинах затекающей туда весной воды вместе с набившимся еще зимой снегом. Важный признак и индикатор способа формирования таких ледяных жил – их полигональное расположение в плане. Если взглянуть на них сверху, видно, что они образуют решетку, ограничивающую полигоны с четырьмя, реже пятью углами, имеющие размеры от 10-145 до 30-50 м в поперечнике. Они являются следствием первичного полигонального расположения морозобойных трещин. Процесс образования морозобойных трещин сходен с процессом возникновения трещин усыхания, только размеры полигонов значительно крупнее в первом случае. Дело в том, что при сильном охлаждении мерзлых грунтов они сжимаются и разбиваются трещинами, имеющими ширину до 3-5 см, хорошо заметными на поверхности земли. Иногда такие трещины проходят под жилыми и хозяйственными постройками, а иногда даже расщепляют стволы деревьев. Глубина вертикального проникновения трещин может достигать 10-12 м, а ширина их раскрытия в верхней части максимальна в середине зимы. В следующую зиму морозобойные трещины пройдут точно по середине прошлогодних, так как чистый лед поддается морозному растрескиванию легче, чем сцементированная льдом мерзлая горная порода. Все последующие ледяные жилы также будут проходить через предыдущие, расширяя их. Таким образом, ледяные жилы «растут» в длину и ширину. Сначала каждая такая жилка невелика и имеет вытянутую клиновидную форму. Но вконечном итоге образуются относительно крупные и широкие ледяные клинья.

Явления, связанные с образованием подземного льда в криолитозоне – «бугры пучения» и термокарст.

Давно известны криогенные дислокации горных пород в крупных буграх пучения, выраженных в рельефе местности в виде куполов на плоской поверхности. Внутри каждого такого купола находится ледяное ядро, которое возникло в результате напорного или безнапорного перемещения туда влаги. Их называют также гидролакколитами (водяными лакколитами) по аналогии с магматическими образованиями. Высота бугров пучения колеблется от первых метров до нескольких десятков метров. Среди бугров пучения выделяются сезонные и многолетние. Сезонные бугры пучения имеют слабовыпуклую в разрезе и округлую в плане форму. Их высота обычно не превышает 2-3 м,Ю а ширина -3-5 м. Они обычно приурочены к подножиям обводненных склонов, плоскодонным заболоченным долинам небольших речек и ручьев. Они образуются в осеннее-зимний сезон и следующим летом, как правило, разрушаются (реже существуют в течение нескольких лет). На завершающих стадиях роста таких бугров их мерзлая кровля лопается. Обычно это происходит весной. Из ядра бугра вытекает вода и внутри него возникают воздушные полости или камеры с ледяными сводами высотой до 3 м. В лопнувших сезонных буграх пучения, летом начинающих активно таять и разрушаться хорошо видно их внутреннее строение. После полного протаивания сезонных бугров пучения на их месте возникают небольшие озерки.

Многолетнте бугры пучения имеют значительно более крупные размеры, чем сезонные. Их высота 10-70 м, а поперечник –от нескольких десятков до 200-300 м. Они возникают в местах выхода на дневную поверхностьнапорных подземных вод или на днищах спущенных и полуспущенных озерных котловин –аласов и хасыреев. В Якутии такие бугры пучения называются булгунняхи, а на севере Северной Америки – пинго. В ядрах таких огромных бугров пучения обычно залегают линзы чистого белого монолитного льда, подошва которых находится на 10-15 м ниже окружающей местности. Иногда по трещинам в куполе бугра происходит излияние воды или водно-грунтовой смеси (плывуна» и бугор пучения првращается в гидровулкан. Известны случаивзрывов крупных бугров пучения в результате скопления внутри них газов, образующихся при разложении органического вещества, всегда присутствующего в озерно-болотных отложениях. Взрывы сопровождаются выбросами обломков мерзлой кровли, фонтанами воды или жидкой грязи высотой в несколько метров. Скорость роста крупных бугров пучения иногда превышает 0,5 м в год, но обычно они растут со скоростью 1,5-2,5 см в год. Процесс роста таких бугров по оценкам разных специалистов продолжается от нескольких десятков до нескольких сотен или даже 1-1,5 тысяч лет. На заключительных стадиях развития крупных бугров пучения их кровля тоже (как и у сезонных) лопается, в ней возникают радиальные трещины, вдоль которых летом внутрь бугра проникает теплый воздух и дождевая влага, в связи с чем ледяное ядро бугра начинает таять. Со временем на месте такого бугра возникает глубокая воронка, заполненная водой.

