III. 11. Закономерности формирования

НАЛЕДЕЙ И НАЛЕДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Наледи представляют собой мерзлотно-гидрогеологи-ческие явления, и их образование связано с гидрологической, гидрогеологической и мерзлотной обстановками территории и климатическими условиями. Наледи являются сезонными обра­зованиями, возникающими в холодное время года и разрушаю­щимися в теплое. Наличие не оттаивающего полностью (много­летнего) наледного льда на наиболее крупных наледях в суро­вых мерзлотных и климатических условиях и при благоприят­ной геоморфологической ситуации по существу не меняет дела. Объем многолетнего льда невелик, особенно по сравнению с ежегодно образующимся и оттаивающим количеством льда, ко­торое превышает его на один-два порядка. Многолетний налед-ный лед редко погребается, на одном месте существует всего несколько лет, его геологическая и рельефообразующая роль невелика. Напротив, сезонные наледеобразовательные процес­сы являются очень активным фактором природной среды крио-литозоны. Так, наледи концентрируют в себе часть подземного стока зимой, а талые наледные воды пополняют летне-весен­ний поверхностный сток. Наледеобразование активно воздейст­вует на рельеф и отложения, формируя специфические «налед­ные поляны», «наледные долины» и «наледный аллювий». Ве­лико влияние наледей на инженерные сооружения, особенно дороги.

Наледи образуются из поверхностных вод, а также за счет различных категорий подземных.вод. Многие наледи имеют смешанные источники питания. Размеры наледей разнообраз­ны: их площади варьируют от нескольких квадратных метров до десятков квадратных километров; мощность наледного льда — от первых десятков сантиметров до 4—8, редко до 20 м, а его объемы — от нескольких кубических метров до де­сятков миллионов кубических метров. Генезис наледеобразую-щих вод и размеры наледей не имеют жесткой связи. Одна­ко большинство малых наледей образуются за счет вод СТС„

130

речных и грунтовых вод таликов в долинах рек и ручьев. Круп­ные и гигантские наледи связаны всегда с разгрузкой вод глу­бокого подмерзлотного стока, иногда через промежуточные кол­лекторы — подрусловые талики в днищах долин рек, где к ним примешиваются грунтовые аллювиальные воды.

Для образования наледей необходим ряд природных усло­вий, которые определяют региональные, зональные и сектори-альные особенности их распространения.

1. Наличие поверхностных и (или) подземных вод, выхо­
дящих на поверхность земли или льда в зимнее время и расте­
кающихся по ним. Наледеобразование характерно для южной
геокриологической зоны, где существует круглогодичный сток
в малых и средних реках, и гидрогеологических структур се­
верной геокриологической зоны с активным водообменом. К та­
ковым относятся гидрогеологические структуры горио-складча-
тых областей, особенно испытывающих активные контрастные
новейшие движения, обновляющие и образующие вновь разрыв­
ные нарушения. Эти разломы служат путями движения подзем­
ных вод. Известны наледи и на периферии артезианских бас­
сейнов платформенного типа, представлящих собой глубоко
расчлененные плато, например западная часть Тунгусского ар­
тезианского бассейна на северо-востоке Среднесибирского плос-'
когорья.

2. Суровые климатические условия, особенно в зимнее вре­
мя: низкие температуры воздуха, маломощный снежный по­
кров, в некоторых районах сильные ветры и перераспределение
снега. Холодные, малоснежные зимы благоприятствуют замер­
занию вод, выходящих на поверхность земли, речного или озер­
ного льда. В многоснежных районах с относительно мягкими
зимами воды ручьев, небольших рек, источников под мощным
покровом снега, не замерзая, стекают в течение всего холод­
ного периода. Например, наледи практически отсутствуют на
Камчатке и Кольском п-ове, для которых характерен холодный
морской климат с мощным снежным покровом. Поэтому весь­
ма благоприятные условия для наледеобразования и наиболь­
шее число наледей характерны для внутриконтинентальных гор­
ных областей Евразии: Байкальской, Даурской, Верхояно-Ко-
лымской и др.

3. Геокриологические условия, соответствующие регионам с
резко континентальным климатом, для которых характерно
глубокое сезонное промерзание пород водоносных таликов. Се-
зонномерзлый слой является препятствием для стока грунто­
вых вод, вызывает их сезонный криогенный напор и прорывы
на поверхность.

