Горная энциклопедия - криолитозона

(от греч. kryos холод, мороз, лёд, lithos камень и zone пояс * a. cryolitic zone, cryolithozone; н. Frostboden; ф. zone de cryolithe; и. zona de criolitas) часть криосферы, представляющая собой верхний слой земной коры, характеризующийся отрицат. темп-рой почв и горн. пород и наличием или возможностью существования подземных льдов. Термин предложен П. Ф. Швецовым в 1955. K. включает в себя Мерзлые породы, Морозные породы и охлаждённые породы. Охлаждённые породы засолены или насыщены солёными водами и рассолами c темп-рами ниже 0В°C (Криогалинными водами).

Пo времени существования выделяют K. многолетнюю (от неск. лет до тысячи лет) и сезонную (области сезонного промерзания пород). Многолетняя K. подразделяется на субаэральную суши, субгляциальную под ледниками и субмаринную под акваторией морей и океанов. Субаэральная K. приблизительно совпадает по площади c областью вечной мерзлоты, в к-рой развиты многолетнемёрзлые породы (ММП), занимающие 25% суши и распространённые почти на 1/2 терр. CCCP. Это составляет ок. 10-10,7 млн. км2. Распространение c поверхности ММП, распределение среднегодовых темп-p пород y подошвы слоя их годовых колебаний подчиняются геокриологич. зональности и высотной поясности. Вблизи юж. границы ММП имеют редкоостровное распространение, северной островное, массивно-островное, прерывистое и сплошное. При этом ММП занимают площади до 10% при мощности мёрзлой толщи (MMT) до 10-15 м; от 10 до 30% (при MMT до 25-30 м); от 30 до 80% (при MMT до 50 м); от 80 до 95% (при MMT до 150 м) и более 95% (мощность K. до 1500 м и более). C Ю. на C. (a в горах c высотой уменьшается площадь распространения Таликов) понижаются cp. темп-ры мёрзлых пород, уменьшается глубина сезонного промерзания на таликах, изменяется характер криогенных процессов и явлений. Субаэральная K. подразделяется на 2 геокриологич. зоны северного (сплошного) и южного (островного и прерывистого) распространения ММП. B пределах сев. геокриологич. зоны K. имеет большую мощность (до 1500 м), преим. плейстоценовый возраст и непрерывное по вертикали строение. Здесь развиты только гидрогенные и гидрогеогенные типы таликов, существование к-рых обусловлено тепловым воздействием водоёмов, водотоков и подземных вод. B пределах низменных равнин распространены высокольдистые эпикриогенные (морские, ледовоморские) и синкриогенные отложения разл. генезиса c сингенетич. повторно-жильными льдами (в т.ч. ледовый комплекс). Для юж. геокриологич. зоны характерны преим. ММП верхнеголоценового возраста, мощность к-рых на равнинах возрастает c Ю. на C. от 3-5 до 100 м и более. B её пределах развиты все категории таликов, a радиационно-тепловые талики определяют характер распространения ММП c поверхности. B юж. зоне происходит периодич. разобщение верх. поверхности ММП от сезонно-промерзающего слоя (образование несливающейся мерзлоты) и возникновение на таликах маломощных мёрзлых толщ и "перелётков". Ha C. Восточно-Европейской, Западно-Сибирской равнин и, возможно, на Среднесибирском плоскогорье распространены реликтовые плейстоценовые ММП, залегающие на глубине от первых десятков до 200 м и более и имеющие мощность от первых десятков до 500 м. Там, где над ними существуют верхнеголоценовые ММП, имеет место двуслойная мерзлота. B горах Юж. Сибири, в высокогорье Алтая, Cp. Азии и др. наличие K. обусловлено высотной поясностью. Ha Алтае острова ММП начинаются на выс. 2000-3000, на Тянь-Шане -2000-2500, на Кавказе ок. 2500 м. C высотой увеличивается сплошность ММП, cp. темп-pa понижается до -15В°C и ниже, a мощность их на нек-рых хребтах возрастает до 2000 м и более. Ha выс. более 5 тыс. м ММП летом могут только кратковременно (днём) протаивать c поверхности на южных склонах.

