Бугры пучения это кратко
Обновлено: 05.07.2024
Впервые исследованы бугры пучения в долине р. Сенца на Окинском плоскогорье Восточного Саяна. Охарактеризованы состав и текстуры вмещающих отложений и температурный режим сезонноталого слоя, морфология и структура одного из крупных бугров, химический состав льда, слагающего его ядро. Для режимных температурных наблюдений на одном из крупных бугров пучения в долине р. Сенцы пробурена скважина глубиной 4,8 м. Установлено, что с поверхности бугор пучения сложен переслаивающимися льдистыми суглинками и линзами чистого льда. Криотекстуры грунта слоистые, косослоистые, тонкошлировые, крупносетчатые, базальные. Химический состав расплавов линз подземного льда HCO3 и SO4–HCO3 Ca с минерализацией 6,5–153 мг/дм3. В вертикальном изотопном профиле вариации стабильных изотопов водорода и кислорода составляют: δD – 157,9… –142,7 ‰, δ18О –20,27… –18,61 ‰, а dexc изменяется от 11,78 до 2,58 ‰. Мерзлота в долине р. Сенца представлена льдистыми озерно-аллювиальными отложениями. Температура пород в активном слое на глубине 4,4 м понижается до –1,6 °С. В ходе промерзания отложений происходило формирование бугров пучения. Сформулирован вывод о том, что изученный бугор пучения сформировался в результате как сегрегационного, так и инъекционного льдообразования в рыхлых озерно-аллювиальных отложениях.
1. Аржанников С.Г., Иванов А.В., Аржанникова А.В., Демонтерова Е.И. Долина вулканов в Восточном Саяне // Наука из первых рук. – 2013. – № 5/6 (53/54). – С. 66–83.
2. Васильчук Ю.К., Алексеев С.В., Аржанников С.Г., Алексеева Л.П., Буданцева Н.И., Чижова Ю.Н. и др. Изотопный состав ледогрунтового ядра минеральных бугров пучения в долине реки Сенца, Восточный Саян // Криосфера Земли. – 2015. – Т. XIX, № 2. – С. 52–66.
6. Рассказов С.В., Логачев Н.А., Брандт И.С., Брандт С.Б., Иванов А.В. Геохронология и геодинамика позднего кайнозоя (Южная Сибирь – Южная и Восточная Азия). – Новосибирск: Наука, 2000. – 288 с.
Бугры пучения – характерные образования в криолитозоне, формирующие специфический криогенный рельеф. Их возникновение обусловлено сегрегационным либо инъекционным льдообразованием в рыхлых отложениях или сочетанием этих процессов. Бугры пучения каждого генетического типа имеют особое строение, форму в плане и разрезе, особенности развития и время существования. Они широко развиты как в северной, так и южной геокриологических зонах.
В ходе проведения комплексных научно-исследовательских работ на Окинском плоскогорье Восточного Саяна в долине р. Сенца впервые обнаружена серия крупных бугров пучения. В настоящее время генезис этих бугров является предметом дискуссии.
Окинское плоскогорье находится в восточной части Восточного Саяна. Оно расположено на высоте 1800–2400 м над уровнем моря и является водосбором Иркута, Оки, Китоя, Урика. Приток р. Оки – Сенца – прорезает Окинское плоскогорье на глубину 800 м (рис. 1). Долина р. Сенца представляет собой классический трог с элементами ледникового рельефа в виде боковых и конечных морен позднеплейстоценового возраста [5].
Рис. 1. Долина р. Сенца (Окинское плоскогорье, Восточный Саян, Республика Бурятия, фото с сайта Google Earth) и бугры пучения в долине
Меандрирующее русло реки и большое количество стариц и озер свидетельствуют о перегруженности долины осадочным материалом. Отложения аллювиального, озерного, гляциального, делювиального и пролювиального генезиса, выполняющие долину реки, представлены суглинками, супесями, песками, галечниками, валунами. Мелкозернистые отложения, формировавшиеся в озерных котловинах и речной долине при низких скоростях течения воды, явились благоприятной средой для активизации процессов пучения поверхности поймы и террасы р. Сенца в период многолетнего промерзания.
Климат в пределах Окинского плоскогорья резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха в зависимости от абсолютной высоты изменяется от –5,6 °С (1372 м) до –6,6 °С (2084 м) [3]. Криолитозона имеет сплошное распространение с тенденцией уменьшения в западном и северо-северо-восточном направлениях. Сплошность криолитозоны нарушается сквозными таликами в зонах разломов, которые картируются постояннодействующими источниками подземных вод, и несквозными таликами, связанными с отепляющим влиянием поверхностных водотоков и водоемов.
Мощность многолетнемерзлых пород на междуречных пространствах в среднем равна 170–200 м, а в долинах рек составляет 140–180 м. Среднегодовая температура мерзлых пород изменяется в пределах –3…–8,5 °С [4]. Сезонно протаивающий слой на междуречных пространствах имеет мощность 1,0–1,5 м, достигая 3,5 м на южных склонах.
Строение бугра пучения
Один из крупных изученных бугров пучения (Se-14-1) высотой 10,7 м (по наклонной поверхности) с ледогрунтовым ядром находится на левой надпойменной террасе р. Сенца, примыкая к озеру, предположительно термокарстового происхождения. Подробный разрез бугра представлен на рис. 2.
Рис. 2. Фото и зарисовки фрагментов разреза бугра пучения (Se-14-1) в долине р. Сенца
Описание разреза (по наклонной поверхности):
0–0,2 м – почвенно-растительный слой.
0,2–0,6 м – суглинок; однородная буровато-серая толща с редкими ожелезнёнными вертикальными и наклонными прожилками сменяется темно-серым суглинком.
0,6–1,1 м – суглинок темно-серый средний пылеватый, микроструктура – агрегированно-скелетная. Глинистость суглинка 21,2 %.
1,1–2,85 м – суглинок темно-серый тяжелый пылеватый, микроструктура – агрегированно-скелетная. Глинистость суглинка 29,7 %. Мерзлый, неравномерно льдистый. В верхней части шлиры льда имеют толщину до 10 мм; в средней части, на глубине около 2 м – толщина линз и прослоев льда достигает 15 мм. Криотекстура грунта слоистая, чешуйчатая.
2,85–3,25 м – линза льда. Лёд молочно-белого цвета, с редкими включениями кусочков грунта размером 2–3 см.
3,25–3,80 м – суглинок темно-серый тяжелый пылеватый, микроструктура – агрегированно-скелетная. Глинистость суглинка 30,5 %. Мерзлый. В массе грунта выделяются блоки (до 10 мм) и линзы льда (до 5–8 мм). В интервале 3,25–3,60 м криотекстура грунта базально-слоистая.
3,80–4,0 м – супесь темно-серая легкая. Микроструктура – агрегированно-скелетная. Мерзлая. Криотекстура слоисто-чашуйчатая.
4,0–4,65 м – пласт льда. Лед – прозрачный, с многочисленными пузырьками округлой и вытянутой формы и обломками грунта.
8,10–10,7 м – суглинок желтовато-серый и голубовато-серый, мерзлый. Криотекстура в основном массивная и тонкошлировая, редкие шлиры толщиной 1–2 мм расположены неравномерно (наклонно и горизонтально).
Химический состав льда
Химический состав расплавов из ледяных линз и пластов в теле бугра пучения – гидрокарбонатный кальциевый с минерализацией 6,5–11,2 мг/дм3, рН = 5,6–6,1 (таблица). Минерализация текстурообразующего льда в нижележащем ледогрунте (желтовато-серых и голубоватых суглинках) гораздо выше – 153 и 128 мг/дм3.
Химический состав подземного льда из бугра пучения на р. Сенца и речных вод
Механизм образования бугра пучения зависит от того, открытая это система или закрытая. В закрытой системе талые породы окружены со всех сторон многолетнемерзлыми породами. В районах вечной мерзлоты грунты, расположенные непосредственно под озером, не замерзают и находятся в талом состоянии (если глубина водоема превышает мощность льда в зимний период). Чем больше водоем, тем больше массив талых грунтов под ним — талик. Под наиболее крупными озерами многолетнемерзлые породы могут и вовсе отсутствовать. При обмелении или иссушении озера подозерный талик начинает промерзать со всех сторон. Под воздействием возникшего гидростатического давления мерзлый грунт в наиболее слабом месте выгибается, образуя бугор пучения с ядром из льда или льда с грунтом.
Нередко встречается и другой тип бугров пучения — гидролакколиты. Это открытая система. Гидролакколиты образуются в местах с тектоническими разломами, где по трещинам в породах могут поступать артезианские воды из горизонтов, находящихся под вечномерзлыми грунтами, — это так называемые зоны разгрузки подземных вод. Поднимаясь вверх, вода замерзает, за счет постоянного притока снизу происходит рост гидролакколита. Таким образом, его происхождение сопоставимо с магматическими лакколитами, которые образуются в результате застывания лавы на поверхности, поднимающейся из земных недр по трещинам.
Бугры пучения образуются в настоящее время в южных областях вечной мерзлоты. Этот процесс происходил и в прошлом. Возраст отдельных бугров пучения на севере Канады или Западной Сибири может достигать нескольких тысяч лет. Их формирование связано с периодами похолодания в голоцене, когда происходило обмеление и спуск термокарстовых озер, образовавшихся в результате голоценового климатического оптимума и деградации мерзлых пород.
Характерная особенность внешнего облика большинства бугров пучения — трещиноватость поверхности. В некоторых случаях глубокие трещины рассекают их более чем до середины, из-за чего подобные бугры с большого расстояния кажутся двухвершинными. Через трещины под давлением может происходить излияние воды или водогрязевого потока. Образуется кратер, как у вулканов. В отдельных случаях вслед за образованием кратера происходит оттаивание и разрушение бугра, в результате чего на его месте может снова образоваться озеро или болото. Если это болото или озеро впоследствии опять начнет промерзать (из-за частичного осушения), то снова образуется бугор пучения. Кратер виден на фотографии канадского пинго, в нем уже образуется озеро.
Размеры бугров пучения зависят от характера промерзания и образования отложений, начальной влажности и других свойств породы. Бугры пучения не всегда достигают больших размеров. На рисунке ниже представлены небольшие бугры пучения, образовавшиеся вследствие осушения аласа в Центральной Якутии. Аласами называют котловины, образовавшиеся в результате вытаивания и просадки льдистых мерзлых отложений и подземных льдов. Часто в центре такого понижения существует озеро. В последнее время аласами называют любую котловину, которая образовалась в результате вытаивания подземных льдов. Если это озеро осушится (так как алас находится на высокой водораздельной равнине, а само озеро выше, чем местная речная сеть), то начнется промораживание талых пород, которое будет сопровождаться ростом бугра пучения.
Бывают сезонные и однолетние бугры пучения, а также другие явления, вызванные пучением. Пучение грунтов — явление сложное и в разных породах происходит по-разному, но везде в зоне распространения мерзлых пород оно несет опасность и проблемы для хозяйственного освоения севера человеком. Неравномерность этих процессов часто приводит здания и сооружения в аварийное состояние и даже вызывает их полное разрушение. А железная дорога Чум — Салехард — Игарка протяженностью 900 км, которая активно строилась в середине прошлого века (в ее строительство было вложено 42 млрд руб.), из-за бугров пучения так и осталась недостроенной. Сейчас она известна как Мертвая дорога.
Бугры пучения, достигшие значительных размеров, могут взрываться, образуя вместо резко положительных форм рельефа, наоборот, резко отрицательные. Так, со взрывом газа, скопившегося в полости на месте бугра пучения в результате постепенного вытаивания подземного льда, связывают образование в июле 2014 года уникального Ямальского кратера.
Ямальский кратер и его местоположение на карте. Фото из доклада А. А. Нежданова, А. С. Смирнова в рамках семинара по исследованию Ямальской воронки
Результаты рекогносцировки с помощью GPS-навигатора показали, что диаметр всей формы вместе с бруствером составляет 70 метров (здесь бруствер — слой выброшенной породы, расположенный по краю кратера). Ширина бруствера достигает 20 м. Кратер, расположенный внутри бруствера, видимо, имеет диаметр не более 30 м по верху и до 25 м ниже уступа. Глубина также точно не измерена, но есть основания полагать по результатам съемки портативной видеокамерой, опущенной в кратер, что она заведомо превышает 50 м и может достигать 70 м.
Схема строения Ямальского кратера. Изображение из статьи М. И. Эпов и др., 2014. Бермудский треугольник Ямала
Первые гипотезы связывали образование кратера с падением метеорита, но были отвергнуты исследователями. Была отброшена также гипотеза техногенного возникновения кратера, так как в его окрестностях не было найдено никаких следов деятельности человека. Остальные гипотезы так или иначе связывают появление кратера с газовыми выбросами. Различия — только в механизмах и причинах такого катастрофического выброса. Так, согласно гипотезе, связанной с изменением климата, 2012 год отличался наиболее теплым летом, летние осадки были максимальными. Изменение температуры мерзлой породы в районе кратера происходит несинхронно с увеличением температуры воздуха, волна тепла достигла большей глубины только в 2013 году, что привело к процессу высвобождения заключенного в верхних горизонтах мерзлоты газа. Другие гипотезы также связывали выбросы газа с изменением температуры, но добавляли, что причиной появления Ямальского кратера стало разрушение газогидратов, находящихся на глубине 60–80 м. При разложении газогидратов объем выделившегося газа превышает объем породы в сотни раз.
Наиболее вероятно, что залежь газа образовалась в полости на месте постепенного вытаивания погребенного льда бугра пучения с замещением ледового или водного пространства газом. Координаты центра бугра пучения точно совпали с центром воронки, что подтвердило правильность объяснений природы объекта взрыва.
Ямальский кратер на космических снимках сверхвысокого разрешения. Слева — состояние участка до образования воронки (снимок WorldView-1 от 09.06.2013). Справа — существующая воронка (снимок WorldView-1 от 15.06.2014). Красная линия — внешняя граница бруствера воронки; желтая — граница зоны разброса материала из воронки. Фото из статьи А. И. Кизяков и др., 2015. Геоморфологические условия образования воронки газового выброса и динамика этой формы на Центральном Ямале
На данный момент обнаружено более десятка подобных гигантских кратеров на территории Ямала, Таймыра, Гыданского и Тазовского полуострова, а по данным аэрокосмической съемки выявлено более 150 озер с многочисленными кратерами в донных отложениях, нередко с брустверами выброшенной породы.
Бугор пучения – положительная форма рельефа, образующаяся в результате сегрегационного выделения льда при неравномерном промерзании и пучении грунтов в условиях открытой системы.
Бугор пучения инъекционно-сегрегационный – положительная форма поверхности грунта, образующаяся в результате сегрегационного (миграционного) или инъекционного выделения льда при неравномерном промерзании и пучении грунтов в условиях открытой системы (туруф).
Бугор пучения ледяной – положительная форма рельефа наледей округлой или удлинённой формы, образовавшаяся при локальном неравномерном промерзании грунтов, содержащих водоносные горизонты, либо при промерзании рек и межналедных вод. Диаметр ледяных бугров пучения обычно изменяется в пределах 2-200 м, высота – 05-6,0 м.
Бугор пучения многолетний – бугор пучения, формирование которого происходит более одного года (до десяти лет). Бугры пучения образуются в прирусловых участках рек, подошве склонов, днищах логов, вблизи озёр; достигают 10 м в высоту (редко более), в поперечнике по основанию до 30 м (редко более).
Бугор пучения подводный – бугор пучения, обычно с ледяным ядром, в донных отложениях арктических морей; возникает при субаквальном промерзании донных отложений, содержащих линзы пресных вод, в результате формирования криогенных напоров. Возможно, что такие бугры являются следствием дегазации залежей углеводородов по зонам тектонических разрушений. Бугры представляют собой конусообразные холмы высотой от 3 до 17 м, редко до 25 м, диаметр по основанию 120-140 м, часто встречаются группами; в Карском море прослежены до глубин 150 м, в юго-восточной части Баренцева моря – до 70 м.
Бугор пучения сегрегационный – бугор пучения, образующийся в результате безнапорной миграции содержащейся в грунте воды к фронту промерзания под влиянием градиентов температуры и влажности.
Бугор пучения сезонный – бугор пучения, существующий в течение холодного сезона года и протаивающий в теплый сезон года. Бугры формируются в пределах сезонноталого и сезонномёрзлого слоёв и имеют высоту до 1,2 м и ширину по основанию до 6 м. Часто образуются на гребнях и откосах плотин, вблизи примыканий, у подошвы низового откоса плотины, на дорогах, аэродромах.
Бугор пучения торфяной – положительная форма рельефа, образующаяся при неравномерном промерзании водонасыщенного торфа и (или) подстилающего грунта; бугры широко распространены на берегах водохранилищ, золо- и хвостохранилищ, в понижениях рельефа, имеют высоту до 1,5 м, диаметр 1-2 м.
Бугры пучения
Гидролакколит - (от Гидро. и греч. lákkos — яма и líthos — камень), многолетний Бугор пучения с ледяным ядром, образующийся в результате увеличения объёма подземной воды при замерзании в условиях гидростатического напора в областях развития многолетнемёрзлых горных пород. Г. достигают 25-40 м высоты и 200 м ширины и имеют форму купола с крутыми склонами, пологого кургана или валообразного поднятия; сверху ядро покрыто приподнятыми деформированными отложениями, которые разбиты трещинами. В СССР распространены главным образом в Якутии.
Гидролакколиты представляют собою бугры выпячивания, происшедшие в результате образования подземной наледи. Они обнаруживают большое разнообразие форм. Среди них мы встречаем бугры, достигающие почти 70 м высоты и небольшие бугорки около 1 м , бугры одно- и двухлетние и бугры, продолжительность существования которых измеряется сотнями и тысячами лет. Встречаясь в области прибрежных тундр Азии и Америки, а также в южной части таежной зоны восточной Сибири
На периферии куполовидно или брахиантиклинально изогнутых поверхностных слоев находится торф или торфянистая почва (мощность 50- 60 см ), под ним минеральный грунт (например галечник с песком, глинистый песок и пр.) - его мощность измеряется также несколькими десятками сантиметров (40-50), глубже располагается лед в виде куполообразного свода, мощность которого достигает 1,5 и (и не превышает 2- 2,5 м ). Для многолетних гидролакколитов мощность ледяной линзы может быть свыше 3 и даже 4 м . Внутренность свода наполнена водой, у вершины купола иногда скопляется сжатый газ (воздух?). Образование подобных бугров связано с деятельностью ключей, представляющих собой выход на дневную поверхность подмерзлотных вод.
Вот космоснимки, которые были указаны в комментариях в предыдущей статье:
Координаты: 68.466851, 152.017763
Судя по вот таким территориям, пучение происходит не только отдельных замерзающих линз воды, но куда больших территорий.
Сенсация не произошла… Но зато узнали про явление, которое не описано в учебниках или далеко не во всех специализированных книгах.
Читайте также: