История изучения вечной мерзлоты в россии реферат

Обновлено: 05.07.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Изменения климата, связанные с антропогенным ростом концентрации парниковых газов в атмосфере, в первую очередь сказываются на наиболее уязвимых компонентах природной среды, чувствительных к переменам термического режима. К ним относится и вечная мерзлота - многолетнемерзлые породы, подстилающие приблизительно две трети территории России. Изменение состояния грунтов при возможной деградации вечной мерзлоты отражается на инженерно-технических сооружениях (зданиях, магистральных нефте- и газопроводах, транспортной инфраструктуре, системах жизнеобеспечения) и в целом на окружающей среде.

На протяжении истории Земли эволюция вечной мерзлоты была тесно связана с глобальными потеплениями и похолоданиями климата. В ближайшую теплую эпоху прошлого, приблизительно 6 тыс. лет назад, площадь распространения сплошной вечной мерзлоты в Северной Евразии, по данным палеоклиматических реконструкций, уменьшалась по сравнению с современной приблизительно на четверть [1]. Еще большим было ее сокращение около 125-130 тыс. лет назад - в то время площадь сплошной вечной мерзлоты составляла менее одной пятой от нынешней. При этом среднеглобальная температура воздуха в приповерхностном слое воздуха была приблизительно на два градуса выше. Примерно таким должно быть потепление на нашей планете к середине XXI в., если выбросы в атмосферу парниковых газов будут поступать нынешними темпами [2]. Этот сценарий, условно названный business as usual, предполагает рост содержания углекислого газа, метана, закиси азота и хлорфторуглеводородов, эквивалентный увеличению концентрации углекислого газа на 1% в год. При учете антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей, которые увеличивают отражение солнечной радиации в космос и эффективно охлаждают поверхность, к середине XXI в. глобальная температура повысится на один градус.

Изменения средней глобальной температуры по данным наблюдений (I) и по модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка: при росте концентрации парниковых газов по сценарию business as usual без учета эмиссии сульфатных аэрозолей (II) и с учетом этой эмиссии (III).

Метод палеоаналогов был первым способом построения пространственных сценариев будущих состояний климата, геосистем и их компонентов в различных регионах [3]. При этом палеоклиматические реконструкции строятся для тех интервалов геологического прошлого, во время которых уровни повышения среднеглобальной температуры по отношению к нынешним соответствовали ожидаемым в близком будущем. Эти построения - важный источник информации о многолетнемерзлых породах в эпохи длительных потеплений, когда приповерхностные горизонты приходили в устойчивое, равновесное с климатическими условиями, состояние. Однако темпы наблюдаемых за последние 30 лет и прогнозируемых в XXI в. изменений климата не имеют аналогов в прошлом. При таком быстром антропогенном воздействии отдельные звенья климатической системы не успевают подстроиться к внешним условиям. Можно ли применять метод палеоаналогов при моделировании быстро изменяющегося климата и дополняет ли он оценки будущих изменений компонент земной климатической системы (в том числе - криосферы) - на эти вопросы мы попытались ответить в нашей работе.

Моделирование изменений глобального климата

Сложность изучения глобального климата связана с тем, что постановка физических экспериментов с контролем влияющих на него факторов невозможна. Такие работы можно проводить только с виртуальным (модельным) климатом, который отображает взаимодействие атмосферы, океана, криосферы, биосферы и поверхности суши на пространстве переменных физико-математических моделей. Наиболее подробные из них, называемые моделями глобального климата (общей циркуляции) - сложные динамические системы с большим числом степеней свободы и максимально подробным на настоящий момент описанием основных локальных климатообразующих процессов. В мире насчитывается несколько десятков таких моделей, которые в рамках множества международных программ непрерывно сравниваются между собой и с данными наблюдений. Поскольку они успешно воспроизводят эволюцию климата XX в., их считают “разведчиками будущего”, и в этом качестве этим моделям альтернативы пока нет.

Первые попытки представить изменения климата под действием антропогенных выбросов парниковых газов на моделях общей циркуляции были предприняты в середине 70-х годов прошлого века. Одним из слабых мест этих работ было описание океана - самого инерционного из звеньев земной климатической системы. Удвоение эквивалентной концентрации углекислого газа в атмосфере при развитии сценария business as usual ожидается уже в 70-х годах XXI в. За такой короткий период океан не успеет полностью приспособиться к изменению внешних условий. Поэтому в последнее время в мире стартовало новое поколение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, более подробно учитывающее океанические процессы [4].

Эксперименты с моделями такого типа требуют значительных затрат вычислительных ресурсов, в особенности при расчетах эволюции климата до нескольких сотен лет, и могут проводиться только на самых современных ЭВМ. Поэтому развиваются и модели климата промежуточной сложности [5], требующие в сотни раз меньше машинного времени и памяти: в них многие явления, такие как конденсация водяного пара или динамика отдельных циклонов и антициклонов, описываются через характеристики крупномасштабных полей. Эти модели климата также сравниваются с данными наблюдений и результатами более подробных моделей общей циркуляции.

При воспроизведении эволюции климата последних десятилетий на современных моделях было замечено, что данные наблюдений согласуются с ними лучше, если помимо парниковых газов учитывать и эффект антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей. Сосредоточенные в основном в нижних слоях атмосферы, они приводят к выхолаживанию этих слоев вследствие эффективного отражения солнечного излучения. При прогнозировании климата охлаждающее действие аэрозолей становится еще заметнее. Расчеты изменений средней глобальной температуры приземного воздуха до конца XXI в. на одной из самых современных моделей общей циркуляции атмосферы и океана [4] показали, что антропогенная эмиссия парниковых газов приведет к увеличению средней глобальной температуры на 1.8°С к середине века по сравнению с периодом 1960-1990 гг., что близко к оценке ее повышения 125-130 тыс. лет назад, в период Микулинского межледниковья (по данным палеореконструкции). Учет аэрозольной эмиссии снижает эту величину до 1.3°С, что ближе к условиям, существовавшим 10 тыс. лет назад - в оптимум голоцена. Каковы же современные представления о многолетнемерзлых грунтах в эти эпохи?