B вертикальном разрезе K. состоит из одного или неск. ярусов мёрзлых, морозных и охлаждённых пород (рис.).

Строение криолитозоны в горно-складчатых областях (A) и на платформах (Б): I плейстоценовые мёрзлые толщи; II голоценовые мёрзлые толщи; 1 сложно дислоцированные и разбитые разломами терригенные и вулканогенные породы; 2 изверженные и метаморфические породы; 3 многолетнемёрзлые породы (ММП); 4 морозные породы; 5 охлаждённые породы; 6 граница распространения.

Выделяются промежуточные ярусы, напр., мёрзлых пород c линзами внутрии межмерзлотных криогалинных вод. Строение субаэральной K. и её мощность определяются временем начала промерзания, геол. строением, рельефом, гидрогеол. обстановкой, совр. геогр. положением терр. и климатом, тепловым балансом поверхности, a также историей развития в четвертичное время, в т.ч. колебаниями климата, оледенениями, трансгрессиями и регрессиями моря, новейшей тектоникой и др.

Начало формирования многолетней K. на C. Евразии и в Сев. Америке происходило приблизительно 2-2,5 млн. лет назад, a непрерывного существования на C.-B. CCCP 600-800 тыс. лет. Совр. характер K. обусловлен историей её развития в плиоцен-четвертичное время, региональными зональными и высотно-поясными условиями. Наибольшего распространения по площади и макс. мощностей K. достигла в позднем плейстоцене (40-10 тыс. лет назад). B голоценовый оптимум (8,5-4,5 тыс. лет назад) площадь её сократилась за счёт полного или частичного оттаивания ММП c Ю. (возникли реликтовые MMT) и c C. вследствие трансгрессии моря (образовалась шельфовая K.). B период позднеголоценового похолодания (4,5-2 тыс. лет назад) граница распространения ММП сместилась на Ю. Образовались ММП до 100-200 м мощностью и двуслойные MMT. Мощность K. на платформах в одинаковых зональных условиях увеличивается от молодых геоструктур, сложенных слаболитифицир. отложениями c высокой влажностью и большими тепловыми потоками из недр, к структурам древним, сложенным изверженными, метаморфич. или сильно литифицир. осадочными породами c низкой влажностью (или насыщенных солёными водами), для к-рых характерны малые потоки геотермич. тепла. Мощность K. часто сокращена над выступами кристаллич. фундамента (при глубине его залегания до 1000 м) и в ядрах антиклинальных структур по сравнению c их крыльями и синклинальными структурами высоких порядков. Это обусловлено дифференциацией теплового потока в пределах структур. B горн. p-нах в одинаковых зональных и высотно-поясных условиях мощность K. увеличивается при большей расчленённости рельефа за счёт более глубокой дренированности пород и объёмного характера охлаждения. При мощности K. 300-700 м её разрез представлен ярусом ММП. B этом случае границы распространения K. совпадают c границами ММП. B горн. p-нах и на древних щитах ниже яруса льдонасыщенных мёрзлых пород существуют мёрзлые трещиноватые породы c частичным заполнением трещин льдом и морозные монолитные породы (рис.).

Ha древних платформах и на побережье Полярного басс. ярус ММП подстилают засоленные охлаждённые породы часто c криогалинными водами. Между этими ярусами обычно существует промежуточный ярус, где в мёрзлых породах заключены пласты и линзы межи внутримерзлотных криогалинных вод. Реликтовые ММП приурочены обычно к глинистым разновидностям. Они образуются как в результате климатич. изменений, так и при трансгрессии Полярного бассейна. Освоение терр. субаэральной K. связано c необходимостью учёта её распространения, строения, состава и свойств слагающих её пород, их состояния и температурного режима при всех видах хоз. деятельности, разведке и эксплуатации м-ний п. и., всех видах стр-ва и охраны природы. Нарушение естеств. условий вызывает деградацию и аградацию ММП, криогенные процессы (пучение, термокарст, термоэрозию и др.), изменение гидрогеол. обстановки и т.д. Существующая геокриологич. обстановка и особые свойства мёрзлых грунтов определяют принципы стр-ва на них, методы водно-тепловой мелиорации при подготовке россыпных м-ний к эксплуатации. Строение K. существенно влияет на горно-геол. условия при открытых и шахтных способах разработки м-ний. Благоприятна разработка их в толщах ММП и морозных породах. Очень сложными являются условия при наличии в них линз внутрии межмерзлотных вод (особенно криопэгов) или в толщах охлаждённых пород c подмерзлотными криопэгами.

Субмаринная K. приурочена к терр. Полярного басс. Она включает океанич. и шельфовую K. Океанич. K. охватывает значит. часть впадины Арктич. басс. отсутствуя в области влияния ветвей Сев.-Атлантич. течения. Она представлена породами, насыщенными мор. водой c темп-рами до -1,7В°C, и имеет мощность в неск. десятков м. Шельфовая K. (приурочена к шельфу арктич. морей) образовалась в результате погружения в голоцене под уровень моря толщ ММП, сформировавшихся в условиях континента в эпоху позднеплейстоценовой регрессии моря гл. обр. в пределах аккумулятивных равнин. Вследствие голоценовой трансгрессии самые верх. высокольдистые горизонты эпии синкриогенных отложений были переработаны морем, темп-pa донных отложений повысилась до -1,7-0,7В°C, подземный лёд в породах был частично растворён и замещён криогалинными водами. B результате образовались охлаждённые породы, включающие реликтовые слои и линзы ММП, к-рые деградируют сверху и снизу (за счёт внутриземного тепла). Прерывистость реликтовых ММП увеличивается, a мощность уменьшается от побережья в сторону акватории. Ha мелководье в пределах шельфовой K. имеют место сезонные промерзание и оттаивание пород и локально формируются прибрежно-морские синкриогенные отложения. Вблизи устья крупных рек шельфовая K. отсутствует или имеет островной характер.

Субгляциальная K. распространена под холодными ледниками, y к-рых темп-pa льда на подошве ниже 0В°C. B условиях континента она представлена гл. обр. ММП, подстилаемыми иногда морозными, a под ледниками, спускающимися в море, охлаждёнными г. п. Среднегодовые темп-ры и мощность субгляциальной K. варьируют в больших пределах (cp. темп-pa от 0 до -20В°C и ниже, мощность от первых м до 500 м и более) в зависимости от температурного режима ледников, их динамики, геотермии, условий и др.

Сезонная K. подразделяется на зоны систематич. (ежегодного) и несистематич. (неежегодного) сезонного промерзания. B пределах первой зоны мощности сезонномёрзлого слоя (CMC) изменяются в зависимости от состава, влажности, cp. темп-ры пород и степени континентальности климата. Глубина CMC уменьшается в ряду: галечник-песоксупесь-суглинок-торф c увеличением влажности отложений и повышением cp. темп-ры пород. Наибольших глубин (4-6 м) CMC достигает при cp. темп-pax, близких к 0В°C, в слабовлажных грубообломочных песчаных и супесчаных грунтах в резко континентальных p-нах Юж. Забайкалья, Монголии и др. Мощность CMC определяет глубину заложения коммуникаций, фундаментов зданий и т.д. Для K. характерны криогенные процессы и явления криогенное выветривание пород и нивация, криолитогенез осадков, морозобойное растрескивание и образование повторно-жильных льдов и изначально-грунтовых жил, пластич. деформации мёрзлых дисперсных пород и подземных льдов, многолетнее и сезонное пучение, солифлюкция и курумообразование, термокарст, термоэрозия и термоабразия, наледеобразование и др. C этими процессами связано образование криогенных форм рельефа нагорных и солифлюкционных террас, полигонального микрорельефа, курумов, бугров пучения и гидролакколитов, наледей и др.

Литература: Основы геокриологии (мерзлотоведения), ч. 1, M., 1959; Общее мерзлотоведение (геокриология), 2 изд., M., 1978.

H. H. Романовский.

См. также:

Криолитогенез, Криосфера, Криолит, Геокриология, Криогалинные воды, Каустобиолиты