III. 1. ОБЩИЕ ЧЕРТЫ НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС

Воды сезонноталого слоя (СТС) приурочены, как правило, к четвертичным отложениям различного генезиса и состава и к корам выветривания коренных пород. Они относятся к поро-вым, трещинным, трещинно-лоровым водам. Коллекторами вод в СТС бывают не только песчаные, гравийно-галечные и другие хорошо водопроницаемые отложения, но и пылеватые супеси, суглинки и даже глины. Связано это с тем, что в дис­персных влажных породах при их промерзании образуются криотекстуры за счет ледяных шлиров, главным образом сос­тоящих из сегрегационного льда (Общее мерзлотоведение, 1978). При оттаивании шлиров льда на их месте в породах ос­таются трещины и пустоты, создающие посткриогенную тек­стуру. Вследствие этого глинистые отложения СТС обладают значительными фильтрационными свойствами. Так, для .покров­ных суглинков севера европейской части СССР Г. П. Мазуро­вым и другими установлено, что коэффициенты фильтрации при нарушенной структуре равны 10~⁷—10~⁸ см/с. Опыты, проведенные В. К. Яновским, С. Е. Суходольским, Л. Н. Хру-сталевым с теми же суглинками, находящимися в естественном залегании и обладающими посткриогенной текстурой, показали, что коэффициенты фильтрации в них достигают 10~⁴—10~⁵ см/с, т. е. в 100—1000 раз выше, чем в пылеватых суглинках в СТС с нарушенным сложением. Фильтрационные свойства глинис­тых пород в СТС изменяются в течение теплого сезона. Наи­большей фильтрационной способностью иороды обладают сразу после оттаивания. Постепенно они уплотняются, лоры и трещи­ны >на месте ледяных шлирО1в сжимаются и коэффициенты фильтрации уменьшаются.

Характеристики слоя сезонного оттаивания пород зонально .изменяются: максимальные мощности СТС образуются на юге криолитозоны при /_Ср пород, близких к 0°. Здесь СТС при пол­ном обводнении достигает в песках и супесях 2—3 м. На север с понижением температуры пород мощность его уменьшается до 0,3—0,5 м в песках и до 0,1 м в слаборазложившемся тор­фе. В том же направлении уменьшаются и сроки существова­ния СТС, а следовательно, и надмерзлотных вод СТС в жид-;кой фазе. На юге криолитозоны при i_Cp = 0^o это время состав­ляет 10—11 мес. Начало протаивания СТС и образования го­ризонта вод относится к апрелю, а промерзание начинается в октябре и заканчивается в период с декабря по март. Таким

образом, воды в СТС существуют от 8 до 11 мес. На севере при t_cv = —10—12° С лротаивание СТС начинается в июне и да­же начале июля, а заканчивается в сентябре. Поэтому период существования вод в этом 'слое составляет всего 2—3 мес.

Надмерзлотные ©оды СТС разгружаются в речную сеть и талики, идут на .питание грунтовых вод и вод глубокого (иод- и межмерзлотного) стока. Период, когда воды СТС находятся в замерзшем состоянии и за их счет не происходит пополнения: других категорий подземных вод криолитозоны, называется водно-критическим периодом.

Воды СТС имеют в качестве нижнего водоупора верхнюю поверхность мерзлой толщи. В период протаивания мощность СТС постоянно растет, что сказывается на степени его обвод­нения, мощности водоносного горизонта и глубине залегания его от поверхности. Промерзание пород СТС происходит как со стороны поверхности земли, так и снизу, со стороны мерз­лой толщи, кроме случая, когда температура у подошвы этого слоя ti равна или близка к 0°С. Снизу промерзает тем большая часть СТС, чем ниже ^. Воды СТС при промерзании переходят в подземный текстурообразующий лед. В условиях накопления осадков на поверхности, т. е. при формировании сингенетически промерзающих пород, нижняя часть СТС периодически пере­ходит в многолетнемерзлое состояние. Воды СТС в таких усло­виях расходуются на образование ледяной составляющей мно-голетнемерзлых пород, обусловливая криогенную текстуру пос­ледних (Общее мерзлотоведение, 1978).

Основным источником питания надмерзлотных вод СТС являются атмосферные осадки. Меньшую роль в питании игра­ют конденсационные воды. Локально воды СТС могут подпи-тываться поверхностными и подземными водами глубокого подмерзлотного или межмерзлотного стока. Питание за счет атмосферных осадков предопределяет существенную зави­симость количества, режима и химического состава надмерзлотных вод СТС от климата территории. В районах с морским климатом, для которых характерна высокая влажность воздуха, значительное количество осадков и малое испарение, обводненность пород в СТС больше, надмерзлотные воды распространены широко, часто встречаются связанные с ними криогенные явления. В районах с сухим континенталь­ным климатом надмерзлотных вод меньше. В разрезе СТС ле­том обычно обводнена только его нижняя часть. С увеличением континентальности в сходных условиях при одинаковых сред­негодовых температурах, составе пород и их влажности воз­растает и мощность СТС. Поэтому при меньшем количестве осадков, большем испарении и больших мощностях СТС в рай­онах с резко континентальным климатом уменьшается мощ­ность обводненной части и общее количество надмерзлотных: вод этого слоя.

В пределах одних и тех же районов воды СТС имеют раз­ное время существования, режим и гидрохимические особен­ности в зависимости от состава, генезиса и условий залегания водовмещающих пород. Мощности СТС обычно увеличиваются в ряду торф — глины — суглинки — супеси — пески — щебнисто-дресвяные и гравийно-галечные образования. В том же ряду возрастают величины коэффициентов фильтрации пород и вре­мя существования вод СТС, особенно в условиях плоских по­верхностей, где сток затруднен.

Сток надмерзлотных вод СТС происходит преимуществен­но в соответствии с уклонами поверхности земли, и поэтому существование, режим, динамика этих вод в большой мере определяются рельефом. С наиболее приподнятых и расчленен­ных участков поверхности воды СТС быстро стекают вниз, к подножиям склонов и далее к тальвегам долин. На плоских поверхностях с малыми уклонами (на плато, в днищах долин рек и т. д.) движение этих вод замедленно, а иногда почти отсутствует. На таких участках развивается заболачивание, об­разуются болота, часто полигональные, и мари — бугристые и кочковатые плоские поверхности, где вода стоит между коч­ками и местами существуют неглубокие озерки. Мари тяготеют к южной окраине криолитозоны, и на площадях их распростра­нения породы могут быть как в многолетнемерзлом, так и в талом состоянии, т. е. здесь встречаются воды СТС и верховод­ка. Водоупором для верховодки служат заторфованные болот­ные суглинки и непротаявшая часть CMC. Воды СТС на боло­тах и марях взаимосвязаны с поверхностными болотными и озерными водами, имеют режим, близкий к застойному, а для самого СТС характерно полное и повсеместное обводнение в течение всего периода, когда он находится в талом состоя­нии. С водами СТС болот и марей связано образование одно­летних, а иногда и многолетних бугров пучения, как миграци­онных, так и инъекционных. Бугры пучения образуются в мес­тах, где глубина СТС больше и породы промерзают зимой дольше, чем на окружающих поверхностях. Сюда в непромерз-шую часть СТС отжимаются надмерзлотные воды, при замер­зании которых и образуются бугры. Миграционные бугры пу­чения приурочены к породам супесчано-суглинистого состава и торфяникам, а инъекционные — к пескам⁴ и другим грубооб-ломочным отложениям.

Особенности формирования и движения надмерзлотных вод СТС влияют на процессы теплообмена в СТС, тем самым в значительной степени определяя . его динамику, глубины и температурный режим, а также появление или отсутствие таких криогенных явлений, как пучение (морозную пульсацию пород в СТС, образование однолетных бугров пучения), выпучивание камней, образование наледей и в некоторой степени солифлюк-ции.

III. 2. МЕСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПИТАНИЯ И РЕЖИМА

НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС

Проследим поток вод СТС на простом по морфологии склоне, сложенном грубообломочными отложениями, начиная от водораздела до местного базиса эрозии (рис. 6). Многолетние полевые наблюдения в различных регионах и геокриологичес­ких зонах показывают, что на таком склоне можно выделить

Рис. 6. Схематический мерзлотно-гидрогеологическии разрез отложений СТС от водораздела до тальвега долины: 1 — дресва и щебень, запол­нитель — песок: 2 — пески с галькой, 3 — галечник с песчаным запол­нителем, 4 — граница ММП, 5 — зона периодически появляющегося об­воднения, 6 — зона периодически исчезающего обводнения, 7 — зона постоянного обводнения, 8 — уровень воды в реке

три пояса, где особенности питания вод, время их существова­ния и степень воздействия конвективной составляющей тепло­передачи за счет движения вод на температурный режим по­род различны. Следует сказать, что границы между этими поя­сами условны и меняются во времени. От линии водораздела вниз выделяется пояс, где воды в СТС появляются только в-период выпадения дождей, а в период между дождями водо­носный горизонт «срабатывается». Таким образом, каждая но­вая «порция» дождевой воды, просачиваясь, попадает непо­средственно на мерзлый водоупор. Здесь эффект конвективного воздействия инфильтрующихся осадков на температурный ре­жим пород наиболее значителен. Таким образом, воды СТС в этом поясе питаются преимущественно атмосферными осад­ками, а водоносный горизонт появляется периодичес­ки.

Ниже по склону существует пояс, где количество инфильт­рующихся атмосферных осадков соизмеримо с количеством воды, поступающей из расположенного выше пояса. Это пояс смешанного атмосферно-грунтового питания. Водоносный гори­зонт здесь существует более длительное время, чем в первом поясе. Он срабатывается только в период длительного отсутст­вия дождей. Это пояс периодически исчезающих вод

СТС. При небольших перерывах между выпадением атмосфер­ных осадков, просачивающихся сверху, воды попадают на слой верховодки и их конвективное отепляющее воздействие отно­сительно ослаблено. В период промерзания СТС в этом поясе водоносный горизонт полностью срабатывается. В нижней его части в периоды выпадения дождей за счет пересыщения водой возможно солифлюкционное течение пород СТС.