Наличие мерзлых толщ не является обязательным услови­ем для формирования наледей. Наледи распространены и юж­нее мерзлой зоны при наличии глубокого сезонного промерза­ния (например, в.Южном Забайкалье, на юге Сибирской плат­формы). Вместе с тем наличие мерзлых толщ, возрастание их

5* V 131

сплошности и различия в мощностях оказывают огромное вли­яние на особенности наледеобразования. Для зон глубокого се­зонного промерзания, островного и прерывистого распростра­нения ММП, где обширные площади занимают талики с грун­товыми водами, характерны многочисленные малые, реже сред­ние наледи. По мере увеличения сплошности и мощности мерз­лых толщ, сокращения размеров таликов, преобладания среди них гидрогенных и гидрогеогенных типов происходит концент­рация путей стока и разгрузки подземных вод; мест разгрузки становится меньше, а дебит источников возрастает. Это явле­ние названо Н. И. Толстихиным, Н. В. Вельминой, А. И. Ефи­мовым «криогенным коптажом» подземных вод. В результате ниже многодебитных источников формируются большие по раз­мерам наледи: очень крупные и гигантские. Таким образом, зо­нально увеличивается размер наледей, но сокращается их ко­личество.

Второй зональной закономерностью являются неодинаковое местоположение наледей в рельефе и разная связь с новейшей разрывной тектоникой. В южной геокриологической зоне нале­ди располагаются на склонах, у подножия гор, в днищах ло­гов и долин рек. При этом отсутствует непосредственная связь разрывной тектоники с положением наледей. Последние явля­ются преимущественно наледями грунтовых вод. Наледи вод глубокого стока находятся существенно ниже по уклону рель­ефа от местоположения водоносных таликов, приуроченных к разломам. Выходы вод по последним фиксируются зимой не­замерзающими полыньями в руслах рек. В северной геокрио­логической зоне подавляющее число наледей приурочено к дни­щам долин, причем к местам пересечения ими тектонических разломов. Многие наледи подземных вод буквально «наниза­ны» на новейшие разрывные нарушения, а крупнодебитные ис­точники дают начало долинам водотоков.

Третьей зональной закономерностью, является различное взаимоотношение водоносных таликов и наледей. По этому при­знаку выделяются три типа наледей: северный, умеренный и южный (рис. III.16).

Наледи северного типа образуются в условиях мощ­ных низкотемпературных мерзлых толщ, обычно непосредст­венно около мест разгрузки подземных вод. В зимнее время вся вода фиксируется в наледях. Ниже последних отсутствуют водоносные талики, по которым подземные воды могут стекать зимой. Все талики, по которым вода зимой распределяется по площади наледеобразования, слепо оканчиваются в ее преде­лах. Таким образом, причина выхода подземных вод на поверх­ность — сужение, а затем и исчезновение талика — постоян­ного пути стока. Ниже места разгрузки СТС в суровых клима­тических условиях осенью быстро промерзает. Сроки начала наледеобразования, завершения промерзания СТС, начала раз­рушения наледи мало варьируют из года в год. Это обусловли-

132

Рис. III.16. Схема формирования наледи северного (I, a; 1,6), умеренного

(II, а; II, б) и южного (III, а; III б) типов:

/ — наледь; 2 — наледный бугор; 3 — скальные породы; 4 — гравийно-галеч-

никовые отложения; 5 — пески; 6 — супеси и суглинки; 7 — ММП; 8 — тре-

щиноватость по разрывным нарушениям; 9 — границы ММП (а), сезонного

промерзания отложений (б); 10 — направление движения подземных вод

вает важную особенность наледей северного типа: их местопо­ложение и объем ежегодно образующегося наледного льда ос­таются во времени практически неизменными. Форма нале­дей, их площадь, средняя мощность и распределение мощно­стей льда по площади изменяются из года в год. В гидрогео­логических структурах, где распространены преимущественно

133

наледи северного типа, в зимний «воднокритический период», когда отсутствует питание подземных вод водами атмосферно­го происхождения, возможна оценка естественных ресурсов подземных вод по объемам наледного льда (Толстихин, 1974; Соколов, 1975).

