Поиск по сайту

Раздел: Наледи и подземные льды

вернуться в раздел

Подземные льды. Общие сведения

Льды Земли, являющиеся характерной составной частью ее особой оболочки – криосферы, обычно делятся на атмосферные, наземные (ледники, снежный покров), плавучие (морские, озерные, речные) и подземные.
Подземный лед – лед, содержащий в мерзлых почвах, горных породах, грунтах; входит в состав земной коры, как в качестве мономинеральной горной породы, так и в качестве составной части полиминеральных горных пород.
В случае, когда лед выступает в роли породообразующего минерала полиминеральных горных пород, он не образует крупных скоплений, а рассеян среди других составных частей пород в виде цементирующей составляющей (лед-цемент) или образует прослойки, прожилки-шлиры (сегрегационный или текстурный лед).
Подземные льды, образующиеся крупные массивные залежи, могут активно внедряться в горные породы в виде ледяных клиньев и жил, линзовидных и пластовых тел, формирование которых связано в первом случае с морозобойным трещинообразованием, а во втором – с инъекциями водных масс в промерзающие толщи или с длительным послойным, сегрегационным льдовыделением. Крупные ледяные залежи могут образовываться вне связи с процессом промерзания горных пород, в наземных условиях, а затем быть погребены осадками, быстро переходящими в мерзлое состояние, т.е. являться по отношению к ним инородными (аллотигенными) образованиями. Это погребенные речные, озерные, морские льды, снежники, ледники. Наконец, особую разновидность составляют пещерные льды, возникающие в карстовых и термокарстовых пустотах.

1) Жильные льды образуют в горных породах скопления в виде вертикально ориентированных клиньев и жил различной, чаще всего языковидной с пережимами, формы. Их называют также полигонально-жильными и повторно-жильными льдами. Полигональными — потому что они образуют в плане четкую полигональную решетку; повторно-жильными — потому, что они образованы в значительной степени за счет многократно повторяющегося льдообразования в вертикальных морозобойных трещинах, периодически возникающих в одном и том же месте. Вне связи с повторным трещинообразованием формируются ледяные жилы в скальных породах, лед в них называется трещинным. Максимального своего развития ледяные жилы достигают в рыхлых тонкодисперсных отложениях и торфах, именно они характеризуются как своеобразная разновидность подземного льда — горной породы.
Ледяные жилы подразделяются на эпигенетические и сингенетические. Эпигенетические ледяные жилы образуются в тех осадочных горных породах, которые промерзают после их накопления и последующего преобразования сверху. Особенно характерны они для оторфованных озерно-болотных, лагунных, ваттовых отложений и торфянников, залегающих в условиях плоских заболоченных равнин и днищ спущенных озерных котловин — аласов и хосыреев. Преобладающий размер жил 3-5 м по вертикали, максимальные до 6-7 и 1,5-2 м шириной в верхней части (максимальные до 3-4 м). Характерными особенностями стреония льда эпигенетических жил являются: белесый цвет, молочный, иногда буроватый; тектура четкая субвертикально-полосчатая, каждая полоса начинается от более или менее горизонтальной верхней поверхности (головы) жилы. Чередуются полосы относителньно чистого льда толщиной 1-2 мм (до 5 мм) и прослойки льда, обогащенного минеральными примесями, растительными остатками и газовыми включениями.
Сингенетические ледяные жилы, растущие в процессе формирования отложений, синхронно осадконакоплению, достигают огромных размеров: до 50-60 м по вертикали (длина) и 8-10 м по горизонтали (ширина). Форма обычно сложная с расширениями и сужениями (талиями), нередки многоярусные сингенетические ледяные жилы. Отличия от эпигенетических жил в следующем. Во льду практически постоянна большая примесь грунтовых частиц и растительных остатков, особенно в нижних и средних частях жил. Типична крупная пузырьчатость льда: газовые включения имеют форму сферических пузырьков, образующих цепочки, вытянутые по вертикали. Вместе с тем слабо выражена или совсем не различима вертикальная полосчатость, которая в эпигенетических жилах подчеркивается скоплениями грунтовых частиц и растительных остатков. Основными признаками сингенетических ледяных жил по П.А. Шумскому, Б.И. Втюрину, А.И. Попову, Н.Н. Романовскому, В.И. Соломатину и другим являются: во-первых, это большая вертикальная протяженность, значительно превышающая максимально возможное морозобойное трещинообразование даже в самых благоприятных условиях. Во-вторых, извилистые боковые контакты и выходы их них верхних окончаний элементарных ледяных жилок, «припаивание» к боковым контактам жил крупных шлиров («поясков») сегрегационного льда вмещающей льдистой породы.

2) Пластовые льды, связанные с криогенным преобразованием горных пород. В данную категорию группируются ледяные тела, имеющие внутригрунтовое происхождение, связанное с промерзанием горных пород, субгоризонтальную ориентировку в пространстве и пластовую или линзовидную форму залегания. Первоначальные условия залегания могут быть изменены, лед деформирован, и тогда ориентировка залежей в пространстве меняется: они образуют антиклинаотные, синклинальные или диапироподобные структуры. В формировании внутригрунтовых пластовых залежей участвуют различные механизмы льдовыделения: инъекционный, миграционно-сегрегационный, вакуумно-компрессионный. Иногда можно констатировать тот или иной механизм льдовыделения, но во многих случаях имеет место комбинация вышеперечисленных механизмов.
Инъекционные льды представляют собой интрузивные скопления внутригрунтового замерзания и кристаллизации свободных подземных вод, внедряющихся в мерзлые или промерзающие горные породы под напором. Они образуют залежи линзовидной, пластовой, реже штоковой формы, аналогичной интрузивным телам магматических пород (батолиты, лакколиты, силлы, дайки и др.). Наиболее типичное выражение при беспорном способе образования имеют инъекционные льды в ядрах бугров пучения (гидролакколитов). Эти формы рельефа в Якутии называются булгунняхами, в Северной Америке они получили эскимоское название — пинго. Сплошная в ядре бугра линза льда по периферии его обычно расслаивается, чередуясь с прослоями вмещающих пород.
Миграционно-сегрегационные льды, как и инъекционные, образуют крупные скопления в земных недрах в виде пластовых, линзовидных залежей и даже, как полагают некоторые исследователи, ядер бугров пучения. Выделен также особый тип сегрегации под действием напорной миграции. С достаточной уверенностью можно говорить, что миграционные льды являются преобладающей составной частью мерзлой горной породы в пределах так называемых выпуклых торфяных бугров. Льдообразование имеет миграционный характер, потому что текстура в них слоистая. Порода в целом состоит из чередования относительно чистого и загрязненного примесями льда.
Вакуумно-фильтрационный механизм образования крупных пластов льда. Необходимым условием проявления этого механизма является наличие водоносного слоя и колебательные движения подошвы мерзлых толщ над ними при эпигенетическом способе их промерзания, например, в результате короткопериодных колебаний климата (в субаэральных условиях) или колебаний глубин водоема (в субаквальных условиях).

