L5.6. Рельефообразование в районах вечной мерзлоты. Криогенная морфоскульптура, мерзлотный рельеф

В районах с отрицательными зимними температурами грунты зимой про­мерзают. Образуется сезонная мерзлота. Однако на 25 % суши еще существует и так называемая вечная мерзлота. Промерзший грунт здесь никогда не оттаи­вает в современных климатических условиях. Возникновение вечной мерзлоты связывают с резким похолоданием в четвертичное время, а современные усло­вия способствуют сохранению вечной мерзлоты. Мощность промерзания грун­тов колеблется от нескольких метров до тысячи метров - например в Якутии. Районы вечной мерзлоты находятся в северном полушарии в Северной Америке (Канада) и Евразии. В Европе граница вечной мерзлоты совпадает с Север­ным полярным кругом, а за Уралом она опускается до южной границы России и почти вся Восточная Сибирь и Дальний Восток находятся на территории с веч­ной мерзлотой. В пределах зоны вечной мерзлоты выделяется несколько подзон:

1. Подзона сплошной мерзлоты с мощностью 100-500 и более метров;

2. Подзона не сплошной мерзлоты, с мощностью промерзания до 25 м;

3. Подзона, представленная отдельными островами мерзлотных пород. Вечная мерзлота существует в условиях резко континентального климата с холодной, продолжительной и малоснежной зимой. В породах здесь развиты различные типы льда: лед-цемент, который образуется за счет замерзания влаги в породах; ледяные тела, в виде линзовых жил. В районах вечной мерзлоты основным рельефообразующим фактором яв­ляется замерзшая подземная вода. При этом в летнее время верхний слой грун­тов здесь оттаивает, а зимой - снова замерзает. Этот поверхностный слой назы­вают деятельным слоем. Его мощность от 1 до 4 м.

Основными рельефообразующими процессами в районах вечной мерзло­ты являются:

1. Пучение грунтов и образование наледей;

2. Криогенное выветривание и морозное растрескивание грунтов;

3. Морозная сортировка и солифлюкция.

Все эти процессы формируют различные микро- и мезоформы в зависи­мости: от характера поверхности, которая может быть плоской или наклонной; от характера почв и грунтов, которые могут быть щебнистыми, или илистыми, однородными или разнородными.

Среди мерзлотных морфоскульптур представлены положительные и от­рицательные', аккумулятивные и денудационные формы. При этом характер рельефообразования определятся физическими свойствами воды. Так, при за­мораживании происходит увеличение ее объема и в почвогрунте возникает дав­ление, которое вызывает разрушение породы и заметное поднятие почвы. При очень низких температурах грунты растрескиваются. Это процессы морозного пучения и растрескивания. Летом лед в глубинах тает, частицы почвы и мел­кие камешки, поднятые вверх морозным пучением теряют опору и скатываются вниз по склону. Так формируется «структурный микрорельеф», представлен­ный каменными многоугольниками, сетями, кольцами. Характер этих форм оп­ределяется системой трещин, образующихся при промерзании. В эти трещины и скатываются камешки по склону при оттаивании верхнего слоя, образуя мно­гоугольники, кольца и т.д.

В однородных грунтах в трещинах образуются ледяные клинья, за счет которых рельеф приобретает волнистый характер.

В период оттаивания верхнего слоя происходит солифлюкция, то есть течение почвы и грунтов, находящихся на склонах. При этом большое количе­ство рыхлого материала сползает по склону со скоростью от 3 до 11 см/сутки.

Если бугорок, возникший при пучении над линзой льда летом оттаивает, то он становится плоским. Так образуются пятнистые тундры. Наиболее крупные формы оттаивания - это тундровые полигоны. Они образуются на системе трещин, содержащих ледяные клинья. Крупные пяти, четырехугольные полигоны, ограниченные рвами - трещинами глубиной до 1 м, могут достигать нескольких десятков м в поперечнике.