Наледи умеренного типа формируются в гидрогеоло­гических структурах преимущественно северной геокриологиче­ской зоны. Они представляют собой наледи вод глубокого под-мерзлотного стока и смешанного питания (за счет вод глубо­кого стока и грунтовых вод подрусловых таликов). Местополо­жение этих наледей стабильно. Под наледями существуют во­доносные грунтово-фильтрационные талики, по которым часть воды зимой уходит с площади наледеобразования. Однако жи­вое сечение этих таликов меньше, чем расход разгружающих­ся подземных вод. Зимой оно еще больше уменьшается за счет глубокого сезонного промерзания отложений. Количество ухо­дящей воды изменяется из года в год в зависимости от многих причин: суровости и снежности осенне-зимнего периода, изме­нения глубин сезонного промерзания пород водоносных тали­ков, что меняет их живое сечение и соотношение количества во­ды, стекающей и разгружающейся под влиянием криогенного напора. В результате объемы ежегодно образующегося налед­ного льда, его мощности, площади наледей подвержены мно­голетним изменениям. Сроки начала и конца образования, мес­тоположение наледей, особенно расположенных цепочками в долинах рек, также меняются. В малоснежные суровые зимы наледи умеренного типа начинают образовываться рано, непо-средственно над выходами подземных вод, в них концентриру­ются максимальные объемы льда. Напротив, в теплые много­снежные зимы начало наледеобразования запаздывает, а его место смещается ниже выходов вод; в результате уменьшаются объемы и мощности льда, а часто и площади наледей.

Наледи южного типа источниками питания имеют пре­имущественно грунтовые воды, верховодку, а также воду по­верхностных водотоков, которые сами в зимнее время питаются за счет разгрузки подземных вод. Они приурочены к обшир­ным водоносным таликовым зонам, размеры которых сущест­венно больше самих наледей. Причиной выхода на поверхность земли грунтовых вод является появление криогенного напора в результате сезонного промерзания отложений. Величины на­пора обусловлены как глубиной сезонного промерзания, так и положением зеркала грунтовых вод в осенне-зимний период, Последнее в свою очередь существенно зависит от погодных условий осени. Наиболее благоприятные условия для образо­вания наледей — это дождливая осень, когда обеспечивается высокое положение уровней грунтовых вод, и последующая хо­лодная малоснежная зима с глубоким сезонным промерзанием отложений.

В результате для наледей южного типа характерно ежегод-

134

ное изменение их местоположения, размеров и объемов льда., Многие наледи образуются не ежегодно, кроме того, на интен­сификацию наледеобразования в южной геокриологической зо­не и зоне глубокого сезонного промерзания существенно вли­яют техногенные нарушения, особенно строительство железных и шоссейных дорог. Образование техногенных наледей нега­тивно воздействует на инженерные сооружения. Борьба с ними является актуальной и дорогостоящей задачей.

Геологическая и геоморфологическая дея­тельность наледей существенно зависит от их. размеров, мощности наледного льда, длительности существования на од­ном месте. Наледи большой мощности (более 2—3 м) тают & течение значительной части лета. В результате растительность на площади наледеобразования или отсутствует совсем, или представлена угнетенными кустарниками. Древесная расти­тельность в таких условиях гибнет. Зонально с севера на юг, по мере уменьшения мощностей наледного льда, период их та­яния сокращается и воздействие на растительность ослабевает.

Процесс ежегодного весенне-летнего разрушения наледей сопровождается перемывом пород их ложа, размывом почвен-но-растителъного покрова и выносом мелкозема талыми налед-ными водами, а также боковой эрозией элементов рельефа, ог­раничивающих место наледеобразования (террас, склонов до­лин и др.). В результате образуются округлой формы плоские поверхности, с многочисленными руслами (летом преимущест­венно сухими), называемые наледными полянами. В долинах рек, особенно горных, наледные поляны создают систему рас­ширений, а сливаясь между собой — наледные долины. На наледных...полянах залегают обычно гравийно-галечные отло­жения с песчаным заполнителем и валунами — так называе­мый наледяый аллювий. Эти отложения обычно серого цвета, хорошо промытые и лишенные пылевато-глинистых фракций*. резко контрастируют с другими типами дисперсных отложений в долинах рек и межгорных депрессиях, для которых характе­рен пылеватый состав (рис. III.17).

Хорошо прослеживается зональный характер влияния нале­дей на ландшафты. На севере в суровых геокриологических условиях современные наледные поляны имеют яркий облик. Они лишены растительности и сложены хорошо промытым на» ледным аллювием. С севера на юг облик наледных полян меня­ется: уменьшаются их размеры, поверхность бывает покрыта кустарниками, появляются небольшие деревья. Наледи южного типа небольшие, быстро исчезающие весной — в начале лета, на растительность воздействуют слабо, а на рельеф и подсти­лающие отложения не оказывают заметного влияния.

В горных регионах северной геокриологической зоны широ­ко распространены древние наледные поляны, обладающие ха­рактерным микрорельефом, но уже покрытые мохово-торфяни-стой, а иногда и кустарниковой растительностью; поверхность

135

Рис. III. 17. Наледный аллювий и наледный микрорельеф ниже гигантской наледи. Каналы стока подчеркнуты остатками наледного льда

их часто осложнена полигональным микрорельефом, связанным с криогенным растрескиванием и развитием эпигенетических повторно-жильных льдов в наледном аллювии. Размеры совре менных наледных полян часто бывают существенно больше, чем площади образующихся в их пределах наледей. Древние фор­мы наледного рельефа встречаются и в южной геокриологиче­ской зоне, и за ее пределами. Все это свидетельствует о связи наледеобразования, во-первых, с длительными изменениями геокриологических условий и климата, во-вторых, с наличием многолетней миграции крупных наледей северного и умеренного типов, которая существенно расширяет площади и увеличивает эффект воздействия наледей на рельеф и отложения мерзлой зоны.

Многолетняя миграция наледей имеет несколько причин, которые связаны как с внутренними свойствами самих наледных систем (т. е. поверхностных и подземных вод, тали­ков, наледей), так и внешними воздействиями, а именно с но­вейшей тектоникой и сейсмическими явлениями, горными и по­кровными оледенениями и их динамикой.

Крупные и гигантские наледи в тектонических впадинах Верхояно-Чукотскои горной области испытывают автоколеба­тельные изменения площадей и формы. Наледи оказывают раз­личное термодинамическое воздействие на талики, мерзлые породы и подземные воды. В суровых геокриологических и кли­матических условиях разгрузка подземных вод происходит по напорно-фильтрационным таликам как непосредственно на по-

136

верхностк, так и через промежуточные коллекторы: аллювиаль­ные, флювиогляциальные и пролювиальные отложения. В них существуют грунтово-фильтрационные талики, распределяющие воду по площади наледеобразования. Наледный лед накапли­вается как над источниками и таликами, так и на многолетне-мерзлом субстрате. Зимой наледный лед предохраняет выходы вод от непосредственного охлаждения воздухом. Это позволяет водам стекать достаточно далеко грунтовым стоком по таликам, по каналам под толщей наледного льда или по тоннелям внут­ри него (рис. III. 18). Пути движения таких вод и места их про-

 

Рис. II 1.18. Тоннель в основании гигантской наледи в Селенняхской

тектонической впадине. Видна слоистость наледного льда

рыва на поверхность фиксируются на наледях цепочками на-ледных бугров. Весной и летом наледный лед по этим путям протаивает в первую очередь, образуя каналы, ограниченные стенками из наледного льда. Последний имеет наибольшую-мощность вдоль таких каналов и поэтому может летом оттаи­вать не полностью. Наледь становится многолетней. Осенью именно эти каналы над водотоками и таликами забиваются в* первую очередь наледным льдом. Поверхностные водотоки и. потоки грунтовых вод по таликам предохраняются этим льдом от воздействия морозов. В результате талики увеличиваются, наледь становится длиннее, но мощность наледного льда вдоль

137

каналов уменьшается настолько, что он может полностью ста­ять летом. Такая тенденция продолжается несколько лет. В ре­зультате исчезает канал в наледи, перекрывающийся осенью новым наледным льдом и отеплявший талик. Наступает сле­дующий этап существования наледи (как однолетней), на ко­тором происходят промерзание «распределяющего» талика и сокращение его длины. В силу этого протяженность наледи по долине уменьшается, она становится более компактной, мощ­ность льда возрастает и наледь вновь превращается в много­летнюю. В дальнейшем цикл повторяется. Короткопериодные климатические колебания могут влиять на описанные циклы миграции наледей, растягивая или сокращая, но не изменяя их по существу.

Существует миграция наледей вдоль разрывных нарушений, особенно ограничивающих межгорные тектонические впадины или разбивающие их складчатое основание и промороженный осадочный чехол. Миграция обусловлена смещениями напорно-фильтрационных таликов в результате изменения трещиновато-сти, а следовательно, и проницаемости пород при новейших подвижках. Части массивов пород с увеличивающейся трещи-новатостью протаивают; напротив, там, где трещиноватость и проницаемость уменьшаются, породы разломов промерзают. •Смещение талика приводит к многолетней миграции наледей. В результате образуются невысокие террасовые уровни, часто многочисленные, обработанные в геологическом прошлом на­ледями.

В сейсмоактивных районах А. Г. Топчиевым установлено воздействие происходивших в последнее десятилетие землетря­сений на наледеобразование. В периоды повышения сейсмиче­ской активности одни наледи (или группы наледей) заметно увеличивали свои размеры, другие — становились меньше. Кон­фигурация наледей существенно менялась по сравнению с пе­риодами лет, когда значительных землетрясений не было. В Верхояно-Чукотской горной области, в районах с высокой сейсмичностью, установлены новообразование и исчезновение гидрогеогенных напорно-фильтрационных таликов, обычно при­уроченных к пересечению новейших и омоложенных разломов.(Афанасенко и др., 1974). Так, прорыв высокоминерализован­ных подземных вод по новообразованному талику в районе хр. Кулар сопровождался развитием наледи, уничтожившей лес на склоне, который начал превращаться в наледную поляну. 'По остаткам деревьев удалось установить, что талик и наледь образовались около 100 лет тому назад.

В пределах наледного узла в Селенняхской тектонической;впадине, изученного П. Ф. Швецовым и В. П. Седовым (1941) и повторно обследованного Н. Н. Романовским, В. Е. Афана-•сенко и М. М. Корейшей (1973), было зафиксировано исчезно­вение одного источника на склоне горы, питавшего верхнюю "Кырскую наледь, и новообразование другого. Здесь на месте

138

небольшого озера образовалась куполообразная наледь с вы­ходом в ее центре источника подземных вод.

Во всех случаях прорывы подземных вод по разломам через 200—300-метровые мерзлые толщи объясняются сочетанием но­вейших движений и гидравлических ударов при сейсмических толчках. Влияние новейших движений и сейсмических явлений на наледеобразование устанавливается в суровых геокриологи­ческих условиях, где существуют мощные мерзлые толщи и во­доносные гидрогеогенные и гидрогенные талики. Здесь развиты наледи северного и умеренного типов.

Наледеобразование тесно связано и с оледенениями. Под ледниками, часть которых имеет температуру придонных слоев льда, близкую к точке плавления, и залегает на талом ложе, происходит процесс донного таяния льда (V.8). Талые воды в одних случаях по подледным каналам выходят из-под ледника, в других — под большим давлением инфильтруются в трещино­ватые породы скального ложа, пески, галечники и другие про­ницаемые отложения. Эти воды стекают к периферии ледника и разгружаются здесь по напорно-фильтрационным таликам, приуроченным к разломам, переуглубленным участкам ледни­ковых долин, ограниченных ледниковыми ригелями или просто встречая на своем пути мерзлые толщи. Поэтому ниже ледни­ков, особенно в горных регионах с активной новейшей тектони­кой, суровым климатом и низкотемпературными мерзлыми тол­щами, широко распространены наледи.

Исследованиями в Верхояно-Чукотском регионе установлено, что наледеобразование как показатель активности подземных вод и формирование наледных форм рельефа интенсифицирова­лись в периоды наибольшего развития ледников, связанных с криохронами плейстоцена. При деградации ледников ослабе­вало и наледеобразование. При этом наледи в местах совре­менного оледенения (Буордахский массив, хр. Сунтар-Хаята и др.) образуются в верхних частях ледниковых долин вблизи небольших ледников, а также в нижних, вблизи выходов из гор и в межгорных впадинах. В средней (горной) части долин раз­виты крупные древние наледные поляны — свидетельства ак­тивного наледеобразования в прошлом, при больших размерах оледенения. Следы крупных наледей в виде древних наледных полян известны и перед конечноморенными грядами покровных оледенений Европы.

Глава IV

ЗОНАЛЬНЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СИНКРИОГЕННЫХ И ЭПИКРИОГЕННЫХ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