Распространение мерзлоты в теплые эпохи

Индекс относительной суровости и границы современной криолитозоны.

Во время еще не завершенного четвертого этапа последнего межледниковья особое место занимает оптимум голоцена (около 6 тыс. лет назад) Именно его считают палеоаналогом ближайших ожидаемых изменений климата в результате антропогенного увеличения содержания парниковых газов в атмосфере.

Из-за деградации с поверхности западного сегмента криолитозоны возник слой глубокозалегающих многолетнемерзлых пород, не успевших протаять в климатический оптимум голоцена. Такие породы сохранились и до сих пор на больших глубинах (сотни метров), например, в бассейне Печоры или в средней полосе Западной Сибири.

При восстановлении динамики ее различных подзон в течение интересующих нас двух теплых эпох был применен индекс относительной суровости I, представляющий собой отношение минимальной (как правило, января) и максимальной (как правило, июля) среднемесячной температуры воздуха (в °С). Этот показатель, разработанный на основе эмпирических данных одним из авторов статьи, В.П.Нечаевым, характеризует локальные климатические условия, благоприятные для образования мерзлых грунтов [6]. С его помощью можно воспроизвести современное положение границы вечной мерзлоты: для сплошной многолетней значение индекса оказалось меньше –2, а для распространения мерзлоты вообще – меньше –1.

Тот же индекс мы использовали для сопоставления положения границ зон вечной мерзлоты двух уже упомянутых теплых эпох прошлого с расчетами на модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка (г. Гамбург) в середине XXI в.: с учетом влияния сульфатного аэрозоля и без его учета. Оказалось, что парниковое воздействие при развитии сценария business as usual приближает положение границ мерзлотно-климатических зон к Микулинскому межледниковью, охлаждающее действие аэрозолей - к оптимуму голоцена. Выше уже отмечалось, что это справедливо и для расчетов уровня повышения средней глобальной температуры. Таким образом подтверждаются возможности метода палеоклиматических реконструкций, и в частности палеоаналогов.

Индекс относительной суровости по расчетам климатической модели на 2040-2050 гг. и данным палеореконструкций. Вверху - полученный в эксперименте с учетом выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума голоцена (6 тыс. лет назад); внизу - без учета выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума Микулинского межледниковья (125 тыс. лет назад).

Глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий

Метод палеоаналогов развивался для диагностики пространственного распределения климатических аномалий при заданном уровне изменения средней глобальной температуры. Удобство его применения было во многом связано с тем, что такая температура прогнозируется более надежно по сравнению с деталями регионального распределения этой климатической характеристики, разброс в оценках изменения среднеглобальной температуры по отдельным моделям не слишком велик. При этом зачастую привлекаются упрощенные модели климата с малым числом хорошо контролируемых параметров. При быстрых изменениях климата, когда его состояние в каждый момент времени далеко от равновесного, достижимого только в отдаленном будущем, возникает вопрос о самом существовании взаимосвязей между средней глобальной температурой и исследуемыми климатическими параметрами.

На модели общей циркуляции атмосферы и океана и модели климата промежуточной сложности, созданной в Институте физики атмосферы, мы проследили за наиболее простой характеристикой мерзлотных условий - площадью континентальных территорий Северного полушария (Si), со значением индекса суровости меньще –2, характерным для сплошной мерзлоты, - меняющейся в зависимости от среднеглобальной температуры. Другими словами, была оценена глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий. Результаты моделирования показали тесную линейную связь исследуемых характеристик. При этом чувствительность мерзлотно-климатических условий (на графике наклон прямых площадь-температура) практически одинакова для сценариев с учетом воздействия сульфатных аэрозолей и без них и лежит в интервале от 0.4 до 0.25 К–1.

В среднем увеличению среднеглобальной температуры на один градус соответствует уменьшение площади сплошной вечной мерзлоты на одну треть. По данным палеореконструкций для Северной Евразии, при увеличении средней глобальной температуры на 1°С (оптимум голоцена) площадь Si(–2) уменьшается на 25% по сравнению с современной, что соответствует чувствительности 0.25 К–1; при увеличении на 2°С (Микулинское межледниковье) уменьшение этой площади достигает 80%, а чувствительность - 0.4 К–1. Другими словами, модельные и палеогеографические значения этих характеристик совпадают. Следует, правда, иметь в виду, что модельные эксперименты проводились только с учетом изменения содержания парниковых газов и сульфатного аэрозоля и не учитывали возможное влияние других воздействий на климат.

Насколько мы близки к прошлому?

Как уже отмечалось выше, глобальные потепления прошлого протекали на гораздо более длительных отрезках геологического времени в сравнении с современными быстрыми темпами изменений климатообразующих процессов. Поэтому их следует рассматривать как возможные палеоаналоги предельных квазиравновесных состояний климатической системы, соответствующих текущему расчетному уровню глобального потепления в будущем. С другой стороны, собственная инерционность многолетних мерзлых грунтов, которая может достигать нескольких десятков лет на уровне нулевых годовых колебаний, не позволяет проводить прямые аналогии между текущим уровнем потепления на поверхности и состоянием вечной мерзлоты. Однако при моделировании нестационарного отклика климата на современных моделях общей циркуляции атмосферы и океана связь мерзлотно-климатических условий с уровнем глобального потепления оказывается тесной.

Были проведены расчеты Si(–2) (скользящих десятилетних средних значений) по таким моделям для периода 1900-2100 гг. при сценарии выбросов парниковых газов business as usual и с дополнительным учетом охлаждающего действия аэрозоля (до 2050 г.). Условная площадь сплошной вечной мерзлоты для конца XX в. совпадала с результатами наблюдений. Оказались близкими к реальным современным границам соответствующих подзон вечной мерзлоты и основные черты географического распределения изолиний индексов I(–1) и I(–2) на территории Северной Евразии для этого периода. С начала XXI в. обе модели показывают начало резкого сокращения Si(–2), так что к середине столетия эта площадь уменьшится примерно на 65% (около 5-7 млн км2) без учета аэрозольной эмиссии и несколько менее, приблизительно на 35-40%, с учетом сульфатного аэрозоля [2].

Зависимость площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2 и нормированной на современное значение, в Северном полушарии для различных десятилетий от изменения среднегодовой глобальной приповерхностной температуры для модели общей циркуляции (вверху) и климатической модели промежуточной сложности ИФА РАН (внизу). Сплошные кружки - эксперимент с учетом аэрозолей, пустые - без них. Сплошной и пунктирной линиями обозначены соответствующие линейные регрессии. Для сравнения на рисунках нанесены крестики, соответствующие данным палеореконструкций для оптимума голоцена (серые) и Микулинского межледниковья для Северной Евразии (черные).

Изменение площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2, в Северном полушарии при десятилетнем скользящем усреднении в численных экспериментах: 1 - по модели общей циркуляции без учета аэрозоля, 2 - с учетом аэрозоля, 3 - по модели промежуточной сложности ИФА РАН без учета аэрозоля; 4 - современное значение площади, покрытой сплошной вечной мерзлотой.

Отметим в заключение, что мы не рассматривали ни мелкомасштабные характеристики ландшафта и растительности, ни свойства грунта, важные для эволюции многолетней мерзлоты, ни вертикальные особенности геокриологических процессов, в том числе в снежном покрове и в слое сезонного протаивания. А именно они определяют инерционное запаздывание реакции мерзлоты на изменение поверхностных условий. Многие мерзлотоведы связывают современное повышение температур мерзлых грунтов с увеличением толщины снежного покрова. Некоторые черты этих процессов позволяют воспроизвести современные одномерные геокриологические модели, которые непрерывно совершенствуются, и уже в обозримом будущем их можно будет включать в модели будущих изменений климата в качестве отдельных блоков, приспособленных для описания процессов в холодных грунтах.

Для нас принципиально важно то, что оценки мерзлотно-климатических условий XXI в., полученные по моделям климата нового поколения, согласуются с аналогичными оценками для теплых эпох прошлого, несмотря на то, что палеоаналоги глобального потепления к середине века относятся к квазистационарным условиям. Уровни глобального потепления для этих эпох - оптимума голоцена и Микулинского межледниковья, по данным моделирования, достижимы уже к середине начавшегося столетия. Хотя эти расчеты не учитывают временное запаздывание процессов во всей толще мерзлых грунтов, которое может достигать десятка сотен лет, модельные оценки изменения мерзлотно-климатических условий в сторону теплых эпох означают, что уже в ближайшие десятилетия можно ожидать интенсификации процессов деградации вечной мерзлоты.

Литература

1. Величко А.А., Нечаев В.П. // ДАН. 1992. ?3. C.667-671.

2. Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds J.T.Houghton, L.G.Meira Filho, B.A.Callander et al. Cambridge, 1996.

3. БудыкоМ.И. Эволюциябиосферы. Л., 1984.

4. Roeckner E., Bengtsson L, Feichter J. et al. // J. Climate. 1999. V.12. P.3004-3032.

5. Handorf D., Petoukhov V.K., Dethloff K. et al. // J. Geophys. Res. 1999. V.104. ?.22. P.27253-27275.

6. Нечаев В.П. О некоторых соотношениях между мерзлотными и климатическими параметрами и их

палеогеографическое значение // Вопр. палеогеогр. плейстоцена ледник. и перигляц. областей

Вечная мерзлота занимает в нашей стране достаточно большую площадь. Интересно узнать, как она возникла, какие факторы способствовали ее образованию. Как она влияет на природу нашей страны и хозяйственную деятельность человека?

Вложение	Размер
реферат на тему многолетняя мерзлота	94.29 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Рославльского района Смоленской области

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

Автор: Воронцова Екатерина, ученица 10 класса

Руководитель: Пуликова Ирина Петровна,

учитель биологии – географии МБОУ

Перенская средняя школа

д. Перенка, 2019 г.

Что такое геокриология ………………………………………………………. 4

Предмет геокриология; понятия и термины. Строение криосферы Земли . 4
История исследования многолетней мерзлоты ……………………………… 6
Структура современной геокриологи, её связь с другими науками ………… 9

Современные представления о многолетней мерзлоте ………………………….. 12

Современные представления о возникновении развитие многолетнемерзлых

Состав мёрзлых дисперсных (осадочных) пород …………………………….. 12
Снежный покров, его влияние на многолетнюю мерзлоту ………………….. 13
Растительность, её влияние на многолетнюю мерзлоту …………………….. 13
Влияние на многолетнюю мерзлоту рельефа местности, экспозиции и крутизны склонов …………………………………………………………………………. 14

Криогенные (мерзлотные) геологические процессы и явления………………… 15

Морозное пучение дисперстных пород ………………………………………. 15
Морозобойное растрескивание и полигонально – жильные образования …. 16
Термокарст ……………………………………………………………………… 17
Наледеобразование …………………………………………………………….. 18
Криогенные склоновые (гравитационные) процессы ……………………….. 20
Термогидрогенные процессы …………………………………………………. 22

Влияние многолетней мерзлоты на хозяйственную деятельность человека ….. 24

Тема : " Многолетняя мерзлота" Автор : Воронцова Екатерина, ученица 10 класса МБОУ Перенской средней школы

Руководитель : Пуликова И.П., учитель биологии - географии.

Актуальность темы: Тема работы является актуальной, так как вечная мерзлота занимает в нашей стране достаточно большую площадь. Интересно узнать, как она возникла, какие факторы способствовали ее образованию. Как она влияет на природу нашей страны и хозяйственную деятельность человека?

Практическая значимость: Материалы реферата будут использованы учениками на уроках географии.

Цель: Изучить многолетнюю мерзлоту - уникальное и в тоже время, широко представленное на территории нашей страны, явление.

1.Изучить литературные источники, установить, что такое многолетняя мерзлота, к а к она возникла и насколько широко распространена? Какая наука занимается изучением многолетней мерзлоты?

2.Познакомиться с историей исследования многолетней мерзлоты.

3.Установить, каково влияние снежного покрова, растительности, рельефа на многолетнюю мерзлоту.

4.Изучить криогенные (мерзлотные) геологические процессы и явления

5. Установить, как антропогенная нагрузка влияет на многолетнюю мерзлоту

Методы исследования: картографический , анализ и синтез , работа с учебной и справочной литературой

1. Что такое геокриология

1.1. Предмет геокриологии; понятия и термины. Строение криосферы Земли

Почти две трети территории России занято многолетней мерзлотой, многие крупные месторождения полезных ископаемых находятся именно здесь, в зоне вечной мерзлоты. На мерзлых грунтах строятся крупные промышленные и гражданские объекты, прокладываются различные виды линейных сооружений (автомобильные и железные дороги, газо- и нефтепроводы), словом, идет интенсивное освоение северных территорий. В связи с этим люди должны быть подготовлены для работы в суровых северных условиях и иметь представление об особенностях развития многолетней мерзлоты и ее взаимосвязи с другими компонентами природы.

Основатель мерзлотоведения, как самостоятельной науки, Михаил Иванович Сумгин (1873-1942). кратко определил его как учение о вечной мерзлоте и мерзлых грунтах, т.е. нахождение горных пород в мерзлом состоянии длительное время.

Более общая задача геокриологии – изучение мерзлой зоны литосферы, или криолитозоны. Криолитозона – это часть земной коры, в которой горные породы (почвы, грунты) имеют отрицательную температуру вне зависимости от наличия и фазового состояния воды в ней. Криолитозона входит в состав криосферы Земли, которая (по В.И.Вернадскому) представляет собой такую термодинамическую оболочку, в которой одновременно при отрицательных температурах могут существовать лед, вода и пар. Криосфера включает в себя помимо криолитозоны значительную часть атмосферы (до высот 100-120 км), а также льды суши, морей и океанов. Криолитозона состоит из мерзлых, морозных и охлажденных пород (Романовский, 1983).

По длительности существования в мерзлом состоянии почвы, грунты и горные породы подразделяются на следующие три типа: кратковременно мерзлые, сезонно мерзлые и многолетнемерзлые.

Кратковременно мерзлое состояние почвы возникает в южных широтах, где среднесуточная температура воздуха в зимний период редко опускается ниже 0 0 С, поэтому мерзлое состояние почвы длится всего лишь несколько часов, реже суток.

Сезонномерзлое состояние почвы и грунтов продолжается несколько месяцев и на некоторой глубине может наблюдаться до конца теплого периода. Продолжительность сезонного промерзания зависит от широты, долготы и высоты местности, а также других географических условий.

Многолетнемерзлое состояние породы может длиться без перерыва длительное время. Условно принято считать многолетнемерзлыми породы, не оттаивающие на протяжении 2-3 и более лет, они составляют основную часть криолитозоны.

В тоже время, слой сезонномерзлого грунта (породы), не протаявший полностью в течение летнего периода и переходящий в мерзлом состоянии в следующую зиму, называют перелетком. Иногда перелетки существуют несколько лет.

Многолетняя криолитозона явление зональное как в общегеографическом смысле, так и геологическом. Пространственное распространение мерзлых толщ определяется широтой местности, ее высотой над уровнем моря, глубиной от дневной поверхности и историей геологического развития региона. Мощность криолитозоны (с юга на север) изменяется от единиц до многих сотен метров. Максимальная вскрытая мощность криолитозоны в северном полушарии равняется 1450 м (Западная Якутия, бассейн р.Мархи). В высокогорьях, а также в пределах Антарктического щита глубина промерзания горных пород может быть значительно больше. В недалеком геологическом прошлом, в плейстоцене, в периоды длительных похолоданий климата, многолетнее промерзание земной коры на Евроазиатском континенте могло достигать глубины нескольких километров.

Среднегодовая температура криолитозоны, определяемая на подошве слоя сезонного оттаивания или при разовых замерах на глубинах 10-20 метров, где температура постоянная в течение года, также явление зональное. Она изменяется от нуля – вблизи южной границы распространения многолетнемерзлых пород, до минус 10-15 0 С – на арктическом побережье Северо-Востока России. Площадь распространения криолитозоны занимает около 25% поверхности суши Земли и почти 2/3 территории нашей страны. В России многолетнемерзлые породы (ММП) развиты на севере Европейской части (Кольский полуостров, побережье Баренцова моря), на полярном и северном Урале, на севере обширного Западно-Сибирского региона (примерно к северу от широтного направления р.Обь), охватывает большую часть Востока и почти всю территорию Северо-Востока Сибири, северные районы Дальнего Востока и Камчатки. Она распространена в горах Алтая, Саянах, Тянь-Шань. Выделяют районы сплошного, прерывистого и островного ее развития. Вблизи южной границы криолитозоны ММП образуют изолированные острова, площадь которых к северу увеличивается, отдельные острова мерзлоты сливаются в крупные массивы, разделенные немерзлыми (таликовыми) зонами и, наконец, образуются сплошные мерзлые толщи, охватывающие громадные территории. Принято считать, что если ММП в регионе занимают более 90% площади, то говорят о сплошном распространении мерзлых толщ; от 50 до 90% – прерывистом, менее 50% – островном.

Зона сплошного распространения многолетнемерзлых пород охватывает Тазовский, Ямальский и Гыданский полуострова, низовья рек Пур, Таз и Енисей. Она приурочена к тундре и северной части лесотундры; южная граница проводится по параллели 66 0 с.ш. ММП развиты здесь даже в пределах прибрежной мелководной части Карского моря и прибортовых участков эстуарий крупных рек. Мощность криолитозоны в северных районах достигает 400-500 и, возможно, более метров. Температура пород изменяется в пределах минус 37 0 С.

Таким образом из изложенного выше следует: а) на севере криолитозоны Западной Сибири развиты сплошные по вертикали мерзлые толщи мощности до 400-500 м; б) в средней части криолитозоны мерзлые породы имеют двухярусное строение: вверху залегают современные (голоценовые), а ниже, под талым горизонтом мощностью от нескольких десятков до первых сотен метров – древние (плейстоценовые мерзлые толщи); в) на юге криолитозоны Западной Сибири многолетнемерзлые породы существуют только на больших глубинах (200-300 м).

