Лекция 5. Типы криолитогенеза.

Стадийность процессов криодиагенеза и криогенного выветрива­ния.

Все многообразие проявлений криолитогенеза в земной коре сводится в наиболее общем случае к двум комплексам или типам - эпигенетическому и сингенетическому.

Наиболее общая схема криодиагенеза трехстадийна.

Первая стадия - промерзание, включающее дегидратацию ниже фронта промерзания в тонкодисперсных осадках, или сопровожда­ющееся отжатием воды от фронта промерзания в грубодисперсных осадках, аутигенное льдовыделение - формирование криогенных текстур, внутриобъемное сжатие агрегатов скелета грунта.

Вторая стадия - развитие растягивающих напряжений, возни­кновение морозобойных трещин и при благоприятных условиях по­лигонально-жильного льда.

Третья стадия - перекристаллизация и другие преобразования в структуре подземных льдов, связанные с температурными изменениями и динамическими напряжениями.

Наиболее общая схема криоэлювиального процесса многостадийна и заключается в последовательных этапах криогенного выветривания субстрата от криогенно-трещиноватого скального массива, через криокластиты до криопелита.

Эпигенетический тип криолитогенеза.В мерзлых осадочных не метаморфизованных толщах эпигенетического типа выделяется три горизонта, отличных друг от друга по морфоструктурным признакам: 1) горизонт прерывистого (сезонного) криогипергенеза;
2) горизонт активного криодиагенеза; 3) горизонт пассивного криодиагенеза.

Горизонт прерывистого криогипергенеза - деятельный слои, в котором чередуются промерзание и протаивание, происходит криогенное выветривание (криогипергенез), сортировка механического состава, пучение и течение грунта, перемещение его под напором и другие процессы. В большинстве случаев процессы, происходящие в этом горизонте, обнаруживают себя в рельефе земной поверхности.

Горизонт активного криодиагенеза соответствует верхней части мерзлой толщи, где происходит резкое зимнее выхолаживание. В его пределах возникают большие зимние температурные градиенты, вызывающие интенсивную миграцию воды и формированние
тонкодисперсных криолититов с мелкосетчатой и мелкослоистой криогенной текстурой, а также высокольдистых инъекционных криолититов и криолитов в виде крупных ядер бугров пучения (первая стадия криодиагенеза). Большими температурными градиентами обусловлено и развитие значительных механических напряжений, при определенных условиях разрешающихся морозобоиными трещинами (вторая стадия криодиагенеза). Последние проходят через мерзлый деятельный слой и разверзают горизонт активного криодиагенеза до глубины 5—6 м от дневной поверхности.

Морозобойные трещины предопределяют образование решеток полигонально-жильных льдов (криолитов), которые «просвечива­ют» через деятельный слой в виде валиковых полигональных систем в рельефе.

Процессы, свойственные горизонту активного криодиагенеза, как современные, так и имевшие место в прошлом, обычно обнару­живаются на земной поверхности в виде многолетних форм релье­фа. Мощность горизонта активного криодиагенеза 6-12 м..

Горизонт пассивного криодиагенеза, расположенный ниже предыдущего, по мощности часто превосходит его во много раз. В нем, в следствие весьма малого изменения температуры в году, вялы процессы миграции воды, относитель­но слабы инъекционные процессы, полностью отсутствует морозобойное трещинообразование. Таким образом, криогенная литификация тут соответствует лишь первой стадии криодиагенеза. Процессы, протекающие здесь, не проявляются в рельефе земной поверхности.

Сингенетический тип криолитогенеза.Сингенетический тип криолитогенеза предполагает нестационарность земной поверхности, т. е. накопление осадков и их промерзание.. Сингенетический процесс заключается в льдообразовании в деятельном слое с систематическим последовательным переходом его сезонномерзлого (обычно льдистого) основания в многолетнемёрзлое состояние по мере накопления осадков. Это также полигонально-жильное льдообразование в отложениях, промерзших в деятельном слое и перешедших в мерзлое состояние в ходе накопления осадков.

В сингенетических толщах выделяется, также три горизонта, однако существенно отличных от трех горизонтов в толщах эпигенетических: 1) горизонт прерывистого (сезонного) криодиагенеза; 2) горизонт активного криодиагенеза и 3) горизонт относительной консервации.

Горизонт прерывистого криодиагенеза также представляет собой деятельный слой, в котором чередуются промерзание и протаивание, со многими присущими ему чертами в эпигенетическом типе. Но он отличен тем, что именно гипергенез здесь практически не проявляется вследствие сравнительно быстрого накопления осадков, малой мощности деятельного слоя, а потому быстрого перехода свежего осадка в мерзлое состояние. Процессы же криодиагенеза, хоть и прерываемого летним протаиванием, тут очевидны. Первая стадия криогенной литификации при сингенезе почти завершается при переходе ранее сезонно промерзавшего осадка в мерзлое состояние. Своеобразие сингенеза, как процесса диагенетического, состоит также в том, что промерзание деятельного слоя часто происходит снизу, когда волна охлаждения сверху еще не успевает охватить его целиком. В этом особое значение горизонта прерывистого криодиагенеза в сингенетическом типе, как потенциального горизонта активного криодиагенеза. Таким образом, наименование «горизонт» прерывистого криодиагенеза (а не криогипергенеза) вполне оправдано.

Горизонт активного криодиагенеза также не подобен горизонту с таким же названием в мерзлой толще эпигенетического типа. Этот горизонт наследует черты горизонта прерывистого криодиаге­неза и испытывает воздействие накладывающихся процессов полигонально-жильного льдообразования.

Несходство заключается в том, что активная криогенная диагенетизация в эпигенетическом типе по мере промерзания в глубину идет непрерывно, в то время, как криогенная диагенетизация в сингенетическом типе в условиях деятельного слоя прерывна. Несходство еще и в том, что нарастание горизонта активного криодиагенеза при эпигенезе происходит сверху вниз, а при сингенезе снизу вверх.

Термокарст.Термокраст имеет две стороны - теплофизическую и геоморфологическую. Первая определяется температурным фактором, повышением температуры, таянием льда в горной породе. Вторая - возникновением просадки поверхности вследствие выжимания воды от таяния льда и происходящим при этом уплотнением породы. Просадка за счет сокращения объема при переходе льда в воду го­раздо меньше.

Высокая степень льдистости пород - главное условие термокарста. Причиной просадки всегда является увеличение глубины сезонного протаивания, которое по тем или иным причи­нам начинает превосходить глубину, ранее установившуюся. Увеличение глубины деятельного слоя приводит к просадке в том слу­чае, если оно достигнет льдистой породы или ископаемого льда. Увеличение глубины деятельного слоя всегда есть следствие изме­нения термического режима в грунтах.

Главное условие термокарста - характерное геологическое строение - лед в грунтах; главная причина - теплофизический фактор - изменение термического режима грунтов.

Увеличение глубины сезонного протаивания повлечет за собой при таянии льда некоторую просадку поверхности. Это вызовет дальнейшее смещение вниз деятельного слоя, новое протаивание глубже, новую просадку и т. д. Однако последовательное углубле­ние просадки неизбежно повлечет за собой изменение внешних физико-географических условий в ее пределах (накопление снега, дополнительное увлажнение, возможно, возникновение озера, изме­нение характера растительности и т. д.). Вследствие этого протаивание может либо уменьшиться, и тогда развитие термокарста остановится, либо оно еще более увеличится и тогда оно может пе­рейти в прогрессирующее протаивание, которое не компенсируется сезонным промерзанием сверху. Прогрессирующее протаивание влечет за собой несмыкание многолетней и сезонной мерзлоты. Между ними возникает постоянно талый слой.

Прекращение термокарстового процесса происходит в следую­щих случаях: 1) если происходит полное сквозное протаивание льда или очень льдистой породы; 2) если слой грунта, накаплива­ющийся путем вытаивания из льда, по своей мощности станет рав­ным деятельному слою; 3) если вновь сложившиеся в пределах просадки внешние физико-географические условия вызовут менее интенсивный теплооборот в приповерхностных горизонтах грунтов и менее глубокое сезонное протаивание (например, заторфование).

Причины термокарста бывают общие и частные.

К общим причинам относятся: а) общее потепление климата; б) усиление континентальности климата, увеличение теплооборотов, следствием чего является более теплое лето, повышение температуры грунтов деятельного слоя, более глубокое протаивание; в) другие общие физико-географические причины: облесение, увеличение мощности снежного покрова и пр.

К частным причинам относятся: а) трещины различного происхождения: морозобойные, динамические и пр.; б) вытаптывание растительного покрова животными; в) лесные и прочие пожары; г) вырубка леса, возведение сооружений, распашка земли, проведение дорог и др.

Формы термокарста обычно унаследованы от морфологии ледяных скоплений разного генезиса, а также от характера рельефа земной поверхности.

В высоких широтах термокарст никогда не бывает связан с мелкими структурными формами, т. е. с процессами только в деятельном слое. Проявление в рельефе сезонного термокарста наблюдается значительно южнее, где велик деятельный слой (например, летнее протаивание сезонных гидролакколитов в Забайкалье и других сходных районах).

Наиболее характерными формами рельефа в связи с термокарстом являются формы, обязанные вытаиванию полигонально-жильных льдов. Вытаивание мощного полигонально-жильного льда начинается с появления бугров-останцов, называемых байджарахами. По мере более глубокого вытаивания льда байджарахи разрушаются, выстилая своим материалом днища термокарстовых депрессий. Вытаивание решеток полигонально-жильного льда приводит к формированию характерных крупных отрицательных форм рельефа, называемых аласами. Байджарахи сравнительно стабильны и долговременны в то случае, когда вертикальная мощность полигонально-жильного льда не превышает поперечника внутренних блоков - полигонов.

Протаивание ледяных ядер бугров булгунняхов приводит к образованию крупных округлых озер; на месте менее крупных гидролакколитов при протаивании ледяных ядер остаются не столь крупные впадины, обычно заполненные водой.