При переменном замерзании и оттаивании однородных глинистых грун­тов могут образовываться глинистые пятна. Они округлой или неправильной формы, покрыты растительностью. Поверхность их плоская или слегка вспу­ченная. Такой рельеф называется пятнистым. Эти пятна возникли в результате прорыва по трещинам жидких глинистых грунтов, зажатых между двумя слоя­ми мерзлоты: сезонной и вечной.

В полярных странах встречаются полигональные формы рельефа, ко­торые представляют собой правильные многоугольники, разделенные трещи­нами. В эти трещины проникает вода из нижних грунтов, которая замерзает, образуя ледяные клинья. Летом лед не успевает растаять, разбивая мерзлую по­роду на отдельные блоки. Если грунты пластичные, то они выжимаются, образуя валики высотой до 75 см и шириной 1 м. Полигоны имеет ширину до 30 м.

Таким образом, все формы, связанные с накоплением льда и обломочного материала можно рассматривать как аккумулятивные формы рельефа. Среди положительных форм более крупного размера следует назвать гидролакколи­ты. Это бугры пучения высотой до 30 м и с диаметром у основания 200 м. Об­разование их связано с внедрением подземных вод между вечномерзлотной толщей и промерзшей частью сезонно-талого слоя. Если подземные воды выходят на поверхность, то образуют наледи. Ча­ще это происходит в долинах рек. Летом крупные наледи не успевают растаять, что приводит к морозному выветриванию склонов речных долин.

Денудационные формы мерзлотного рельефа связаны с таянием льда и образованием просадочных форм. В местах, где рыхлые породы перемежаются с мощными прожилками льда могут развиваться процессы термокарста. При этом образуются: западины, карстовые озера, котловины. Так, в Якутии сфор­мировались озерно-термокарстовые ландшафты. На склонах речных долин раз­виты термоэрозионные рытвины и овраги. Термокарст в ряде случаев развива­ется под влияние хозяйственной деятельности человека: после рубки леса, под пашней, при рытье котлованов и т.д. с оттаиванием вечной мерзлоты связаны термоабразионные и термоэрозионные процессы.

Термоабразией называется термическое воздействие морского волнения на берег. Термоэрозионные формы - это ложбины, овраги и долины, образо­вавшиеся в связи с термическим воздействием поверхностных вод.

1.5.7. Эоловые формы рельефа

Такие формы рельефа образуются в связи с деятельностью ветра. Для возникновения этих форм необходимы: частые и сильные ветры; не­значительное количество атмосферных осадков; интенсивное физическое вы­ветривание пород; отсутствие или разреженность растительного покрова. Такие условия имеются в тропических пустынях, а также пустынях уме­ренных широт. Проявление эоловых процессов связано, как видно, с климати­ческими условиями. Независимо от этих условий скопление рыхлого песка и образование эоловых форм происходит на морских берегах, а также в речных долинах. Выделяют следующие виды эоловых процессов:

1. Дефляция - выдувание рыхлого грунта;

2. Корразия, - то есть обтачивание и шлифовка твердых пород;

3. Перенос грунтов ветром;

4. Аккумуляция материала.

Существует прямая связь между скоростью ветра и переносом частиц грунта. Так, при скорости ветра 4,5-6,7 м/с максимальные размеры движущихся песчинок составляют 0,25 мм, а при скорости 11,4-13,0 их величина возрастает до 1,5 мм.

Формы дефляционного и корразионного рельефа. Массы песка, пере­носимые ветром, стачивают и шлифуют поверхность скальных пород, встре­чающихся на их пути. При этом образуются: корразионные ниши; «каменные столбы»; эоловые «каменные грибы».

Ниши обычно вырабатываются в легко разрушаемых породах - песчани­ках, мергелях. Если такие породы сверху прикрыты более прочными породами, то формируются «каменные грибы». При воздействии ветра на скопление рыхлого материала могут образовы­ваться денудационные котловины, или котловины выдувания. Это округлые или овальные отдельные формы рельефа, в несколько десятков или сотен мет­ров в поперечнике. Иногда формы выдувания имеют вид борозд, которые назы­ваются ярдангами. Они могут возникать при развевании песков вдоль дорог, или других образований, имеющих вытянутую форму.