1.2. История исследований криолитозоны

Следующий этап охватывает период со второй половины XVIII по первую половину XIX вв. Продолжается накопление фактического материала по мерзлым породам различных районов Сибири, Якутии, Забайкалья, на побережье моря Лаптевых и Новосибирских островах. В исследованиях принимали участие Алексей Евдокимович Фигурин, Адольф Эрман, Петр Федорович Анжу, Фердинанд Петрович Врангель, Федор Федорович Матюшкин, Александр Федорович Миддендорф, Прокопий Тарасович Козьмин и др.

Вторая половина XIX – начало XX в. характеризуется зарождением мерзлотоведения как прикладной отрасли знаний, что обусловлено началом промышленного освоения Сибири – строительством Транссибирской магистрали, развитием горнодобывающей промышленности.

В 1866-1867 гг. Г.Л.Майдель впервые выполнил морфометрическое описание гигантской Кыра-Нехаранской наледи на Северо-Востоке Сибири площадью (по его оценке) около 100 км 2 .

В 1889 г. Л.А.Ячевский, внесший большой вклад в развитие мерзлотоведения, представил схематическую карту распространения вечной мерзлоты и ее южной границы.

За рубежом в этот период также проводились работы по изучению подземной криосферы (Аляска, Шпицберген, Швеция и др.), но они носили эпизодический и нередко случайный характер.

В конце 20-х и середине 30-х годов ХХ столетия организуются научно- исследовательские мерзлотные станции (НИМС). Первые станции были открыты в п.Сковородино и г.Петровске-Забайкальском, находящимся на Транссибе. К середине 30-х годов в стране действовало уже более 10 станций Идея создания научных станций принадлежала М.И.Сумгину, который осуществлял научное руководство их деятельностью. На мерзлотных станциях организуются стационарные наблюдения, региональные исследования, изучается опыт строительства, начинаются исследования физико-механических свойств мерзлых грунтов. Годы создания некоторых НИМС: 1936 – Воркутинская (ВНИМС), 1935 – Анадырская (АНИМС), 1930 – Игарская, 1941 – Якутская (ЯНИМС).

В 30-е годы началось становление инженерного мерзлотоведения. В 1938 г. завершено строительство крупного промышленного сооружения на вечной мерзлоте – Якутской Центральной электростанции (ЯЦЭС), проектные изыскания выполнены под руководством Н.А.Цытовича. В довоенное время продолжалось изучение подземных вод криолитозоны Забайкалья, Дальнего Востока, Якутии и Амурской области.

В конце 20-х – начале 30-х годов важные исследования на наледях вдоль Амуро-Якутской автогужевой магистрали выполнил инженер Валериан Гаврилович Петров. Им были разработаны и широко применялись на практике мероприятия по защите дорожного полотна от негативного воздействия наледей.

Вторая половина XX – начало XXI в. является современным этапом в истории геокриологических исследований и характеризуется дальнейшим интенсивным развитием науки. Расширяется круг геокриологических исследований в Западной Сибири. В 1956 г. Институтом мерзлотоведения созывается VII Межведомственное совещание по мерзлотоведению, в котором участвовали представители 84-х научных и производственных организаций страны, в том числе Норильска и Магадана, где велись мерзлотные исследования.

Нужно отметить, что ни одно более или менее крупное строительство в криолитозоне не начинается без проведения предварительных мерзлотно-гидрогеологических изысканий и составления геокриологического прогноза.

В конце 60-х годов началось плодотворное международное сотрудничество мерзлотоведов, которое выразилось в обмене опытом исследований и результатами работ на научных конференциях. Первая из них была проведена в 1963 г. (США, Лафейт).

Таким образом, во второй половине прошедшего столетия геокриология стала общепризнанной быстро развивающейся наукой. Начало XXI века ознаменовалось новым импульсом развития геокриологических исследований, проводимых в нефтегазовом комплексе, при строительстве горнорудных комбинатов, магистральных автомобильных и железных дорог, а также в связи с требованиями охраны природной среды.

1.3. Структура современной геокриологии, ее связь с другими науками

Геокриология – наука геологического цикла, она связана со многими разделами геологии: литологией, гидрогеологией, тектоникой, четвертичной геологией, геофизикой и пр. В то же время мерзлая зона литосферы формировалась при определенных физико-географических условиях, существующих на поверхности Земли, поэтому геокриология должна использовать достижения метеорологии, гидрологии, океанологии, гляциологии и др. наук географического профиля. Практические направления геокриологии связаны с запросами промышленного и гражданского строительства, вследствие чего она использует методы технических и физико-математических наук.

В настоящее время развитие геокриологии осуществляется по следующим основным направлениям:

- Физика, химия и механика мерзлых пород; - Динамическая геокриология; - Литогенетическая геокриология (или криолитология); - Региональная и историческая геокриология; - Инженерная геокриология; - Геокриологический прогноз и геоэкология криолитозоны; - Планетарная криология.

Физика, химия и механика мерзлых пород. Задачей этого направления является изучение закономерностей протекания физико-химических, механических и теплофизических процессов в мерзлых, промерзающих и оттаивающих горных породах. Физика, химия и механика мерзлых пород в целом является важнейшей теоретической базой для всех других направлений.

Литогенетическая геокриология (криолитология)

Основные задачи этого научного направления: исследование вещественного состава и структурно-текстурных особенностей мерзлых пород и льдов; выявление на основе мерзлотно-фациального анализа особенностей и закономерностей формирования различных генетических типов мерзлых отложений.

Региональная и историческая геокриология изучает зональные и региональные закономерности формирования и распространения мерзлых пород; особенности их распространения по площади и в разрезе; криогенное строение, мощность и температурный режим мерзлых толщ и подземных льдов; влияние на их образование многолетних колебаний климата, ландшафтногеоморфологических и геологических условий; развитие и существование геологических процессов и явлений. Наряду с криолитологами специалисты рассматриваемого направления занимаются выяснением истории возникновения и развития мерзлых толщ в отдельном регионе и на всей планете в целом.

