искать
Заглавное фото: pixabay.com/ru/photos/гималаи-горы-пик-саммит-5679971/ [7]
Теория и практика изысканий

О перемещении материала в условиях многолетней мерзлоты и оледенения в высокогорье. Часть 2


Предлагаем вниманию читателей вторую часть обзора материалов статьи «Процессы перемещения материала, связанные с многолетней мерзлотой и оледенением» [3] с привлечением дополнительных рисунков и информации. Указанная работа [3] была написана исследователями из Швейцарии и Канады – Робертом Кеннером, Лукасом Аренсоном и Лоренцом Грамигером. Она была опубликована на английском языке в январе 2021 года на сайте ResearchGate [3], представляющем собой европейскую академическую социальную сеть для ученых, направленную на продвижение результатов научных исследований [11]. Эта объемная работа также вошла в виде отдельной главы в книгу Treatise on Geomorphology («Трактат по геоморфологии») [4], опубликованную на английском языке издательством Elsevier.

В своей статье [3] Роберт Кеннер с соавторами основное внимание уделяют разрушению скальных склонов и перемещению обломочного материала в высокогорных районах, подверженных воздействию многолетней мерзлоты и оледенения. Они обсуждают многогранное модулирующее влияние гляциальных, парагляциальных и перигляциальных процессов на эрозию и формообразование в горах в разных временных масштабах, включая текущую фазу быстрого потепления климата. Рассмотренные этими авторами процессы перемещения материала, происходящие в различных объемах и с разной скоростью, варьируют от медленных деформаций каменных глетчеров до крупномасштабных разрушений скальных склонов с возникновением обвалов, камнепадов, потоков обломочного материала и пр. И это должно представлять большой интерес для инженеров-изыскателей и для организаций, занимающихся проектированием инфраструктурных объектов и их инженерной защиты в горных регионах. Поэтому консультационную помощь редакции при подготовке обзора оказали специалисты российского представительства компании Trumer Shutzbauten, которая предлагает экономически выгодные и эффективные системы защиты от опасных склоновых процессов.

Сегодня рассмотрим факторы, влияющие на изменения скоростей движения каменных глетчеров в высокогорье, в том числе о воздействии потепления климата. Отметим, что нумерация рисунков продолжит начатую в предыдущей части, а список источников будет отдельным.

 

 

Динамика движения каменных глетчеров (продолжение)

Факторы, влияющие на изменения скоростей движения каменных глетчеров

 

Роберт Кеннер с соавторами в своей работе [3] указывают, что изменения скоростей деформирования каменных глетчеров (рис. 10) могут происходить в суточных, сезонных, межгодовых и многолетних временных масштабах. Ускорение быстро движущихся из них происходит в зоне сдвига (точнее, в зоне с преобладанием сдвиговых деформаций, которая обычно располагается у подошвы каменного глетчера и о которой было рассказано в предыдущей части) и скорее всего зависит от увеличения поступления в эту зону воды и связанного с этим снижения эффективного напряжения. Поэтому выпадение жидких атмосферных осадков и таяние снега могут объяснить краткосрочные и сезонные колебания в скоростях движения каменных глетчеров. Действительно, сезонное увеличение их скоростей обычно возникает с началом таяния снега (рис. 11). За промежутки времени в несколько часов они демонстрируют «скачкообразное» движение, при котором деформации, связанные со скольжением (сдвиговые), часто совпадают с выпадением атмосферных осадков.

 

Рис. 10. Каменный глетчер в Швейцарских Альпах [3]
Рис. 10. Каменный глетчер в Швейцарских Альпах [3]

 

Рис. 10. Временные ряды показывают одновременное начало (вертикальные черные линии): 1 – таяния снега (синяя кривая); 2 – потепления талика, указывающего на приток воды к горизонту сдвига (бирюзово-голубая кривая); 3 – ускорения движения каменного глетчера Ритиграбен (красная кривая и зеленые пометки) в Швейцарских Альпах [3, 5]
Рис. 10. Временные ряды показывают одновременное начало (вертикальные черные линии): 1 – таяния снега (синяя кривая); 2 – потепления талика, указывающего на приток воды к горизонту сдвига (бирюзово-голубая кривая); 3 – ускорения движения каменного глетчера Ритиграбен (красная кривая и зеленые пометки) в Швейцарских Альпах [3, 5]

 

Авторы статьи [3] отмечают, что снижению сопротивления сдвигу и потенциальному увеличению деформирования каменного глетчера способствует также (в дополнение к уменьшению эффективного напряжения) перенос тепла с водой, проникающей на большие глубины в пределах многолетней мерзлоты путем инфильтрации.

Однако в годовом и многолетнем масштабах интенсивность выпадения осадков и снеготаяния в незасушливых регионах слишком однородна, чтобы вызывать сильные изменения скоростей каменных глетчеров. Здесь доминируют другие причины, которые, вероятно, напрямую связаны с климатом. Два основных таких фактора Кеннер с коллегами [3] рассматривают далее.