3) Погребенные льды — это сформировавшиеся в условиях поверхности суши или водоемов льды, впоследствии захороненные и ныне находящиеся в составе мерзлых горных пород в виде крупных включений. Выделяют: ледниковые, снежные (и инфильтрационно-снежные), поверхностные и донные льды водоемов (морских, озерных, речных) и наледные льды.
Ледниковые льды переходят в погребенное состояние на конечных стадиях развития ледников и ледниковых покровов, образуя ядра валообразных, грядообразных или холмообразных образований, перекрытых чехлом моренного материала. Наиболее часто этот процесс отмечается вблизи окончаний горных ледников, на поверхности которых со склонов поступает огромное количество обломочного материала, вытаивающего также из самой толщи льда.
При переходе льда в погребенное состояние должно соблюдаться одно непременное условие: толщина слоя сезонного оттаивания должна быть меньше мощности чехла обломочного материала на поверхности ледника. Структурно-текстурные особенности погребенных ледниковых льдов изучены недостаточно. Предполагается, что они должны соответствовать структурно-текстурным признакам движущихся ледников. Но следует помнить, что при переходе льда в погребенное состояние происходит освобождение льда от напряжений, что должно способствовать росту кристаллов.
Существует представление, что захоронение ледникового льда может происходить и в морских условиях. Известно, что на морское дно садятся шельфовые ледники и отколовшиеся от них айсберги. Их нижние зарывшиеся в донные грунты части, несомненно, могут переходить в погребенное состояние после того, как разрушаться верхние. Сохранению погребенных частей айсбергов и их переходу в погребенное состояние способствуют отрицательные температуры придонных вод.
Снежные и инфильтрационно-снежные (снежно-водные) льды, как известно, образуются в результате просачивания (инфильтрации) в снег и фирн талой или дождевой воды с последующим ее замерзанием. Образовавшись на дневной поверхности или близ нее в пустотах горных пород льды этого типа могут затем переходить в погребенное состояние. Чаще всего захораниваются многолетние снежники у подножия склонов. Они заносятся сверху натеками солифлюкционно-делювиальным материала, оплывами разжиженного грунта, в горах наиболее часто осыпями и обвалами. Скопления снежно-водного погребенного льда имеют в основном небольшие размеры (до 1-1,5 м толщиной и 15-25 м в протяженности) и приурочены к склоновым отложениям.
Льды водоемов (морских, озерных, речных), образующиеся на их поверхности, переходят в погребенное состояние особенно часто вдоль берегов. На морские берега выносятся и садяться на мель вблизи них крупные скопления припаянных льдов, реже многолетние морские паковые льды, а иногда и айсберги. Речые льды во время ледохода, особенно благодаря заторам в сужениях русла, в больших количествах выносятся на берег, образуя крупные скопления. Озерные водоемы небольших размеров при глубине не более 2 м часто промерзают до дна. В случае если лед прочно смерзся с донным грунтом, он может частично в процессе последующего накопления осадков быть погребенным ими. Вероятно, что небольшие по протяженности залежи льда пластовой и линзовидной формы являются погребенным озерным льдом. Наиболее способствующие этому условия складываются в областях повышенной интенсивности осадконакопления: в поймах рек, на низменных лайдовых берегах и т.д.
Наледные льды могут быть погребены вблизи бортов долин как склоновыми отложениями, так в отдельных случаях речным аллювием. Переходя в погребенное состояние, они имеют форму линз и пластов мощностью до 7-10 м, а в поперечнике несколько десятков, возможно, первых сотен метров.
Техногенные льды или подземные погребенные льды, связанные с хозяйственной деятельностью человека, получает все большее распространение в криолитозоне. В районах, освоенных горнодобывающей промышленностью, природные и искусственные льды погребаются толщами техногенных отложений — отвалов, шлама и т.д.

4) Пещерные льды заполняют достаточно крупные пустоты в мерзлых горных породах и мономинеральных залежах подземных льдов. И обычно их подразделяют по происхождению по происхождению выполняемых ими полостей на термокарстово-пещерные и карстово-пещерные льды как наиболее распространенные в природе.
Термокарстово-пещерные льды распространены главным образом в толщах высокольдистых мерзлых пород, особенно когда они сочетаются с крупными вертикальными ледяными жилами. Доля их в общей массе подземного льда того или иного участка невелика и не превышает 1-5%.Образование термокарстово-пещерных льдов происходит не только во время массового протаивания других видов подземных льдов, но и одновременно с их формированием, т.е. сингенетическим способом, например, в условиях речных пойм после спада паводковых вод.
Карстово-пещерные льды распространены преимущественно вне криолитозоны в районах с холодными зимами благодаря специфическим условиям циркуляции воздуха, а иногда вследствие адиабатического адиабатического расширения восходящих потоков углекислого газа. Выполнение этих условий приводит к значительному местному охлаждению и возникновению «пещерной мерзлоты», обусловливающей возможность льдообразования.
По генезису карстово-пещерные льды представлены типичными натечными, аблимационными и инфильтрационными льдами. Натечные льды образуют «кору обледенения» - покровы на дне стенок и даже потолках пещер, а также опускающиеся сверху ледяные сталактиты и растущие снизу ледяные сталагмиты, иногда сливающиеся между собой в единые ледяные столбы или сталагнаты. Они характерны для пещер с суровым температурным режимом. Аблимационные льды образуют на стенках и потолках пещер перистые агрегаты кристаллов глубинной изморози, крупные скелетные, иногда сплошные монокристаллы и друзы. Инфильтрационные льды вознкиают при замерзании пропитанных водой агрегатов аблимационных кристаллов глубинной изморози и в ряде случаев снега, занесенного в пещеры ветром. На дне пещер наряду с натечными образуются льды промерзших до дна озер и потоков, сливающиеся в единый ледяной покров.


(Литература: Основы геокриологии, часть 2, Лито-генетическая геокриология / под ред. Э.Д. Ершова. Изд-во МГУ, 1996).