Инженерная геокриология представляет собой раздел практической геокриологии, она занята инженерно-геологическим обеспечением проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений в криолитозоне; разрабатывает наиболее надежные и экономически выгодные решения при хозяйственном освоении территории.

Геокриологический прогноз и геоэкология криолитозоны. Задачами этого направления являются выяснение характера взаимодействия объектов строительства и мерзлых пород, устойчивости компонентов природной среды к влиянию изменяющихся естественных и антропогенных факторов. В настоящее время геокриологический прогноз является обязательной составной частью исследований мерзлых пород для целей строительства, поскольку фазовые переходы воды в грунтах резко меняют их физико-механические свойства. Усиливающиеся техногенные нагрузки на природную среду ведут к существенному негативному изменению геокриосистем.

Криолитозона очень уязвима в экологическом отношении, а восстановление природных ландшафтов в условиях Севера происходит весьма медленно.

Последствия антропогенного воздействия на криолитозону в ряде случаев имеют слабо предсказуемый и трудно контролируемый характер, поэтому требуют безотлагательного решения сложных экологических задач .

Криология планет – одно из самых молодых направлений геокриологии, оно зиждется на достижениях астрономии и космонавтики. Познание закономерностей развития криогенных оболочек планет солнечной системы, состоящих не только из водного, но и углекислотного и метанового льда, облегчит человеку познание криогенной оболочки Земли

Содержание работы

Введение
1 Распространённость
2 Изучение
3 Хозяйственное значение
4 Почвы районов многолетней мерзлоты
Заключение
Список литературы

Файлы: 1 файл

Вечная мерзлота.docx

Введение
1 Распространённость
2 Изучение
3 Хозяйственное значение
4 Почвы районов многолетней мерзлоты
Заключение
Список литературы

Вечная мерзлота - часть верхнего слоя земной коры, характеризующаяся в течение всего года или хотя бы короткое время (но не менее суток) отрицательной температурой почв и горных пород и наличием или возможностью существования подземных льдов. В этой зоне выделяются слой кратковременного и сезонного промерзания-протаивания (т. н. активный, или деятельный слой) и многолетняя "вечная мерзлота", называемая также "криолитозона". Нижней границей криолитозоны служит изотермическая поверхность с температурой 0°С., характеризующаяся отсутствием периодического протаивания. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле в настоящее время составляет ~ 35 млн. км², и имеется тенденция к её прогрессирующему сокращению вследствие явлений глобального потепления климата. Распространение - север Аляски, Канады, Европы, Азии, острова Северного Ледовитого океана. для которых характерны отрицательная температура грунта, образование и длительное сохранение в нем льда. Термин "вечная мерзлота", как обозначение специфического геологическое явления был введён в научное употребление в 1927 г. основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным. Он определял его, как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий.

Обозначения:
фиолетовый - районы многолетней мерзлоты в северном полушарии, синий — районы промерзания почвы более чем на 15 суток в году, красный — районы промерзания почвы менее чем на 15 суток в году, сплошная линия — граница области сезонного снежного покрова

От 60% до 65% территории России — районы многолетней мерзлоты. Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье.

Самый глубокий предел многолетней мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания многолетней мерзлоты — 1 370 метров — зафиксирована в феврале 1982 года.

кратковременномёрзлые породы (часы, сутки),
сезонномёрзлые породы (месяцы),
многолетнемёрзлые породы (годы, сотни и тысячи лет).

Учёт многолетней мерзлоты необходим при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере.

Многолетняя мерзлота создаёт множество проблем, но от неё есть и польза. Известно, что в ней можно очень долго хранить продукты. При разработке северных месторождений мерзлота, с одной стороны, сильно мешает, так как промёрзшие породы обладают высокой прочностью, что затрудняет добычу. С другой стороны, именно благодаря мерзлоте, цементирующей породы, удалось вести разработку кимберлитовых трубок в Якутии в карьерах — например, карьер трубки Удачная — с почти отвесными стенками.

Глубина промерзания при средних отрицательных температурах в течение:

Глубина мерзлоты (м)

Почвы районов многолетней мерзлоты.

В почвах, расположенных в зоне длительной сезонной или постоянной мерзлоты, протекает комплекс своеобразных процессов, связанных с влиянием низких температур. Над мёрзлым слоем, который является водоупором, вследствие коагуляции органических веществ может происходить накопление гумуса, так называемая надмерзлотная регенерация гумуса, надмерзлотное оглеение даже при небольшом годовом количестве осадков. Образование слоев льда (шлиров) в почве приводит к разрыву капилляров, вследствие чего прекращается подтягивание влаги из надмерзлотных горизонтов к корнеобитаемому слою. Наличием мёрзлого слоя вызван целый ряд механических изменений в почвенном профиле, таких, как криотурбация — перемешивание почвенной массы под влиянием разницы температур, солифлюкция — сползание насыщенной водой почвенной массы со склонов по мёрзлому слою. Эти явления особенно широко распространены в тундровой зоне. С криогенными деформациями связывают характерный для тундр бугристо-западинный рельеф (чередование бугров пучения и термокарстовых западин), а также образование пятнистых тундр.

Под действием мороза происходит криогенное оструктуривание почвы. Отрицательные температуры способствуют переходу продуктов почвообразования в более конденсированные формы, и это резко замедляет их подвижность. Мерзлотной коагуляцией коллоидов обусловлено ожелезнение таёжных почв. С влиянием криогенных явлений некоторые исследователи связывают обогащение кремнекислотой средней части профиля подзолистых почв, рассматривая белесую присыпку как результат мерзлотной дифференциации плазмы и скелета почвы.

Вечная мерзлота и метаногидраты

- Новые оценки роли вечной мерзлоты северного полушария ( многолетнемерзлого грунта) указывают на потенциальный источник СО2 и СН4, способный усилить атмосферные концентрации в случае их освобождения.

- Недавнее повышение глобальных уровней метана пока не может быть отнесено к деградации вечной мерзлоты.

- Отдельным и важным источником метана являются метаногидраты на дне океана и в вечной мерзлоте. Недавно сделан вывод, что высвобождение этого вида метана очень маловероятно в этом столетии.

Как отмечается в Четвертом докладе IPCC и в более поздних исследованиях, южная граница вечной мерзлоты смещается на север в Северной Америке за последние десятилетия. Быстрая деградация и восходящее движение нижней границы вечной мерзлоты продолжается на Тибетском нагорье (Jin et al. 2008, Cui and Graf 2009). Кроме того, наблюдения в Европе (Akerman and Johansson 2008; Harris et al. 2009) отмечают процесс оттаивания и существенное увеличение глубины вышележащего активного слоя, который подвергается ежегодному циклу замораживания - оттаивания , особенно в Швеции.

По мере оттаивания вечной мерзлоты и увеличения глубины активного слоя, больше органического вещества потенциально может начать гнить. Если поверхность покрыта водой, метанопроизводящие бактерии разлагают органические вещества. Но эти бактерии не могут выжить в присутствии кислорода. Вместо этого, если поверхность талой почвы подвергаются воздействию воздуха, бактерии производящие углекислый газ вовлекаются в процесс разложения органики. В любом случае это усиливает обратную связь с глобальным потеплением. Величина этой обратной связи является важным неизвестным параметром в науке о глобальном потеплении, она не была учтена ни в одном из прогнозов IPCC. Общее количество углерода, хранящегося в вечной мерзлоте, по оценкам, составит около 1672 Гт (1 Гт =

10 9 тонн), из которых ~ 277 Гт содержатся в торфяниках (Schuur et al. 2008; Tarnocai et al. 2009). Это примерно в два раза больше углерода, чем содержится в атмосфере. Недавний анализ Dorrepaal et al. (2009) показывает наличие сильных свидетельств, полученных прямым наблюдением , что имеет место ускорение выбросов углерода в связи с потеплением климата из торфяников над слоем вечной мерзлоты в северной Швеции. Связано ли недавно замеченное повышение атмосферных концентраций метана (Rigby и др.. 2008), после почти десятилетнего стабильного уровня, с ростом его эмиссии в северном полушарии из-за поверхностного потепления все еще остается неопределенным.

Другая усиливающая обратная связь с потеплением, которая недавно наблюдается в высоких северных широтах, связана с микробным преобразованием почвенного азота в закись азота. Измерение выбросов закиси азота с поверхности торфяников, Repo et al. (2009) дают тот же порядок величин выбросов в расчете на квадратный метр , как и выбросы из пахотных угодий и тропических почв. Авторы отмечают, что по мере разогрева Арктики площадь открытой поверхности торфяников будет расти, тем самым усиливая общий объем выбросов закиси азота.

От 500 до 10000 Гт углерода, как считается, хранится под морским дном в форме метаногидратов , кристаллических структур, образованных метаном и молекулами воды (Brook et al. 2008). Еще от 7,5 до 400 Гт углерода в форме метаногидратов связано в вечной мерзлоте (Brook et al. 2008). Некоторые утверждают, что антропогенное потепление повышают вероятность катастрофического высвобождения метана из гидратов в атмосферу. В недавней оценке, сделанной в США в рамках Научной программы по изменению климата (CCSP 2008b), было сочтено очень маловероятным, что такое катастрофическое высвобождение будет происходить этом веке, хотя там же сочли весьма вероятным, что исток метана из гидратов и болот будет увеличиваться с потеплением климата. Это подтверждается недавним анализом, который показал, что рост атмосферного метана 11600 лет назад имел болотное, а не гидратное происхождение (Петренко и др.. 2009), то же было найдено в исследовании Земли с использованием модели средней сложности (Fyke and Weaver 2006; Archer et al. 2009).

Было предпринято несколько исследований с применением климатических моделей. Одно такое исследование использовало Community Climate System Model, version 3 (CCSM3) с явной трактовкой процессов в мерзлоте. Сокращение вечной мерзлоты достигло 40% к ~ 2030 независимо от сценария выбросов (Сокращение от ~ 10 млн км2 до 6 млн. км2). К 2050 году достигается значение 4 млн км2 (при сценарии выбросов B1) или 3,5 млн. км2 (при сценарии выбросов B2). Площадь вечной мерзлоты снижается до ~ 1 млн км2 к 2100 году (при A2). В каждом случае симуляции не включают дополнительные обратные связи, вызванные распадом вечной мерзлоты, в том числе эмиссию метана, продвижение на север кустарников и лесов и активизацию процессов, затрагивающих почвенный углерод. Все они влияют на дальнейшее усиление потепления.

Актуальность темы. Тема работы является актуальной, так как вечная мерзлота присутствует в нашем мире. На мой взгляд, очень многим будет интересно узнать, откуда она берется, какие факторы способствуют ее образованию, территории ее распространения, виды хозяйственной деятельности на этих территориях и что с ней станет в связи глобальным потеплением.

Файлы: 1 файл

Многолетняя мерзлота в России.docx

Киричкова Марина Ивановна.

Распространение вечной мерзлоты………………………………………………5

Причина возникновения вечной мерзлоты………………………………………………6

Хозяйственная деятельность человека. Последствия……………………………………7

Глобальное потепление. Последствия………………………………………………… ….9

Список использованной литературы…………………………………………………… ..11

Вечная мерзлота – это горные породы, промёрзшие на значительную глубину и не оттаивающие в течение длительного времени – от нескольких десятков лет до многих тысячелетий. Мерзлота формируется на суше (в горах и на равнинах), на шельфе арктических морей и под ледниками. Вечная мерзлота — явление глобального масштаба. Единственные материки, где вечная мерзлота отсутствует, — это Австралия и Африка. Значительная часть вечной мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьирует от нескольких % до 90 %. В вечной мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидратов, в частности гидрата метана.

Многолетняя мерзлота оказывает огромное влияние как на многие свойства природы, так и на условия жизни и деятельности человека. В первую очередь это огромный природный холодильник с бесперебойной работой, оказывающий постоянное охлаждающее действие на почву и приземный слой воздуха. Вечная мерзлота служит хорошим водоупором и является причиной заболачивания оттаивающей летом почвы.

Учёт многолетней мерзлоты необходим при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере. Многолетняя мерзлота создаёт множество проблем, но от неё есть и польза. Известно, что в ней можно очень долго хранить продукты. При разработке северных месторождений мерзлота, с одной стороны, сильно мешает, так как промёрзшие породы обладают высокой прочностью, что затрудняет добычу. С другой стороны, именно благодаря мерзлоте, цементирующей породы, удалось вести разработку кимберлитовых трубок в Якутии в карьерах — например, карьер трубки Удачный — с почти отвесными стенками.

Районы распространения вечной мерзлоты

Вечная мерзлота на земном шаре распространена, главным образом в полярных и приполярных областях, а также в высокогорных районах умеренных и даже тропических широт и занимает около 25% всей суши Земли. Почти 2/3 территории России охвачено вечной (многолетней) мерзлотой. В нашей стране вечная мерзлота занимает площадь около 10 млн. км 2 , или более 65% территории России. Наиболее широко она распространена на севере европейской части России и Западной Сибири, а к востоку от Енисея достигает южных границ нашей страны. Самый глубокий предел многолетней мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания многолетней мерзлоты — 1 370 метров, зафиксирована в феврале 1982 года. Основные черты климата, которые характерны для районов распространения мерзлой зоны, в целом следующие: отрицательная среднегодовая температура воздуха, сухая и холодная длинная зима, короткое лето, малое количество осадков, особенно зимою. Характерно антициклональное состояние атмосферы зимой, которое благоприятствует малому количеству осадков, большой прозрачности воздуха, сильным теплопотерям земной коры.

Причина возникновения вечной мерзлоты

Ученые считают, что она образовалась в условиях сурового климата много тысячелетий назад, а современные климатические условия поддерживают ее существование и в настоящее время. Ареал распространения вечной мерзлоты совпадает с ареалом, имеющим отрицательные среднегодовые температуры воздуха и холодные малоснежные зимы. О ее древнем возрасте свидетельствуют многочисленные находки в мерзлой толще остатков древних растений и животных, погибших в ледниковый период. Особенно удивительными оказались находки почти целых туш мамонтов, позволившие составить прекрасное представление об их облике, а по остаткам пищи, сохранившейся в их желудках, восстановить ту среду, в которой они обитали.

Хозяйственная деятельность человека. Последствия.

При освоении северных районов необходимо тщательно учитывать свойства мерзлотных грунтов. Строительство жилых домов и промышленных зданий, прокладка дорог и трубопроводов приводят к ее отеплению и оттаиванию и, в свою очередь, к просадкам и перекосам зданий, разрушению дорог. В таких условиях здания ставят над землей на железобетонных сваях, что позволяет ветрам постоянно уносить (продувать) тепло от зданий. Городами на сваях являются крупный город Норильск.

Мерзлота может деградировать за несколько месяцев или лет, почти всегда виноват в этом человек. Создание газопроводов и нефтепроводов приводит к определенным экологическим проблемам (разрыв труб и выброс нефти и газа, нарушение естественного покрова при прокладке труб, в северных районах при наземных трассах трубопроводов - помехи для миграции животных). В районах вечной мерзлоты сосредоточено более 30% нефти страны, около 60% природного газа, залежи каменного угля и торфа, запасов цветных металлов, золота и алмазов, огромные запасы древесины и пресной воды. Значительная часть этих природных богатств вовлечена в хозяйственный оборот.

Во всех компонентах природной среды Сибирского региона произошли существенные изменения в результате масштабного освоения месторождений полезных ископаемых. Наиболее очевидно они проявились в деградации вечномёрзлых грунтов на урбанизированных территориях Восточной и Западной Сибири. Её причиной стало загрязнение грунтов легкорастворимыми солями, которые попадают в них в результате оседания выбросов в атмосферу предприятий перерабатывающей промышленности и постоянных утечек из коммунальных инженерных сетей и различных трубопроводов. Поверхностное и глубинное засоление многолетнемёрзлых грунтов ведёт к их переходу из твёрдого мёрзлого в пластично-мёрзлое и не мёрзлое состояние. Температура их замерзания опустилась до -3 - -5 ºС. Городские территории, на которых находятся участки с отрицательно мёрзлыми талыми грунтами, неизбежно затапливаются и заболачиваются, а расположенные на них фундаменты и опорные конструкции сооружений разрушаются. Сибирские города, исполняющие роль плацдармов освоения природных ресурсов, теряют огромные жилые площади, а объекты их транспортной и коммунальной инфраструктур требуют постоянного ремонта.

Глобальное потепление. Последствия.

Глобальное потепление — это процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмо сферы Земли.

Повышение температуры из-за глобальных климатических изменений приводит к деградации многолетнемерзлых пород, и это становится экономической, геополитической и социальной проблемой государственного масштаба. В последние годы говорят, что в связи с глобальным потеплением начинают таять ледники. Таяние вечной мерзлоты представляет серьезную опасность для экономики России; деформации и разрушению могут подвергнуться важные объекты инфраструктуры, включая тысячи километров нефтепроводов и газопроводов в Западной Сибири.

В вечной мерзлоте содержатся большое количество метана и диоксида углерода. Когда льды растают, парниковые газы поступят в атмосферу и ускорят процесс глобального потепления. Выбросы метана способствуют усилению парникового эффекта и дальнейшему потеплению климата. В ближайшие 100 лет погода может сильно измениться. Человечество будет на грани планетарного таяния. Остановить глобальное потепление уже нельзя. Но можно попытаться отдалить этот процесс, если сократить масштабы производства, если меньше засорять атмосферу ядовитыми газами и отходами. Каждый человек должен осознавать, что никто кроме него не сможет спасти планету. Земля в руках каждого из нас. И пришло, наконец, то время, когда нужно ее беречь, ведь она у нас одна.

Читайте также:

История изучения вечной мерзлоты в россии реферат

Предварительный просмотр:

Содержание работы

Файлы: 1 файл

Вечная мерзлота.docx

Вечная мерзлота и метаногидраты

Оглавление

Файлы: 1 файл

Многолетняя мерзлота в России.docx