 

 

 

1. Период года, в течение которого происходит поступление воды в зону сдвига каменного глетчера. Сезонное потепление обычно мало сказывается на скорости деформирования каменного глетчера, поскольку температура грунта вблизи зоны сдвига уже близка к 0 °C. Однако зимнее похолодание косвенно влияет на длительность периода поступления в него воды (ППВ), то есть на количество дней, в течение которых деятельный слой является не полностью промерзшим (когда либо его температуры положительны, либо наличие нулевой завесы указывает на присутствие жидкой воды). Этот период ограничивается началом снеготаяния весной и окончанием существования осенней нулевой завесы в начале зимы. Примечательно, что продолжительность ППВ может различаться между отдельными годами на величину до 4 месяцев и сильно коррелирует со скоростью деформирования каменных глетчеров, в частности со степенью зимнего замедления их перемещений. Межгодовые вариации в дате окончания присутствия осенней нулевой завесы зависят от снежного покрова в начале зимы. Небольшое количество снега в это время обеспечивает отвод тепла и, следовательно, быстрое промерзание деятельного слоя, в то время как толстый снежный покров задерживает промерзание. С учетом того, что интенсивность зимних атмосферных осадков сильно не уменьшается, потепление климата в долгосрочной перспективе сдвинет дальше в зимнем сезоне дату исчезновения осенней нулевой завесы в деятельном слое грунта. Что касается даты начала снеготаяния весной, то она напрямую связана с погодными условиями (температурой воздуха и солнечным облучением) и, следовательно, с долгосрочными изменениями климата [3].

2. Соотношение между быстрым и базисным стоками. В контексте рассматриваемой темы быстрый (поверхностный) сток берет свое начало в верхней части склона, откуда вода течет вниз поверх массива многолетнемерзлого грунта и не достигает зоны сдвига в каменном глетчере. А базисный (подземный) сток фактически достигает горизонта сдвига и влияет на скорость движения каменного глетчера [2, 3, 10]. Соотношение между быстрым и базисным стоками может измениться из-за дальнейшего развития дренирующих систем в толще многолетнемерзлого грунта в ответ на продолжающуюся деградацию многолетней мерзлоты, что может вызвать долгосрочное увеличение скорости движения каменного глетчера. Общая гидропроводность (водопроницаемость) каменного глетчера может увеличиться из-за более высоких температур многолетней мерзлоты в долгосрочной перспективе и появления устойчивой системы дренирования, что сходно с тем, что было обнаружено для ледников [3].

 

Далее Кеннер с коллегами [3], ссылаясь на других авторов, указывают, что в последние годы сообщалось о ряде разрушений каменных глетчеров, связанных не с катастрофическим перемещением материала, а со значительным увеличением скорости движения всего каменного глетчера или его частей (по крайней мере на порядок). Как правило, это происходит при средних наклонах поверхности, близких к 30 град., и чаще всего сопровождается развитием поперечных трещин растяжения или горизонтов сдвига. Но слишком большое ускорение движения (а также его сочетание, например, со сжатием из-за вхождения в более узкую часть ущелья) может привести к разрыву каменного глетчера (рис. 12) или к обрушению его фронтального уступа (рис. 13) [1] и даже к обрушениям очень больших его частей, которые могут привести, например, к сходу каменно-ледяных лавин [3] (рис. 14). Однако, как отмечают авторы статьи [3], из-за крайне ограниченного числа известных случаев обрушений каменных глетчеров они подробно не исследовались. В целом, по предположению Кеннера и др. [3], факторы влияния здесь сходны с факторами, воздействующими на скорости деформаций каменных глетчеров, а также на эффекты чрезмерного нагружения зон их питания.

 

Рис. 12. Разорванный каменный глетчер в Альпах [1]
Рис. 12. Разорванный каменный глетчер в Альпах [1]

 

Рис. 13. Обрушение фронтального уступа каменного глетчера (Аляскинский хребет) [1]
Рис. 13. Обрушение фронтального уступа каменного глетчера (Аляскинский хребет) [1]

 

Рис. 14. Каменно-ледяная лавина в Гималаях [6]
Рис. 14. Каменно-ледяная лавина в Гималаях [6]

 

Влияние климата и сценарии будущего

 

Как показали многочисленные исследования, на которые ссылаются Кеннер и др. [3], динамика движения каменных глетчеров чувствительна не только к погоде, но и к климату. В условиях потепления может увеличиться поступление в них воды.

При продолжающемся потеплении климата для более холодных каменных глетчеров со среднегодовыми температурами ниже минус 1 °C более характерно постепенное увеличение температуры грунта. Тогда как для «теплых» каменных глетчеров (с температурами льда, близкими или равными 0 °C) вероятно увеличение водопроницаемости и дальнейшее развитие сети дренирования, что может привести к существенному увеличению скоростей их движения из-за инфильтрации воды к горизонту сдвига. Некоторые из них, если они находятся на крутых склонах, подвержены локальным обрушениям на своих фронтальных уступах (откосах).