Дефляция может возникать на сельскохозяйственных угодьях, особенно на пахотных землях. Гумусовый горизонт в результате многолетней вспашки теряет структурность и легко развевается ветром. Количество выдуваемой поч­вы может достигать 125 т/га. Дефляция почв отмечается и в нашем Центрально-Черноземном регионе. В 1967 году в южных районах Воронежской области в результате пылевой бури снесено до 60 т/га почвы.

На землях, частично закрепленных растительностью, в результате нерав­номерного развевания песков при ветрах переменных направлений образуется ландшафт ячеистых песков. Он представляет собой сочетание котловин выду­вания и перегородок между ними.

При ветрах устойчивого направления впадины приобретают определен­ную ориентировку и характерную форму полумесяца. Это так называемые л ун­ковые пески. Очень крупные лунковые формы - до 70 м глубины - известны в Аравии под названием фулъджи.

Эоловые аккумулятивные формы. Основную массу песка ветры пере­носят в нижнем 10-20 - сантиметровом слое. Ветровой поток обладает ёмко­стью, мощностью и насыщенностью. Ёмкостью называется количество песка, которое может перемещаться при данной силе ветра. Мощностью называется реальное количество перемещенного песка. Отношение мощности к емкости называется насыщенностью потока. Чем меньше это отношение, тем больше дефляционная способность потока. При уменьшении ёмкости потока происхо­дит аккумуляция песка.

Пыль, то есть алевритовые частицы, переноситься ветром на гораздо большей высоте над поверхностью. При «пыльных бурях» она может подни­маться до высоты 5-6 км и перемещаться на многие тысячи километров. При­мер: бури в Ливии - хамси.

В результате эоловой аккумуляции формируются разнообразные формы рельефа: «Холмик - коса» образуется около какого-нибудь препятствия, напри­мер кустика растения; бугор навевания проявляется после накопления песка около препятствия с последующим его погребением.

Эоловые аккумулятивные формы, относительно направления ветра, могут быть продольными и поперечными.

Крупные продольные формы - это песчаные гряды, или грядовые пес­ки. Образуются они за счет того, что ветер постоянного направления выдувает песок из понижений и набрасывает его на образующиеся между ними гряды. Песок движется в направлении ветра, то есть вдоль гребня, что приводит к его удлинению. К поперечным формам относятся барханы, барханные цепи и пара­болические дюны.

Барханы - это эоловые аккумулятивные формы, имеющие в плане очер­тания полумесяца и ориентированные выпуклой, более пологой стороной, на­встречу ветру. Уклон пологой стороны составляет 15-18°. Противоположный вогнутый склон очень крутой. Его уклон составляет около 35°.

Барханы возникают при больших ветрах перед каким-либо препятствием. Ветровой поток обтекая образовавшийся бархан формирует «рога» бархана. Одновременно происходит пересыпание песка с наветренного склона на под­ветренный, и бархан движется в направлении ветра. В Каракумах скорость их передвижения достигает 12 м в месяц. Высота барханов обычно не превышает 8 м. однако, в некоторых случаях она достигает 40 м при ширине бархана до 300 м.

Барханные цепи состоят из нескольких слившихся барханов. Обычно они располагаются параллельными грядами. На наветренных склонах аккуму­лятивных форм имеются знаки ряби, представляющие собой валики из песка высотой от 2 до 5 см. Обычно они параллельны друг другу. Возникают знаки ряби под воздействием колебательных движений воздушного потока.

Во внетропических пустынях поперечные эоловые образования - дюны часто преобразуются в продольные формы. Это связано с тем, что участки по­перечных дюн с меньшей мощностью песка закрепляются растительностью, а с большей мощностью песка - лишены растительности. Здесь также возникают формы, напоминающие барханы, но «рога» их обращены навстречу ветру. Их контуры напоминают параболу. Это параболические дюны.

К эоловым аккумулятивным формам относятся одиночные пирамидаль­ные и прислоненные дюны. Это самые крупные эоловые образования. Встре­чаются они в Сахаре и Средней Азии. Образуются в результате деятельности ветров разных направлений. Высота таких дюн достигает 150 м. На побережье моря при близком положении горного хребта возникают прислоненные дюны, которые достигают обычно большой высоты. Горный хребет оказывается пре­пятствием на пути движущегося песка и прислоненная дюна представляет со­бой своеобразный песчаный шлейф, навеянный ветром на прилегающий к пес­чаной равнине склон. Такие дюны достигают высоты 200 м.

Подвижные пески в пустынях не имеют сплошного распространения. В настоящее время они часто закреплены растительностью. Многие исследовате­ли считают, что климатические условия сейчас неблагоприятны для образова­ния подвижных песков.

За счет распространения разреженной растительности образуются бугристые пески, а на берегах морей и в речных долинах - кучевые пески, или кучугуры.

При четко выдержанном преобладании ветров одного направления на бе­регах морей формируются продольные дюны. Они представляют собой единую полосу, расположенную фронтально к господствующему ветру.

Таким образом, многообразие эолового аккумулятивного рельефа зависит от: режима ветров; мощности песчаных отложений; степени закрепления их растительностью, физико-географических условий.

В аридных странах наряду с песчаными пустынями широко распростра­нены каменистые и глинистые пустыни. Для них характерны различные дефля­ционные формы. В каменистых пустынях выступы коренных пород часто бы­вают покрыты пустынным загаром. Это блестящая корка, образование кото­рой связано с капиллярным подтягиванием растворов солей из породы. Воз­можно и участие микроорганизмов, способных концентриро­вать оксиды и гидрооксиды марганца, железа и других элементов.

Глинистые пустыни сложены с поверхностными лессовид­ными породами. Для этого типа пустынь характерно формирование неглубоких замкнутых понижений с ровным днищем, которые покрыты глинистой коркой, разбитой сетью трещин. Это так называемые такыры. В понижениях при ред­ких ливнях накапливается вода, насыщенная глинистыми частицами. В уплотнении верхнего слоя принимают участие сине-зеленые микроводорос­ли. Такыры могут образовываться на месте солончаков.

Существенная особенность аридных областей - бессточные впадины, представляющие собой отрицательные формы рельефа, не имеющие выхода для поступающих в них дождевых вод. Их размеры могут достигать нескольких сотен км², а глубина - 200 м. Например, дно впадины Каттара в Ливийской пус­тыне находится на абсолютной отметке (-134 м). В образовании таких впадин кроме ветра большую роль играют структурно геологические и литологические условия. Местами впадины погребены песком. Во время поисков нефти на юге Ливии обнаружена такая впадина с водой хорошего каче­ства. В этой стране постоянный дефицит воды. Здесь использу­ются воды девонского горизонта, кото­рые очень минерализованы -до 3,5 г/л.

Впадины, занятые такырами, обладают тенденцией к углублению. Глини­стая корка на поверхности такыра разрушается и выдувается ветром. С дефля­цией глинистых корок связано образование глинистых дюн. Такие дюны име­ются в аридных районах Мексики.

Для тропической и субтропической зон, где интенсивно развиты денуда­ционные процессы, характерен ландшафт островных или останцовых гор и денудационных равнин. Останцовые горы могут образовываться и в других климатических условиях, но типичны они для пустынь.

В Средней Азии встречаются пластовые денудационные равнины, рельеф которых осложнен столово-останцовыми возвышенностями, то есть остров­ными грядами с плоскими вершинами и крутыми обрывистыми склонами. В Средней Азии они называются турткулями. Возможно, что при образовании останцовых гор вначале главную роль играла эрозия временных водотоков, но затем в обособлении останцов важнейшее значение приобрела дефляция.