CC BY
31НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ, 2012, №1
УДК 55.551.4
Криогенные процессы в современном рельефообразовании Эльконского горного массива
С.И. Сериков, М.Н. Железняк, В.И. Жижин
Дана краткая характеристика распространения криогенных процессов в пределах Эльконского горного массива. Определены уровни поверхностей выравнивания современного рельефа. Оценена значимость их влияния на формирование структур рельефа. Выявлены условия техногенного воздействия на изменения дневной поверхности горного массива.
Ключевые слова: процесс, экзогенный, рельеф, криогенный, горный массив.
The distribution of cryogenic processes with inthe Elkon massif is briefly characterized. The levels of planation surfacesin the modern relief are determined. Their significance in the formation of relief structures is assessed. Surface changes in the massif related to anthropogenic impacts are examined.
Key words: process, exogenic, relief, cryogenic, mountain mass.
Эльконский горный массив расположен в Восточной Сибири на севере Алданского нагорья. Общая площадь его составляет 1600 км2. Административно территория относится к Алданскому району Республики Саха (Якутия) и находится в 10-70 км юго-восточнее г. Томмота.
В орографическом отношении Эльконский горный массив представляет собой среднегорье с максимальными высотами водоразделов 12001449 м (гора Курунг), минимальными - в днищах речных долин 540-660 м (р.Элькон). Абсолютные превышения водоразделов над днищами речных долин составляют от 400 до 900 м.
Формирование современных форм рельефа здесь обусловлено сочетанием геологического строения территории с мерзлотно-гидрогеологи-ческими и климатическими условиями.
В геологическом строении Эльконский горный массив представляет собой совокупность блоковых поднятий, сложенных архейскими, раннепро-терозойскими и мезозойскими метаморфическими и магматическими образованиями. Четвертичные отложения различного генезиса в пределах горного массива сложены рыхлыми породами, образованными эндогенными и экзогенными процессами по вышеперечисленным образованиям. Мощность их изменяется в зависимости от местоположения в различных формах рельефа и со-
СЕРИКОВ Сергей Иванович - н.с. ИМЗ СО РАН, [email protected]; ЖЕЛЕЗНЯК Михаил Николаевич - д.г.-м.н., зав. лаб. ИМЗ СО РАН, [email protected]; ЖИЖИН Владимир Иванович - д.г.-м.н., проф., г. н.с. ИМЗ СО РАН, [email protected].
ставляет первые метры (аллювий, элювий) до первых десятков метров (коллювиально-деллюви-альные отложения в подошве склонов).
В современном рельефе выровненные участки водораздельных поверхностей проявлены в ряде ярусов (до 5 уровней) разной высоты. Они являются фрагментами единой сложной системы выравнивания и образованы в период между ранне-меловым и новейшим этапами поднятий (рис.1) [1,2].
Многолетнемёрзлые толщи на территории Эль-конского горного массива характеризуются значительной неоднородностью, в основе которой лежит принцип высотной поясности.
Многолетнемерзлыми породами здесь занято 90% площади. По типу распространения преобладают сплошные (до 300 м) и прерывистые (до 100 м) многолетнемёрзлые породы. Сквозные гидрогенные и гидрогеогенные талики преимущественно развиты в долинах рек и крупных ручьев, которые приурочены в основном к многочисленным тектоническим нарушениям. Конусовидные и островершинные водоразделы и их крутые склоны полностью проморожены.
По климатической классификации, в основу которой положены циркуляционные процессы с преобладанием географических типов воздушных масс, район Эльконского горного массива находится в III климатическом поясе (умеренная циркуляция) на стыке двух климатических областей: 11 (Континентальная Восточно-Сибирская) и 12 (Муссонная Дальневосточная) [3]. В зимнее время на данной территории преобладают штили, малая облачность с сильными устойчивыми морозами, а в летнее время она находится в размы-
том барическом поле. Вследствие усиления циклонической деятельности преобладающие ветры западного, юго-западного и северо-западного направлений несут довольно большое количество осадков и поддерживают высокую влажность воздуха. Здесь выпадает сравнительно большое количество осадков (от 430 до 700 мм), которые по сезонам года распределяются крайне неравномерно. Средняя годовая температура воздуха на рассматриваемой территории изменяется в пределах от -6 до -9оС.
Сезонное промерзание и протаивание грунтов значительно влияют на процессы мерзлотного выветривания, формирование природных ландшафтов и отдельных форм рельефа территории. Именно с сезонномерзлым и сезонноталым слоем связано развитие таких экзогенных (криогенных) явлений и образований, как морозобойное растрескивание, пучение, формирование структурных грунтов, курумы, солифлюкция и деструкция грунта.
Щебнисто-дресвянные с супесчаным заполнителем грунты, в условиях широкого развития трещиноватых (выветрелых) кристаллических пород архея, имеют ряд особенностей по типу промерзания. В пределах таких участков сезонномёрз-лый слой может достигать 5-7 м [4]. При формировании слоя сезонного промерзания в этих грунтах из-за малой влажности льдообразования не происходит, что нередко, уже в начале лета, приводит к полному протаиванию таких горизонтов. Максимальные значения глубины сезонного промерзания на данной территории наблюдаются на выположенных водоразделах и верхних частях склонов северо-западной экспозиции. Мощность сезонномерзлого слоя на подобных участках с близким залеганием коренных пород изменяется от 4,5 до 6,0 м. Формирование больших глубин
Рис.1. Пенепленизированные участки водораздельных поверхностей Эльконского горного массива
сезонного промерзания связано с конвективным теплопереносом вследствие движения холодного воздуха по многочисленным трещинам в коренных породах.
Минимальные значения сезонно-мерзлого слоя (от 1,0 до 3,0 м) приурочены к увлажненным талым склонам южной и юго-восточной экспозиций [2].
Сезонное промерзание грунтов в днищах речных долин, сложенных промытыми аллювиальными отложениями, обычно контролируется глубиной залегания уровня подземных вод. На пойменной террасе долины р. Курунг (п.Заречный) в условиях высокого (1,5-2,0 м) залегания уровня подземных вод и большой мощности снежного покрова (около 1 м) мощность сезоннопромерзающего слоя не превышает 2,0-2,5м.
Вышеперечисленные факторы способствуют формированию экзогенных (криогенных) процессов, которые участвуют в образовании отдельных форм современного рельефа.
По степени распространённости криогенные процессы и явления на рассматриваемой площади можно расположить в следующем порядке: курумы, структурные грунты (морозная сортировка), осыпи, процессы нивации, снежники и лавины.
Курумы - одна из самых распространенных экзогенно-геологических форм рельефа на площади Эльконского горного массива. Довольно широкое развитие курумов обусловлено геологическим строением рассматриваемой площади. Метаморфические породы архея, наряду с разновозрастными магматическими образованиями, слагающими территорию, интенсивно разбиты трещинами тектонического генезиса и под воздействием климатических факторов испытывают последующее разрушение и перемещение, образуя многочисленные курумные поля, покрывающие значительные площади Эльконского горного массива. В формировании курумов главенствующая роль принадлежит тектонике, физическому выветриванию, криогенному пучению и суффозии. В зависимости от их соотношения Е.Н.Оспенниковым и др. [5] выделены три основных генетических типа курумов (рис.2): а - курумы выветривания, б - курумы выпучивания, в - курумы, образованные в результате совместного действия выпучивания каменного материала и выветривания коренных пород.
Формирование курумов связано с комплексом природных условий, активизирующих морозное выветривание пород, суффозию и пучение. Конти-нентальность климата, значительное количество атмосферных осадков, глубокое сезонное промерзание и протаивание пород в сочетании с особенностями геологического строения, геоморфологии и наличия многолетнемёрзлых толщ определяют формы рельефа занимаемой площади. Коэффициент распространённости курумов Эльконского горного массива по различным данным соответствует 0,3 - 0,5 [2, 5].
На приподнятых, выположенных водоразделах Эльконского горного массива широким распространением пользуются структурные грунты. Среди многочисленных их форм различают каменные полосы, каменные многоугольники, каменные кольца или венцы и каменные поля с островами землистого материала. Основной и самой распространенной формой структурных грунтов являются каменные многоугольники, образованные на выположенных пространствах и представляющие собой слегка выпуклые участки с мелкоземистой массой (обычно сырой и вязкой), окруженные валиками из камней. В местах, где каменные многоугольники расположены далеко друг от друга, они имеют вид колец. Наиболее широко структурные грунты представлены в центральной части Эльконского горного массива, где они занимают практически всю поверхность плоских вершин и седловин (рис.3).
В плане высотной поясности криоэлювиальный комплекс в основном распространён на абсолютных отметках с 800-900 м и выше. Здесь морозная сортировка грунтов занимает практически все выровненные поверхности.
Ниже бровок крутых и средней крутизны склонов каменные россыпи (поля) и многоугольники сменяются протяженными каменными полосами и курумовыми потоками.
Структурные грунты являются первым этапом многочисленных стадий в формировании выравнивания водораздельных пространств. Механизм
действия этого процесса связан с сезонными и суточными колебаниями температуры пород в деятельном слое, где происходят значительные изменения объема мёрзлых пород. Трещины, образующиеся при этом, проникают вглубь, а морозная сортировка материала, контролируемая системой трещин, способствует образованию крио-структурного рельефа. В зависимости от степени неоднородности пород, их увлажненности, уклона поверхности и других причин создаются различные формы структурных грунтов - каменные кольца (венцы) и многоугольники, а также каменные и мелкоземистые полосы, в развитии которых принимают участие солифлюкционные процессы.
Осыпи, обвалы или любое другое бессвязное перемещение каменного материала вниз по склону обусловлены, главным образом, высокой расчленённостью рельефа. По результатам дешифрирования космических снимков и проведённых морфометрических исследований в пределах Эль-конского горного массива выделяются четыре типа склонов в зависимости от их крутизны: 1) до 5-10о; 2) 10-15°, 3) 15-25° и 4) 25о и более. Данный анализ показал, что максимальная степень расчленённости рельефа приурочена к централь-
Рис. 3. Плоская поверхность водораздела, сложенная структурными грунтами
ной и северо-западной частям Эльконского горного массива, где абсолютные отметки составляют 1000-1400 м. Основное количество осыпей формируется в местах с более крутыми склонами, вблизи водоразделов.
Причиной быстрого перемещения каменного материала по склону являются: изменение угла естественного откоса, изменение критической массы каменного материала, сейсмические толчки, сильное переувлажнение почвы, удары при падении новых обломков, подрезка нижней части склона или осыпи, а также сотрясения поверхности при взрывных или строительных работах. Немаловажную роль в формировании современного рельефа играют осыпи техногенного происхождения, которые формируются на крутых склонах при создании технологических полок для буровых работ (рис. 4).
В приводораздельных и водораздельных частях Эльконского горного массива широко развиты снежники и процессы нивации.
По данным метеорологических станций, снежный покров сохраняется 7-8 месяцев. Устойчиво он появляется в конце сентября - начале октября. Мощность снежного покрова к концу зимы (апрель - май) на разных участках изменяется от 80 до 200 см. Повышенная расчлененность горного рельефа предопределяет неравномерное перераспределение снега. В приводораздельном поясе (гольцовых областях) высота его составляет: от первых сантиметров на безлесных участках до 2,54 м на подветренных поверхностях, образуя навеянные снежники.
Неравномерное нагревание солнечной радиацией поверхности скальных пород и грунтов, скачкообразное их охлаждение мигрирующими ручейками талой воды приводят к термогидромеханическому разрушению пород и грунтов вдоль отступающих краёв снежных образований [6]. В результате чего образуются характерные формы ниваль-ного рельефа в виде полок или террас.
Формирование снежников в приводораздельных частях крутых склонов в подгольцовых и гольцовых областях Эльконского горного массива может образовывать снежные лавины (рис. 5). Однако этот процесс на рассматриваемой территории носит спорадический характер. Участки с большим углом естественного откоса (15-25°) с точки зрения лавиноопасности характеризуются как слабо и умеренно опасные. К таким участкам отно-
Рис. 5. Космический снимок центральной и северо-западной частей Эльконского горного массива по состоянию на 21.06.2010 г. и фото снежников (10.06.2011 г.) в верховьях р. Курунг
Рис. 4. Искусственная технологическая полка, образованная в результате свала породы на край склона (крутизной более 30о). Видны образования трещин оседания и отрыва насыпного грунта
Рис.6. Различные комплексы экзогенно-гео-логических (криогенных) процессов и явлений в пределах одного таксонометрического уровня - типа местности
сятся верховья р. Русская и правый борт верховьев р. Холодная. Участки с крутизной склона более 25о (господствующие вершины Эльконско-го горного массива) характеризуются как лавиноопасные. Степень опасности подобных участков зависит от мощности сформировавшегося снежного покрова, процента залесённости и формы склона. При благоприятных сочетаниях всех этих условий возможно локальное схождение лавин как в зимний, так и в весенний периоды года.
Процесс нивации - это разрушение горных пород и вынос тонкодисперсного материала по краям снежников. Нивацию можно рассматривать как комплекс специфических процессов морозного и термического выветривания [4]. На характеризуемой территории процессы нивации имеют развитие в приводораздельных частях рельефа, узких ложбинах и в выемках на склонах северной, северо-восточной и восточной экспозиций, куда ограниченно проникают солнечные лучи.
Заключение
В рельефе Эльконского горного массива сочетаются комплексы различных природных и физических факторов, создавая оригинальный порой неповторимый, присущий только данному району, природный облик. Для осевой его части характерными являются вытянутые в широтном и меридиональном направлениях гребневидные водоразделы альпинотипного облика. Крупные кары в верховьях рек Элькон, Юхунгра и др., осыпные скло-
ны крутизной 40-50° и глубокие долины с относительными превышениями до 550-700 м образовали контрастный рельеф. Всё перечисленное выше разнообразие форм рельефа образовано вследствие деятельности различных эндогенных и экзогенно-геологических и криогенных процессов (рис.6).
В числе факторов формирования различных криогенных процессов и явлений (курумы, морозная сортировка, осыпи, нивальные террасы, снежники) значительная роль принадлежит своеобразию температурного режима горных пород, определяющему пестроту геокриологических условий. Это в сочетании с неотектоническими особенностями территории сформировало современный облик рельефа Эльконс-кого горного массива.
Литература
1. Южная Якутия / Под редакцией В.А. Кудрявцева. - М.: Изд-во МГУ 1975. - 444 с.
2. Железняк М.Н., Сериков С.И. Геокриологические условия и экзогенные процессы Эльконского горста // Материалы Всероссийской конф. «Рельеф и экзогенные процессы гор». - Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2011. -С. 169-171.
3. Справочник по климату СССР. Вып.24, ч. 1-У - Л.: Гидрометеоиздат, 1968. - 397 с.
4. Дорофеев И.В., Митин Ф.В. Железняк М.Н. и др. Характеристика деятельного слоя и многолетнемерзлой толщи в пределах Эльконского горста для оценки устойчивости тяжелых конструкций на земной поверхности: отчет по договору с ФГУП «ВНИПИпромтехногии» .№21/ 07 от 03.05.2007. - Якутск: фонды ИМЗ СО РАН, 2007. -53 с.
5. ОспенниковЕ.Н., Труш Н.И., Чижов А.Б. и др. Экзогенные геологические процессы и явления (Южная Якутия). - М.: Изд-во МГУ, 1980. -228 с.
6. Мудров Ю.В. Мерзлотные явления в криолитозоне равнин и гор. - М.: Научный мир, 2007. - 316 с.
Поступила в редакцию 09.02.2012
