Термокарст: определение, формирование и воздействие на окружающую среду

Недавнее обострение термокарстовых явлений и их последствий (глобальное потепление)

Арктика и Periarctic нагреваются гораздо быстрее , чем в Антарктиде . В Северной Америке недавно наблюдалось среднее потепление на 4 ° C в вечной мерзлоте, что является источником ускорения и большей степени термокарстовых явлений.

Для измерения воздействия на воду было проведено углубленное исследование (основанное на аэрофотосъемке с высоким разрешением) на площади 600  км 2 в районе естественного озера Тулик и вокруг него, которое использовалось в качестве исследовательского района. (Природно-исследовательская зона озера Тулик или TLNRA). Эта инвентаризация выявила по крайней мере 34 термокарстовых явления, две трети из которых были новыми (появились примерно с 1980 года ). Почти во всех случаях они были связаны с ручьями или естественными горными озерами, особенно в верхней части исследованных суб-водоразделов.

Это исследование также показало «значительное увеличение отложений и питательных веществ от термокарста» . Например, в 2003 г. на реке Тоолик в суббассейне 0,9  км 2 образовался небольшой термокарстовый овраг . Он произвел аномально большое количество наносов, сброшенных в реку. Это количество больше, чем обычно попадает в водоток за 18 лет на 132  км 2 прилегающего верхнего бассейна реки Купарук (бассейн, который в долгосрочной перспективе отслеживается как «контрольный участок» ).

Уровни ионов аммония , нитратов и фосфатов значительно повысились после термокарстического явления, которое произошло на реке Имнавайт (по сравнению с контрольными концентрациями выше по течению), и эта эвтрофикация сохранялась на протяжении всего периода отбора проб (с 1999 по 2005 гг.). Уровни питательных веществ ниже по течению были сопоставимы с теми, которые использовались в долгосрочном эксперименте in situ на реке Купарук, где они значительно изменили структуру и экологическое функционирование этого ручья.

Все другие анализы проб воды из термокарстовых зон, проведенные в рамках этого крупного регионального исследования, показали повышение уровней аммония, нитратов и фосфатов (трех эвтрофантов) ниже по течению от термокарстовых явлений по сравнению с их уровнем выше по течению. Однако, если бы предыдущая работа показала, что даже небольшое увеличение уровней питательных веществ в воде стимулировало первичное и вторичное производство в этом регионе, что могло бы свидетельствовать о том, что эти питательные вещества могли бы быстро усваиваться и использоваться растительными сообществами и животными, этого может не произойти из-за высокая мутность, вызванная увеличением наносов, которая может негативно влиять на планктон и бентосные сообщества и изменять реакцию на увеличение поступления питательных веществ.

Когда нужна дополнительная защита?

Формирование проекта мероприятий гражданской обороны осуществляется специалистами центра при возведении крупных сооружений на территории северных районов. Высокий риск термокарста может быть обусловлен следующими причинами:

• температурные колебания, не характерные для региона;
• техногенное влияние;
• частичное, либо полное удаление растительного покрова на большой площади;
• выемка грунта;
• работа сооружений, стабильно выделяющих значительное количество тепла.

Основанием для проведения оценки рисков и выработки конкретного перечня инженерно-технических решений могут являться и иные обстоятельства. Постановкой задач занимаются квалифицированные инженеры совместно с представителями застройщика и инвестиционной компании. На необходимость проведения мероприятий нередко играет специфика сооружения.

Это интересно: ТОП 10 познавательных фактов о клетках рака

Формы термокарстового рельефа

Формы термокарстового рельефа и микрорельефа зависят от того, какие типы льдов и льдистых пород подвергаются оттаиванию, а также от особенностей распространения льда в мёрзлых породах, форм их локализации и т. д. В Западной Сибири, где термокарст развивается главным образом на участках, содержащих пластовые залежи подземных льдов, термокарстовые котловины называются хасыреями. В Якутии такие котловины, образовавшиеся при вытаивании пород «ледового комплекса» с повторно-жильными льдами, носят название аласов. Если вытаивание жил происходит при хорошем оттоке воды, а блоки пород, вмещающие жилы льда, сложены малольдистыми достаточно прочными породами, то формируются останцы пород — байджерахи.

Процесс развития термокарста[править | править код]

Процесс развития термокарста по-разному протекает в случае оттока воды из термокарстовых понижений и в случае их обводнения. Если вода не скапливается в понижении (сточный термокарст), этот процесс носит затухающий характер. Там, где оттаявшие осадки оседают на дне в виде кочек и других блоков породы, закрывают не вытаявшую льдистую породу, затем заносятся мелкозёмом, зарастают и промерзают сверху и снизу, со стороны мёрзлой породы, термокарст обычно прекращается. Если же отложения сезонноталого слоя эродируются (выносятся водой), то вытаивание подземных льдов может возобновиться и прогрессивно развиваться. В этом случае термокарст обычно сопровождается процессом термоэрозии.

При зарождении бессточного термокарстового понижения процесс развивается иначе. Появление в понижении воды, аккумулирующей солнечное тепло, приводит к повышению температуры поверхности пород дна водоёма, что, в свою очередь, обычно приводит к увеличению глубины сезонноталого слоя. При этом происходит дальнейшее вытаивание подземного льда (ледяных жил, пластовых залежей) и углубление водоёма. В итоге это может привести к полному вытаиванию подземного льда и возникновению под водоёмом несквозного (при малой мощности мерзлоты — сквозного) подозёрного талика. Развитие бессточного термокарста возможно в любых, даже самых суровых, мерзлотных условиях.

Термокарстовые озера [ править ]

Термокарст озеро, также называется оттепели озеро , тундры озеро , оттепели депрессия или тундры пруд , относится к телу пресной воды, как правило , мелкие, который сформирован в углублении , образованном тающим льдом богатых вечной мерзлоты. Ключевым показателем термокарстовых озер является наличие избыточного грунтового льда, а также содержание льда более 30% по объему. Термокарстовые озера имеют тенденцию циклически образовываться и исчезать, что приводит к предсказуемому жизненному циклу (см. «Жизненный цикл» ниже). Продолжающееся оттаивание субстрата вечной мерзлоты может привести к осушению и, в конечном итоге, исчезновению термокарстовых озер, что в таких случаях сделает их геоморфологически временным явлением, сформировавшимся в ответ на потепление климата.

Эти озера обычно встречаются в арктических и субарктических низменностях, включая западную канадскую Арктику (например, остров Бэнкс, остров Виктория), прибрежную равнину Аляски, внутренние территории Юкон и аллювиальные низменности север Евразии и Сибири. Присутствие талых озер в регионе приводит к тепловым возмущениям, поскольку вода нагревает землю.

Глубина вечной мерзлоты под озером, как правило, меньше, и если озеро имеет достаточную глубину, талик присутствует. Общая морфология (форма, глубина, окружность) варьируется, при этом некоторые талые озера ориентированы, что означает, что они, как правило, вытянуты в определенном направлении. Хотя механизм их образования окончательно не доказан, считается, что он связан с преобладающими ветрами или штормами. Возмущение (любого рода) приводит к общему потеплению и таянию грунтового льда, после чего происходит проседание поверхности, что приводит к проникновению воды либо в поверхностные воды, либо в растаявший грунтовый лед.

Термокарстовые озера

Термокарстовое озеро, также называемое талое озеро, тундровое озеро, депрессия оттепели, или же тундровый пруд, означает пресноводный массив, обычно неглубокий, который образуется в депрессии, образованной таянием многолетней мерзлоты, богатой льдом. Ключевым показателем термокарстовых озер является наличие избыточного грунтового льда, а также содержание льда более 30% по объему. Продолжающееся оттаивание субстрата вечной мерзлоты может привести к осушению и, в конечном итоге, исчезновению термокарстовых озер, что в таких случаях сделает их геоморфологически временным явлением, сформировавшимся в результате потепления климата. Термокарстовые озера имеют тенденцию циклически образовываться и исчезать, что приводит к предсказуемому жизненному циклу (см. «Жизненный цикл» ниже). Эти озера обычно встречаются в арктических и субарктических низинах, в том числе в западной части Канадской Арктики. (например, остров Бэнкс, остров Виктория), прибрежная равнина Аляски, внутренние территории Юкон и аллювиальные низменности северной Евразии и Сибири. Наличие в регионе талых озер приводит к тепловым возмущениям, поскольку вода нагревает землю. Глубина вечной мерзлоты под озером, как правило, меньше, и если озеро имеет достаточную глубину, талик настоящее. Общая морфология (форма, глубина, окружность) варьируется, при этом некоторые талые озера ориентированы, что означает, что они, как правило, вытянуты в определенном направлении. Хотя механизм их образования окончательно не доказан, считается, что он связан с преобладающими ветрами или штормами. Нарушение (любой природы) приводит к общему потеплению и таянию грунтового льда, после чего происходит проседание поверхности, что приводит к проникновению воды либо в поверхностные воды, либо в талый грунтовый лед.

Формы термокарстового рельефа[править | править код]

Формы термокарстового рельефа и микрорельефа зависят от того, какие типы льдов и льдистых пород подвергаются оттаиванию, а также от особенностей распространения льда в мёрзлых породах, форм их локализации и т. д. В Западной Сибири, где термокарст развивается главным образом на участках, содержащих пластовые залежи подземных льдов, термокарстовые котловины называются хасыреями. В Якутии такие котловины, образовавшиеся при вытаивании пород «ледового комплекса» с повторно-жильными льдами, носят название аласов. Если вытаивание жил происходит при хорошем оттоке воды, а блоки пород, вмещающие жилы льда, сложены малольдистыми достаточно прочными породами, то формируются останцы пород — байджерахи.

Процесс развития термокарста

Процесс развития термокарста по-разному протекает в случае оттока воды из термокарстовых понижений и в случае их обводнения. Если вода не скапливается в понижении (сточный термокарст), этот процесс носит затухающий характер. Там, где оттаявшие осадки оседают на дне в виде кочек и других блоков породы, закрывают не вытаявшую льдистую породу, затем заносятся мелкозёмом, зарастают и промерзают сверху и снизу, со стороны мёрзлой породы, термокарст обычно прекращается. Если же отложения сезонноталого слоя эродируются (выносятся водой), то вытаивание подземных льдов может возобновиться и прогрессивно развиваться. В этом случае термокарст обычно сопровождается процессом термоэрозии.

При зарождении бессточного термокарстового понижения процесс развивается иначе. Появление в понижении воды, аккумулирующей солнечное тепло, приводит к повышению температуры поверхности пород дна водоёма, что, в свою очередь, обычно приводит к увеличению глубины сезонноталого слоя. При этом происходит дальнейшее вытаивание подземного льда (ледяных жил, пластовых залежей) и углубление водоёма. В итоге это может привести к полному вытаиванию подземного льда и возникновению под водоёмом несквозного (при малой мощности мерзлоты — сквозного) подозёрного талика. Развитие бессточного термокарста возможно в любых, даже самых суровых, мерзлотных условиях.

Термокарст, термоэрозия

Термокарст относится к так называемым псевдокарстовым процессам и состоит в образовании просадочных и провальных форм рельефа и подземных пустот вследствие вытаивания подземного льда или оттаивания мёрзлого грунта при повышении среднегодовой температуры воздуха или при увеличении амплитуды колебания температуры почвы.

Термокарст — это специфическое явление в области распространения многолетнемёрзлых пород, называемых вечной мерзлотой. Типичные формы рельефа, образующиеся в результате термокарста: озёрная котловина, аласы, западины, блюдца и другие отрицательные формы рельефа, а также провальные образования и полости в подпочвенном слое (гроты, ниши, ямы). Причиной термокарста может также стать промышленное и гражданское строительство, вырубка лесов и многие другие факторы хозяйственной деятельности человека. Появление термокарста обычно связано с процессами деградации вечной мерзлоты.

Термокарсту, как правило, сопутствуют другие процессы (например, термоэрозия, тепловая усадка и гравитационное перемещение оттаявших пород); он может сочетаться с плоскостным и подпочвенным смывом, солифлюкцией, суффозией, эрозией и абразией.

В России термокарсту подвержено около 45 % ее территории. Его воздействие проявляется в 72 городах.

Термокарст оказывает сильное влияние на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, нефте- и газопроводов, эксплуатацию нефтяных и газовых месторождений, строительство и эксплуатацию автомобильных и железных дорог.

В Якутске с начала 70-х годов прошлого века более 300 зданий получили серьезные повреждения в результате просадок мерзлого грунта. В зоне вечной мерзлоты проходит часть Транссиба — самой протяженной железнодорожной магистрали России.

Поражающий фактор: провалы, осадки, оползни, солифлюкция.

Комплекс мероприятий по предупреждению и борьбе с термокарстом включает предохранение многолетнемёрзлых пород и подземных льдов от протаивания при строительстве и эксплуатации сооружений, предпостроечное оттаивание мёрзлых льдистых оснований, дренаж территорий. При выборе защитных мероприятий следует учитывать, что на территории России погребенные вечные льды достигают толщины от нескольких метров до нескольких десятков метров. Например, на Бованенковском газоконденсатном месторождении (западная периферия полуострова Ямал) толщина таких льдов достигает 45 м.

Значительный интерес проблема термокарста вызывает в последнее время в связи с глобальным потеплением климата. Соответствующие исследования выполнены в интересах нефтегазовой промышленности для территорий перспективных и эксплуатирующихся месторождений на Ямале, республики Коми, а также для промышленности и территории Якутии.

Примечания и ссылки

1. Ping CL, Bockheim JG, Kimble JM, Michaelson GJ & Walker DA (1998), Характеристики криогенных почв вдоль широтного разреза в Арктической Аляске , J. Geophys. Res., 103 (D22), 28,917–28,928.
2. Уокер, Д.А., и М.Д. Уокер (1991), История и характер нарушений в наземных экосистемах Арктики Аляски — Иерархический подход к анализу изменений ландшафта, J. ​​Appl. Экология, 28, 244–276.
3. Соловьев П.А. (1973) Термокарстовые явления и формы рельефа, вызванные морозным пучением в Центральной Якутии . Biuletyn Peryglacjalny, 23, 135-155.
4. Уокер, Д.А., и К.Р. Эверетт (1991), Лессовые экосистемы Северной Аляски — Региональный градиент и топоследовательность в Прудо-Бей, Ecol. Моногр., 61, 437–464
5. Walter KM, Edwards ME, Grosse G, Zimov SA & Chapin FS (2007) . наука, 318 (5850), 633-636.
6. Dylik J & Rybczynska E (1964) . В Анналах географии (стр. 513-523). Сентябрь 1964 г., Эд Арман Колин.
7. Schuur EA, Crummer KG, Vogel JG & Mack MC (2007) Видовой состав и продуктивность растений после таяния вечной мерзлоты и термокарста в тундре Аляски . Экосистемы, 10 (2), 280-292.
8. ↑ et Bowden WB, Gooseff MN, Balser A, Green A, Peterson BJ & Bradford J (2008) . Журнал геофизических исследований: биогеонаука (2005–2012), 113 (G2).
9. Ван Хьюсстеден, Дж., Берриттелла, К., Парментье, FJW, Ми, Ю., Максимов, Т.С. и Дольман, А.Дж. (2011). «Выбросы метана из талых озер с вечной мерзлотой ограничены дренажем озера» . Изменение климата природы. 1 (2): 119

Участники ОВОС

В процедуре ОВОС участвуют заказчик, исполнитель работ по оценке воздействия и общественность.

Заказчик — юридическое или физическое лицо, отвечающее за подготовку документации по намечаемой деятельности в соответствии с нормативными требованиями, предъявляемыми к данному виду деятельности на экологическую экспертизу.

Исполнитель работ по оценке воздействия на окружающую среду — физическое или юридическое лицо, осуществляющее проведение оценки воздействия на окружающую среду, которому заказчик предоставил право на проведение работ по оценке воздействия на окружающую среду. Исполнитель отвечает за полноту и достоверность оценок, соответствие их экологическим нормативам и стандартам.

В процессе выполнения ТЗ на ОВОС исполнитель проводит исследования по оценке воздействия с учётом альтернатив проекта, целей деятельности, способов их достижения и т. д., результатом которых является предварительный вариант материалов по оценке воздействия, с которым заказчик знакомит общественность. После анализа замечаний общественности и результатов общественных слушаний исполнитель готовит окончательный вариант материалов по оценке воздействия. Окончательный вариант ОВОС представляется на государственную экологическую экспертизу в составе другой предпроектной и проектной документации. Возможно также проведение общественной экологической экспертизы.

Третий участник ОВОС — общественность региона. Он может включаться в процедурный процесс на этапе представления первоначальной информации и на этапах проведения ОВОС. Принимать участие в общественных слушаниях, общественных обсуждениях.

Профилактические и защитные мероприятия

Весь комплекс инженерно-технических решений, предусматриваемых при проектировании зданий, специалисты разбивают на две большие группы:

Профилактика термического карста

К числу таких действий относят различные операции по снижению уровня техногенного воздействия на мерзлоту. Проектом, например, могут предусматриваться:

• восстановление растительного покрова;
• изоляция теплоносителей;
• засыпка карьеров после отработки месторождений;
• использование специальных теплонепроницаемых покрытий;
• регулирование гидросистемы;
• обеспечение принудительной системы охлаждения;
• проектирование вентилируемых подвальных помещений (исключение теплового воздействия на участок застройки).

Основной задачей профилактических мероприятий является предотвращения или сокращение влияния на подземные льды.

Защита

Другой блок действий по предотвращению негативных последствий тепловой просадки грунта включает в основном конструктивные решения. Инженеры предусматривают систему обеспечения надежности здания при наличии в толще пород пустоты. Кроме того, специалистами центра организуется постоянный мониторинг с использованием современной аппаратуры и средств диагностики.

Написать сообщение

✘ Выделенные поля не заполнены или не валидны!

Ваше сообщение успешно отправлено.

✘ Произошла ошибка при отправлении сообщения

Решения

Все воздействия связанные с прокладкой и эксплуатацией трубопровода можно разделить на временные и постоянные. Временные воздействия неизбежны в процессе строительства трубопровода. Это собственно работа на самой трассе укладки или установки трубопровода, создание подъездных дорог, участков под складское хозяйство, производственную базу и поселки строителей. 

В это время нарушается природный почвенный слой, естественные дренажные пути, происходит загрязнение почв техническими и бытовыми отходами, нарушается состояние грунтов за счет работы тяжелой техники, вырубаются леса. Тем не менее, после завершения строительных работ начинается стадия рекультивации территорий. В результате чего в значительной мере восстанавливается почвенный слой, высаживаются травы и многолетники, налаживается водный дренаж. Современные технологии позволяют практически полностью компенсировать нарушения, вызванные в период строительства трубопровода. 

Особая ситуация складывается при строительстве и эксплуатации трубопроводов на многолетнемерзлых грунтах. Опасность представляет нарушение верхнего, весьма ранимого растительного и почвенного слоя, которое провоцирует таяние мерзлоты, с последующим развитием таких процессов, как: термокарст, оползни, солифлюкция. Деградация мерзлоты возможна и при эксплуатации трубопроводов, за счет теплоотдачи подогретой нефти. Эти явления опасны тем, что носят необратимый характер, приводя к полному разрушению природной среды. 

Постоянные воздействия связаны с потерями земельного фонда, появлением новых неудобств для сельскохозяйственной и прочей деятельности. Однако эти воздействия однократны, в отличие от воздействий повторяющихся, к которым можно отнести выбросы в атмосферу в результате работы установок по подогреву нефти, работу насосов и электростанций, обеспечивающих функционирование нефтепровода, транспорта, жилищно-коммунального хозяйства в местах работы и проживания эксплуатационников трубопроводной системы. 

Особняком стоят воздействия в результате техногенных аварий, связанные с разливом нефти и пожарами, при которых горит сырая нефть или нефтепродукты. Это чрезвычайные, крайне редкие происшествия, которые наносят не только физический но и большой репутационный ущерб компании-эксплуатанту трубопровода. Поэтому компании проводят постоянную работу по совершенствованию профилактических мероприятий, призванных не допустить подобные инциденты, а также оснащают свои специальные службы различными техническими комплексами по борьбе с загрязнением среды, в частности, очистки ее от разлившихся нефтепродуктов. 

Чтобы минимизировать ущерб для окружающей среды при строительстве и эксплуатации трубопроводов, в настоящее время уделяется большое внимание изучению этой самой среды, природных биоценозов, их взаимодействия. Компьютерное моделирование еще на стадии проектирования трубопроводов и выбора маршрута позволяет оценить риски того или иного варианта, чтобы выбрать из них наиболее оптимальный. Предыдущая статья

Предыдущая статья

Борьба с потерями нефти

Следующая статья

Волны повышенного давления

Особенности проектирования и анализа данных

В качестве основы для разработки ИТМ выступают материалы гидрогеологического исследования, а также данные статистического и аналитического характера. Согласно СНиП 22.02.2003 исходной информацией признается:

• карты расположения льдистых грунтов (места, глубина залегания, динамика процессов термокарста);
• уровень вероятной просадки при полном таянии льда;
• прогноз потенциальных угроз для строительства зданий на участке;
• районные карты вероятного образования термокарста.

Сбор исходных данных осуществляется специалистами центра совместно с сотрудниками землеустроительных служб. В ходе проведения исследования к работе привлекаются представители метеорологических станций, муниципалитетов, надзорных учреждений. Детальному изучению подвергаются статистические сводки по региону, а также материалы научных работ экологов.

Суффозия

С карстовыми процессами нередко тесно связаны процессы суффозии, образуя карстово-суффузионные явления. Суффозия (от лат. suffosio – подкапывание, подмывание) – механический вынос тонких частиц водой, фильтрующейся в толще горных пород. Фильтрующаяся вода осуществляет работу двоякого рода: с одной стороны, она выщелачивает и уносит растворимые соли, с другой – производит механический вынос мельчайших частиц породы. В результате происходит разрыхление пород, образование подземных пустот, приводящих к обрушению и просадке сводов. Так в области развития лёссов на поверхности Земли наблюдаются формы, аналогичные типичным карстовым формам – воронки, замкнутые западины и т.п.

Изучение карстовых и карстово-суффузионных явлений имеет большое практическое значение.

С некоторыми карстовыми полостями связаны месторождения рудных полезных ископаемых. Источником рудных компонентов могут выступать как нерастворимые компоненты карстующегося массива (терра-росса на дне карстовых полостей), так и привнесённые в карстовые полости осадки с других рудных объектов. С карстовыми полостями связаны некоторые месторождения фосфоритов (карстовые фосфориты полуострова Флорида в США содержат до 35-40% P₂O₅), никелевых руд (на Урале такие руды одержат 1,5-2,5% Ni), бокситов, железа, марганца, ртути, сурьмы и пр.; отмечаются россыпи золота, касситерита, алмазов и другие полезные ископаемые.

Карстовые ландшафты

Холмистый карстовый ландшафт вблизи Блэк-Хеда (северо-восточная оконечность долины Буррен, графство Клэр, Ирландия)

Наличие пещер часто не отражается на поверхности, хотя именно в результате их провала, вероятно, образовались многие известняковые ущелья. Характерные скалистые известняковые ландшафты часто называют карстами. Трещины — причина образования многих форм карстовых ландшафтов. Отвесные скалы, например, часто следуют расположению вертикальных трещин, а поверхность известняковых пород бывает изрытой воронками. Они образуются в местах пересечения трещин, затем, преобразовавшись в глубокие колодцы, открывают путь вниз для водных потоков. Карстовые колодцы характерны, например, для Крымских гор, где их насчитывается около 870. Обнажения мела — мягкого, легкорастворимого и менее трещиноватого известняка — обычно имеют округлые очертания. Таковы меловые холмы Восточной и Южной Англии. Обнажения поверхности известняка обычно сухие, поскольку вода стекает вниз по трещинам и воронкам. Расположение подземных трещин прослеживается на голой породе в виде выступов, окаймленных расширенными трещинами. В местах пересечения больших трещин в результате растворения породы образуются воронкообразные впадины, которые называются долинами. Они достигают иногда 100 метров в диаметре, и в них можно увидеть подземные реки, текущие из пещеры в пещеру. Развитие карста может происходить вдоль тектонических трещин. Например, линейно вытянутые рвы в известняках вдоль таких трещин глубиной до 5 метров, и шириной до 4 метров, в балканских странах имеют местное название богазы.