Свойства горных пород криолитозоны
Основным объектом изучения геокриологии являются мёрзлые горные породы и почвы. На территории средних и высоких широт Северного и Южного полушарий нашей планеты верхние слои литосферы большую часть года имеют отрицательную температуру. Если слагающие их горные породы содержат воду в жидком виде, то она замерзает, превращаясь в лёд. Те горные породы, которые большую часть года имеют температуру ниже нуля (отрицательную среднегодовую температуру) и содержат в себе лёд, называют мёрзлыми. Горные породы, имеющие отрицательную среднегодовую температуру, но не содержащие льда, называют морозными. Если же в горной породе температура большую часть года положительна и в ней нет льда, то такая порода в криолитозоне называется талой.
Мёрзлые породы при этом отличаются от талых своей монолитностью, большой твёрдостью и крепостью. Ведь замёрзшая вода, превратившись в лёд, прочно скрепляет, цементирует грунтовые частицы. Твёрдость мёрзлых пород столь велика, что не принимать её во внимание нельзя, ибо это грозит немалыми бедами. Вот лишь один пример. Как-то на Крайнем Севере шло строительство инженерного сооружения. По правилам полагалось пробурить скважины в мёрзлых грунтах и забить в них сваи. На этих сваях и должно было стоять сооружение. Сооружение построили, однако через некоторое время оно покривилось, дало трещины. Начали выяснять причины такого «саморазрушения» постройки. Оказалось, что строители пробурили скважины только до половины положенной глубины. Затем мощной современной техникой стали забивать стальные сваи. Пока сваи шли по скважинам, всё было нормально. Но вскоре стальные сваи упёрлись в мёрзлый грунт и под прессом забойной техники начали изгибаться. В результате построенное сооружение оказалось стоящим не на прямых сваях, а на шатких опорах, напоминающих подковы, поставленные вертикально. Это и вызвало деформацию сооружения при его естественной осадке.
Среди всех мёрзлых и морозных пород наиболее трудны для изучения дисперсные породы, т.е. породы, состоящие из множества разных мелких частиц (глины, пески и т.д.). Самые крупные частицы в них имеют размеры песчинки, а самые мелкие видны только под микроскопами при очень сильном увеличении. Внутри таких пород содержится множество мелких пустот или пор. Вода в этих порах обычно находится в трёх состояниях: в виде льда, пара и незамёрзшей воды. Да-да, это не опечатка. В мёрзлых грунтах действительно есть незамёрзшая вода. Ведь это только кажется, что в твёрдом, как скала, куске мёрзлой породы есть только лёд. На самом деле там всегда содержится жидкая вода. Только её совсем немного, и распределена она по частицам грунта тоненькой плёночкой. Такой тоненькой, что её не видно даже в лупу. Образуется она и не замерзает потому, что частицы грунта как бы притягивают к себе молекулы воды и не дают им переходить в лёд. Только очень сильные морозы могут превратить в лёд часть воды из этой плёночки. Но нет на Земле таких морозов, которые смогли бы заморозить всю воду в породе.
Лёд и вода в мёрзлых породах находятся в постоянном равновесии. Так, при повышении температуры лёд подплавляется и пополняет запасы незамёрзшей воды; при понижении температуры происходит обратный процесс — часть воды замерзает и превращается в лёд. Кроме того, содержащаяся в мёрзлой породе вода может мигрировать — двигаться в грунте, и замерзать, образуя в породе прослойки льда (шлиры) толщиной от сотых долей миллиметра до нескольких сантиметров и более.
При любых изменениях температуры в мёрзлом грунте начинается перемещение незамёрзшей влаги. Там, где теплее, лёд чуть-чуть подтаивает и частично превращается в воду. Плёнка незамёрзшей воды в этом месте становится толще, чем в более холодных частях породы. После этого «лишняя» вода перемещается туда, где её меньше, и снова замерзает, увеличиваясь в объёме примерно на 9%. Породы, окружающие такой растущий шлир льда, как бы раздвигаются в разные стороны, и сильнее всего — вверх. В результате происходит поднятие, вспучивание самой поверхности земли.
Но в то же время там, откуда уходит мигрирующая вода, образуется пустота. Под весом вышележащих пород она смыкается. Так происходит усадка (сжатие) мёрзлой породы.
В общем можно сказать, что мёрзлая порода является весьма подвижной системой, реагирующей на любые изменения температуры.
Постоянная ссылка на страницу: http://pochemy.net/?n=1199
Случайная статья