Существуют и бугры пучения, образующиеся в результате шлирового льдовыделения в в глинистых и торфяно-глинистых отложениях. Крупные миграционные многолетние бугры пучения обычно связаны с торфяниками. Они могут быть плоско- и выпуклобугристыми. Первые образую площадные скопления, а вторые встречаются в виде одиночных форм рельефа, цепочек и небольших групп. Плоские торфяные бугры –результат расчленения вдоль морозобойных трещин единых массивов торфяников.

Термоэрозия, термоабразия и термокарст. Термоэрозия связана с разрущшающим и отепляющим воздействием водных тпотоков. Термоабразия –совокупное механическое и термическое разрушение берегов под действием волн, отепляющего влияния воды и солнечных лучей. В процессе термокарста происходит своеобразное «растворение» льда водой вследствие ее отепляющего воздействия на мерзлые толщи. На земной поверхности образуются различные понижения в вмиде канав, воронок, котловин. Наибольшее распространение в криолитозоне имеют процессы термокарста, термоэрозии и наименьшее – термоабразии, которая проявляется локально только вдоль крутых морских, озерных и речных берегов.

Площадь озерных водоемов в тундре нередко достигает 80%. В пороцессе термокарста небольшие озерки углубляются, расширяются, соединяются между собой и превращаются в крупные озерные котловины. С вытаиванием ледяных жил большой вертикальной протяженности связано образование глубоких колодцев с расширенным котлованом внизу. На побережье Чукотки в районе залива Креста Берингова моря установлено современное проявление термокарста, связанного с вытаиванием линзы слоистого льда. В связи с этим за 8-10 лет на ровной поверхности морской равнины образовалась западина площадью в несколько сотен квадратных метров и глубиной 8-10 метров.

Одним из наиболее известных обнажений, в котором наблюдается сложно построенная пластовая залежь подземного льда и термокарст является обнажение «Ледяная гора» на првом берегу р. Енисей, почти точно в том месте, где река пересекает Северный полярный круг. На дне термоцирка и в нижней части его стенок постепенно вытаивает ледяная залежь мощностью 30-40 м! Площадь ее по подсчетам Е.Г. Карпова около 66 тыс кВ. м, а общий объем льда составляет не менее 1 млн. куб. м. Пластовая залежь льда подстилается метровым слоем темно-серого плотного суглинка с галькой и валунами.

После полного или частичного протаивания льдистых мерзлых толщ возникают характерные образования как в рельефе, так и в самих отложениях. В осадочных породах это прежде всего так называемые грунтовые псевдоморфозы по вытаявшим ледяным жилам. Подобные псевдоморфозы распространены далеко за пределами современной криолитозоны. Поэтому можно утверждать, что в недалеком геологическом прошлом мерзлые толщи были распространены до южных границ Русской равнины и Западно-Сибирской низменности, охватывая даже Северный Казахстан. На основании изучения грунтовых псевдоморфоз выделяют фазы потепления и похолодания климата.

Общими отличительными чертами грунтовых псевдоморфоз является их полигональное расположение в плане, близкие размеры полигональной решетки, отгибание слоев вмещающих отложений на контактах не только вниз, гно и вверх. В процессе вытаивания ледяных жил и выполнения грунтом образовавшегося пространства происходит проседание, а иногда и обрушение пород вокруг, а также облекающее выцполнение жил слоями более молодых отложений. Как и ледяные жилы, псевдоморфозы по ним обычно имеют форму клина или языка.