В дальнейшем в каменных глетчерах с температурой, уже близкой или равной 0 °C, еще больше уменьшается содержание льда, увеличивается количество незамерзшей воды и продолжает расти общая гидропроводность, что приводит к большему проникновению воды в зону сдвига. И это еще больше увеличивает вероятность обрушений во фронтальных частях.

Потепление климата не только повысит гидропроводность, но и удлинит период года, в течение которого будет поддерживаться поступление жидкой воды в каменные глетчеры. Это снизит зимнее замедление их перемещений и увеличит скорости их годовых деформаций. Кроме того, по предположению авторов работы [3], более интенсивные дожди на увеличивающихся высотных отметках вызовут более частые кратковременные ускорения каменных глетчеров в летнее время, а также увеличат скорости их годовых деформаций.

В результате роста темпов движения каменных глетчеров с их фронтов в будущем, вероятно, будут чаще происходить камнепады, потоки обломочного материала или даже сели. От редакции добавим, что особую опасность при этом могут представлять прорывы подпрудных озер, а также опасные склоновые процессы в результате возможных разрушений техногенных каменных глетчеров (рис. 15, 16).

 

Рис. 15. Подпрудное озеро, образовавшееся при слиянии двух каменных глетчеров в верховьях реки Чонкемин в Северном Тянь-Шане [1]
Рис. 15. Подпрудное озеро, образовавшееся при слиянии двух каменных глетчеров в верховьях реки Чонкемин в Северном Тянь-Шане [1]

 

Рис. 16. Техногенный каменный глетчер на киргизском золоторудном месторождении Кумтор, Тянь-Шань [1, 8]
Рис. 16. Техногенный каменный глетчер на киргизском золоторудном месторождении Кумтор, Тянь-Шань [1, 8]

 

В долгосрочной перспективе потепление климата может привести к существенной деградации многолетней мерзлоты и к связанному с этим таянию подземного льда в каменных глетчерах. При отсутствии в них избытка льда пластическое деформирование прекратится, остановив их дальнейшее движение и приведя к сглаживанию их фронтальных уступов или откосов. Таким образом, некоторые каменные глетчеры перейдут из активного в неактивное и в конечном счете в реликтовое состояние (рис. 17). Если говорить о сроках такого их развития, то они не ясны. Впрочем, как предполагают Кеннер с соавторами [3], из-за наличия изолирующего глыбового слоя на поверхности каменных глетчеров этот процесс может занять сотни лет даже в случае осуществления текущих климатических прогнозов.

 

Рис. 17. Отмерший каменный глетчер в Альпах [9]
Рис. 17. Отмерший каменный глетчер в Альпах [9]

 

-

В следующей части будет рассказано о слабольдистых многолетнемерзлых отложениях и многолетней мерзлоте в массивах трещиноватых скальных грунтов.


Список литературы, использованной авторами публикации [3], можно посмотреть в конце их статьи по адресу: researchgate.net/publication/353592255.

 

ИСТОЧНИКИ

  1. Горбунов А.П. Горбунова И.А. География каменных глетчеров мира. М., 2010. URL: geokniga.org/bookfiles/geokniga-geografiya-kamennyh-gletcherov-mira.pdf.
  2. iwp.ru/upload/iblock/0ce/0ceb3c09474b805c2ae7597c5a3be865.pdf.
  3. Kenner R., Arenson L.U., Gramiger L. Mass movement processes related to permafrost and glaciation // ResearchGate. January 2021. DOI: 10.1016/B978-0-12-818234-5.00112-7. URL: researchgate.net/publication/353592255.
  4. Kenner R., Arenson L.U., Gramiger L. Mass movement processes related to permafrost and glaciation // Treatise on Geomorphology (2d edition, ed. by J.F. Shroder). Elsevier, 2022. Vol. 5. P. 283–303. DOI: 10.1016/B978-0-12-818234-5.00112-7. URL: sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128182345001127?via%3Dihub.
  5. Kenner R., Phillips M., Beutel J., Hiller  M., Limpach P., Pointner E., Volken M. Factors controlling velocity variations at short-term, seasonal and multiyear time scales, Ritigraben Rock Glacier, Western Swiss Alps // Permafrost and Periglacial Processes. 2017. Vol. 28. № 4. P. 675–68.
  6. ochepyatki.ru/view_video.php?viewkey=959d83d.
  7. pixabay.com/ru/photos/гималаи-горы-пик-саммит-5679971/4. DOI: 10.1002/ppp.1953.
  8. ru.wikipedia.org/wiki/Кумтор.
  9. sites.google.com/site/rockglacier/.
  10. studref.com/348141/stroitelstvo/klassifikatsiya_tipam_pitaniya.
  11. xn--80aegcaa6cbngm5a6c1ci.xn--p1ai/prodvizhenie-rezultatov-researchgate/.

 

 

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению