Характеристика криогенных горных пород.

Криолитыподразделяют­ся на конжелиты и хионолиты.

Конжелиты — конжеляционные льды, т. е. образовавшиеся от замерзания воды в земной коре.

Полигонально-жильный лед. Это жилы льда обычно клинооб­разной, столбообразной или весьма неправильной формы в попе­речном разрезе, образующие в плане полигональную систему. Жилы льда взаимно сопрягаются под разными, но чаще всего прямыми углами.

По вертикали ледяные жилы имеют от 2-3 до 50 и более мет­ров, ширина их варьирует от нескольких сантиметров до 8-10 м. Длина отдельных сторон в полигональной решетке бывает от не­скольких метров до нескольких десятков метров.

Различают ледяные жилы эпигенетические, т. е. образовав­шиеся после накопления осадков (вмещающей породы), и сингене­тические, образование которых происходило одновременно с накоп­лением вмещающих осадков. Эпигенетические ледяные жилы имеют небольшую вертикальную мощность до 3-5 м, а сингене­тические могут достигать нескольких десятков метров.

Отмечено, что полигонально-жильный лед наблюдается, как правило, в иловатых, торфяно-иловатых, торфяных и прочих тонко дисперсных отложениях. Реже он встречается в песках.

Физической основой возникновения морозобойных трещин служат напряжения, которые при определенных температурных градиентах превышают прочность материала на разрыв .

Еще зимой в рассекающих мерзлоту открытых морозобойных трещинах, на их стенках, происходит частичное образование глубинной изморози вследствие сублимации. Затем весной в половодье и при таянии снега вода попадает в морозобойные трещины и там замерзает (для Якутии в очень короткий срок - в 15-20 мин. Образуется элементарная ледяная жилка. В следующую зиму при сильном охлаждении происходит новое растрескивание. При этом разрывы проходят снова по льду, так как лед в сравнении с мерзлым грунтом оказывается более слабым на разрыв. В результате повторения цикла растрескивания льда из года в год, затекания новой порции воды в трещины и её замерзания, образуется масса тонких вертикальных жилок, впаянных друг в друга. Широко распространенная клинообразная форма таких ледяных тел в поперечном разрезе, в большинстве своем эпигенетических, обу­словлена клинообразной формой каждой отдельной жилки и всех жилок в сумме. Предполагается, что при разрастании льда проис­ходит смятие вмещающих пород по бокам. Однако разрастание жилы в стороны ограничено, так как уплотнение и смятие грунта
по краям предельно. После некоторого предела разрастания, при очень уплотненной системе грунт - лед, трещинки образуются такими тонкими, что вода в них более
не проникает, рост жилы прекращается.

Интрузивный (инъекционный) лед. В мерзлых песках, галечни­ках и других крупнозернистых горных породах, а также на контак­те водоупорных пластов и вышележащих водопроницаемых пород нередко содержится лед, образующий более или менее крупные накопления, в отдельных местах достигающие 1-2 и более метров мощности (до 10-15 м), т. е. представляющие собой ледяную горную породу - криолит. Формы залегания такого льда в поро­дах самые различные — в виде крупных линз, гнезд, скоплений ти­па гидролакколитов или пластов. Гидролакколиты и род­ственные им грунтовые наледи, пластовые ледяные интрузии, обра­зующиеся обычно близ земной поверхности и оказывающие влияние на рельеф этой поверхности, являются наиболее широко распространенными напорными образованиями такого рода. Круп­ные ледяные тела подобного типа возникают часто и на большой глубине при промерзании водоносных горизонтов. Горизонтальная протяженность такого рода тел может достигать нескольких сот метров.

Способ образования инъекционных криолитов представляется следующим образом. Промерзание земной коры чаще всего бывает неравномерным вследствие неоднородности физико-географических условий на поверхности, а также литологической неоднородности. Неравномерное промерзание толщи горных пород с поверхности вызывает гидростатический или гидродинамический напор в разных местах грунтового потока гравитационных вод и уменьшение его живого сечения. Под влиянием такого напора гравитационный поток движется в сторону наименьшего сопротивления, и вода скапливается часто в больших количествах в благоприятных местах. Если напор превышает прочность породы на разрыв - происходит прорыв воды на земную поверхность и намерзание ее в виде поверхностной наледи. Чем прочнее мерзлая кровля, сдавливающая водоносный слой и чем менее прочны соседние горизонты грунтов, т. е. связи между грунтами, образующими напластования, тем более плоским оказывается ледяное тело, грунтовая наледь, пластовая интрузия. Напорные ледяные образования в земной коре бывают как одно­летние, т. е. сезонные, так и многолетние.

Сезонные грунтовые наледи и гидролакколиты, возникающие в деятельном слое, часто представляют собой отжатую в отдельные места воду замерзшей верховодки, стесненной между сезонно про­мерзающим грунтом и мерзлотой.

Многолетние гидролакколиты образуются в горных породах главным образом в тех местах, где имеются выходы подмерзлотных вод, и на основе подозерных таликов высыхающих озер

Погребенный наледный, речной, озерный и. морской лед. Погре­бенные наносами образовавшиеся на земной поверхности или в море конжеляционные льды - наледные, речные, озероные, морские, будучи включены в вечномерзлые толщи, составляют с ними еди­ное целое. Однако в природе они редки.

Лед наледей отличается горизонтальной слоистостью, он прозрачный или бело­ватый при наличии пузырьков воздуха.

Речной лед, вынесенный на берега, может быть занесен аллю­вием. Как и погребенные наледи, речной лед может встречаться в отложениях русловой фации аллювия и почти исключается в от­ложениях пойменных, так как пойменные осадки накапливаются всегда медленно.

Озерный лед заносится осадками редко.

Морской лед иногда попадает на берег и заносится морскими же осадками. Однако такой лед в отложениях едва ли длительно сохраняется, поэтому и попадание его в мерзлые толщи мало веро­ятно.

Хионолиты — осадочные снежные льды.

Погребенный ледниковый лед. Условия по­гребения таких поверхностных льдов, как глетчерный, снежно-фир­новый или снежно-лавинных накоплений, в природных условиях встречаются не очень часто. Глетчерный лед бывает погребенным в морене.

Погребенный снежный (фирновый) лед. В составе мерзлых толщ встречается лишь эпизодически, имеет весьма ограниченное распространение и не образует значительных накоплений.

Криолититы — льдистые полиминеральные породы. Делятся на льдистые галечники и пески; льдистые глины, суглинки, супеси; льдистые органогенные породы.

Льдистые галечники и пески - образования разного происхождения, сцементированные льдом-цементом или инъек­ционным льдом.

Льдистые галечники образуются в результате замерзания сво­бодной, т. е. гравитационной воды как в случае полного водонасыщения породы, так и в случае неполного водоносыщения. При малом увлажнении лед образует корочки вокруг обломков. Это так называемый пленочный цемент. При сильном увлажнении об­разуется поровый или базальный цемент.

Лед-цемент или инъекционный лед подобных криолититов чаще всего прозрачный, довольно крупнокристаллический. Зерна льда достигают 1 см и более в поперечнике.

Льдистые галечники могут располагаться на самой различной глубине от дневной поверхности.

Льдистые пески образуются вследствие замерзания гравита­ционной воды. Они содержат лед-цемент или инъекционный и ха­рактеризуются массивной текстурой. Структура льда-цемента в мерзлых песках обычно явно кристаллическая.

Характер льдистости песков, степень насыщения их льдом-це­ментом зависит от разных факторов, главнейшими из которых яв­ляются количество исходной воды в породе перёд промерзанием, скорость промерзания, условия фильтрации.

Льдистые глины, суглинки, супеси образуются как в результате миграции связанной воды в тонкодисперсных породах при их промерзании и льдовыделения, так и при промерзании без миграции воды. Ледяные включения в тонкодисперсных породах представлены либо миграционным (се­грегационным) льдом, либо льдом-цементом.

Миграционный (сегрегационный) лед, образующий шлиры в тонкодисперсных горных породах, обычно чист и прозрачен.

Лед, образующийся в результате промерзания суспензионных систем, обычно также чист и прозрачен, обладает крупнокристал­лической структурой.

Мерзлые тонкодисперсные горные породы (глины, суглинки и др.) характеризуются уже отмеченным раньше слоистым или сетчатым (решетчатым) расположением в них льда Особняком стоит базально - параллелепипедальная текстура промерзших суспензий.

.Криоэлювииты – вторичные продукты криогенного выветривания.Делятся на криогенно-трещиноватый массив, криокластиты, криокластопелиты и криопелиты.

Криогенно-трещиноватый скальный массив. Любые кристаллические или метаморфические, а также уплотненные осадочные породы в массиве в той или иной степени бывают трещиноваты, а в трещинах обычно содержится вода. При температуре ниже 0°С вода в трещинах замерзает, превращаясь в лед, цементирует породы в еще более монолитную систему и массив практически водонепроницаемым. В зависимости от характера трещиноватости, ширины и протяженности трещин ледяные жилки и жилы имеют разную конфигурацию, толщину и длину. Обычно ледяные включения в коренных породамх образуются из воды, ранее содержавшейся в трещинах; попавшей туда путем
фильтрации от земной поверхности. По мере фильтрации в охлажденном массиве вода замерзает и закупоривает трещины сверху, предотвращая дальнейшую фильтрацию сверху и вызывая огромные напряжения в массиве, приводящие к разрывам. Это стадия
криогенного разрушения массива, еще не претерпевшего распада на отдельные глыбы и обломки. Это зачаточный продукт криогенного выветривания.

Криокластиты являются начальным продуктом криоэлювиального процесса, результатом дробления плотных кристаллических, метаморфических или уплотненных осадочных пород и распада их на глыбы и обломки. Кристаллические породы в зависимости от крупности кристаллов (например, граниты и базальты) разрушаются под действием криогенного выветривания с неодинаковой скоростью. Вначале они дают обломки разного размера. В конечном счете, достигают стадии остроугольных обломков, все уменьшающихся в размере и постепенно приобретающих более сглаженные углы и грани. То же относится и к метамор­фическим и уплотненным осадочным породам.

Причиной дробления плотных горных пород является закупор­ка трещин льдом сверху при промерзании (как в массиве), вслед­ствие чего при кристаллизации воды, насыщающей трещины глуб­же, развиваются колоссальные напряжения, приводящие к разры­вам. Последующее оттаивание застает породу уже в известной мере разрушенной.

Криокластиты - крупные обломки, которые целесообразно раз­делить на две группы: 1) каменные глыбы, развалы, россыпи и 2) щебень, дресва, пески.

Криокластопелиты - промежуточный криоэлювий, уже достигший стадии пелитизации. Однако количество крупных об­ломков в мелкоземе еще достаточно велико. Подобные образования представляют собой смесь крупных обломков, песчаных частиц и частиц пылеватых (мелкозема).

Соотношение между мелкоземом и грубообломочным материа­лом в криокластопелитах может быть самым разнообразным и иногда бывает довольно трудно провести границу между криокластопелитом и криокластитом и между криокластопелитом и криопелитом.

Криокластопелиты следует, в свою очередь, разделить на:

- крупнообломочно-мелкоземистый криоэлювий несортированный, в ко­тором крупные обломки распределены в мелкоземе более или ме­нее равномерно и скопления их не упорядочены;

-крупнообломочно-мелкоземистый криоэлювий сортированный, в котором крупные обломки собраны вследствие морозной сортировки в каменные многоугольники, кольца, сети, розетки и т. д.

Морозная сортировка обломочного и мелкоземистого материала (при отсутствии растительности на поверхности) обусловливает особенности в строении так называемых структурных грунтов. Размеры ячеек, заключенных между каменными бордюрами разнообразны, но не менее 7-10 см и не более 2-3 м.

Главными факторами сортировки материала являются заложение трещинной полигональной сети от усыхания грунтов, вымораживание крупных обломков на поверхность, вспучивание мелкоземистого грунта при промерзании, миграция воды при промерзании как вверх, так и в направлении заложившихся трещин явление крипа, т. е. постепенного сползания обломков в сторону пониженных трещинных зон за счет систематического возникновения ния ледяных стебельков.

Криопелиты — конечный криоэлювий. Это пылеватый и пелитовый материал. Своим происхождением он обязан морозному механическому разрушению других пород.

Конечный продукт формируется как в результате криогенной дезинтеграции грубозернистых пород до фракции пыли, так и в результате слипания (агрегации) глинистых частиц до пылеватой фракции.

Лёсс — порода, состоящая в значительной степени (на 30 – 60%) из пылеватых фракций (0,05-0,001), неслоистая или нечетко и крупнослоистая, палево-желтого цвета, безвалунная или с отдель­ными редкими крупными обломками, пористая. Стенки пор обычно покрыты тонкой корочкой известковистых, железистых или марганцевистых солей; обладает призматической отдельностью и спо­собностью держать вертикальные стенки в несколько десятков и сотен метров высотой.

.Посмотрев на карту распространения лёссов и лёссовидных пород, легко убедиться в том, что породы эти распространены глав­ным образом в пределах области сезонной мерзлоты. Этот факт в сопоставлении с покровным характером залегания лёссов и некоторыми другими признаками заставляет считаться с сезонным промерзанием - протаиванием, как с действенным фактором облёссования.

Облёссование складывается из двух основных процессов, обусловленных попеременным промерзанием - протаиванией:

1) механического дробления любых крупных частиц до фракции пыли, слипания (агрегации) коллоидных частиц также до фракции пыли и, таким образом, усреднения механического состава породы;

2) образования призматической отдельности (структуры) и пористости в породе либо изначально пылеватой (любого генезиса), либо доведенной до состояния пылеватой в результате сезонного промерзания - протаивания.

Характерным видом криопелита, родственным лёссам, являют­ся лёссовидные покровные суглинки, широко распространенные в средней полосе Русской равнины и на северо-востоке ее, а также отчасти в Западной Сибири и некоторых других районах Сибири. Мощность непереотложенных суглинков не более 2-3 м, что соответствует мощ­ности современного или былого деятельного слоя.

Разновидностью криопелита является и нивальный мелкозем. Нивация — процесс измельчения любой горной породы по периферии снежников и отчасти под снежниками. Нивальные суглинки маломощны. По мощности они редко превышают 1 м., чаще же их мощность 10-30 см. Они значи­тельно пылеваты.

Механизм нивального процесса следующий. При температуре выше 0° в том месте, где снежник соприкасается с горной породой, последняя обильно смачивается водой при таянии снега. Таким образом вода легко проникает во все поры и трещины породы, хотя и до небольшой глубины. При понижении температуры ниже 0° происходит замерзание воды в капиллярах, порах и трещинах по­роды. При этом вследствие увеличения объема при замерзании лед оказывает разрывающее действие. При частых переходах температуры через 0° происходит энергичное приповерхностное морозное выветривание, ко­торое постепенно измельчает материал до пылеватых фракций.

Нивальный мелкозем однороден, порист, в нем могут встречать­ся разрозненные обломки твердых пород - остатки не успевших измельчиться более крупных кусков твердой породы.

Пятна-медальоны — наиболее общий случай дифференциации криопелита с образованием ячеисто-медальонных форм, имеющих весьма широкое распространение в пределах полярной суши. .

Пятна-медальоны, представленные криопелитом, имеют разме­ры от 20-30 см до 1-2 м в поперечнике. Они обычно разграничены в разрезе друг от друга трещинкой или клинышком (в крест простирания), заполненным гумусированным грунтом. В плане пятна-медальоны образуют блоки, ограниченные трещинами, образующими полигональную сеть. Криопелит в пятнах-медальонах сравнительно однородный суглинистый или супесчаный, часто в сухом состоянии обладающий призматической отдельностью. Сортировка выражается в том, что в центральной и верхней части разреза пятна концентрируются наиболее мелкодисперсные фракции (глина, мелкая пыль), в периферийной и нижней частях более крупнодисперсные (крупная пыль, мелкий песок).

Упомянутые ранее виды криопелитов при соответствующем увлажнении на склонах подвержены солифлюкции.

Лёссы, как криогенный продукт, обычно развиваются в условиях пониженного увлажнения, что не способствует их солифлккционному перемещению. Лёссовидные покровные суглинки и нивальный мелкозем, развивающиеся в условиях более высокого увлажнения, как в процессе формирования, так и после него, подвержены на склонах солифлюкции.