В первом и втором поясах, особенно если СТС сложен обломочными отложениями, летом происходит значительная конденсация влаги. Конденсационные воды участвуют в пита­нии вод СТС, а в процессе их образования изменяется темпе­ратура пород в этом слое.

В горных районах, на плоскогорьях и плато, где СТС сло­жен глыбово-щебнисто-дресвяными образованиями, в питании вод важное значение может играть таяние гольцового льда. Голь­цовый лед в СТС образуется главным образом весной, ког­да талые снеговые воды просачиваются в каменистые россыпи и замерзают в них за счет низкой температуры породы. Таким образом, значительная часть, а иногда и вся влага, сконцент­рированная зимой в снежном покрове, идет не на пополнение поверхностных вод, т. е. стекает в период весеннего паводка, а фиксируется в виде гольцового льда в СТС. Такая фиксация талых вод в виде гольцового льда снижает высоты весенних паводков на горных реках, играет регулирующую роль в попол­нении вод СТС в теплый период года, существенно влияет на гидрохимические особенности вод этого слоя (см. III. 3), а так­же воздействует на температурный режим пород. Последний вопрос рассмотрен ниже.

В третьем поясе, находящемся ниже по склону, водонос­ный горизонт в СТС существует с начала оттаивания до конца промерзания этого слоя. Доля «грунтового питания» здесь зна­чительно превышает количество выпадающих и инфильтрую-щихся в пределах этой зоны атмосферных осадков. Последние всегда попадают на слой верховодки и не имеют непосредст­венного соприкосновения с верхней поверхностью мерзлой тол­щи. Конвективное влияние инфильтрующихся осадков здесь крайне незначительно. Это пояс постоянно существую­щих вод СТС, имеющих преимущественно грунтовое питание. В этом поясе надмерзлотные воды в процессе зимнего промер­зания сильно влияют на формирование криогенного строения СТС и часто приобретают напор. Как следствие этого, здесь образуются бугры пучения и наледи грунтовых вод. Особеннос­ти режима вод СТС в этой зоне показаны на рис. 7.

Следует подчеркнуть, что в условиях горного рельефа и значительной литологической изменчивости четвертичных отло­жений развитие вод СТС, различающихся по времени сущест­вования и характеру питания, носит сложный мозаичный ха­рактер. Кроме того, неравномерное распределение глубины

GTC вдоль склонов, наличие в их рельефе вытянутых вниз понижений определяет во всех трех поясах спорадическое, или неповсеместное, распространение вод СТС по пло­щади. Только на плоских участках эти воды встречаются пов­семестно.

К о н д е н с а ц и я вод и ы х

паров происходит как в гру-
бообломочных, где она дости­
гает наибольших значений, так
и в супесчано-суглинистых от­
ложениях благодаря наличию
в них посткриогенной тексту­
ры, обеспечивающей существо­
вание в них макропор и откры­
тых трещин. Величины конден­
сации в СТС, зависящие от
многих причин, изучены еще
недостаточно. В Центральной
Бурятии конденсация достига­
ет 45, а в Центральной Яку­
тии — 60 см³/сут на 1 м поро­
ды, что соответствует средним
модулям подземного стока —
0,65 и 0,85 л/с-км² (Климоч-
кин, 1975). В Южной Якутии,
по данным В. Е. Афанасенко
и С. Н. Булдовича, среднее
значение конденсации состав­
ляет около* 20 мм, что соответ­
ствует модулю стока в летний
v _ период (когда этот процесс про-

исходит), равному 2,1 или 0,63 л/с-км² в годовом цикле Опы­тами И. Т. Рейнюка (1959) показано, что на Северо-Востоке i^LLF конденсация паров в СТС может достигать 80 мм в год в модульных величинах — 2,52 л/с-км² в год. В целом для ука­занных районов конденсационные воды составляют от 7 до 30% инфильтрационного питания.

Конденсация паров в СТС (CMC) протекает во времени неравномерно (рис. 8), что находит отражение как в данных получаемых по конденсометрам, так и в дебитах источников' питаемых этими водами. Она увеличивается в периоды дождей' когда растет влажность воздуха, и уменьшается в засушливые периоды, что хорошо видно при сравнении графиков на рис. 8. В суточном цикле конденсация уменьшается ночью и возрас­тает днем. Влага, конденсирующаяся ночью на поверхности грунта, не просачивается вниз, а испаряется, не участвуя в конденсационном питании вод СТС.

В целом конденсация водных паров в породах СТС (CMC) существенно воздействует на температурный режим, повышая

среднегодовую температуру пород в подошве этих слоев tf₆. Так, исследованиями С. Н. Булдовича показано, что в условиях Чульманского бассейна в дресвяно-щебнистых отложениях с супесчаным заполнителем конденсация дает более 10 тыс. ккал на 1 м² площади и повышает среднегодовую температуру у подошвы СТС (CMC) (^) на 3—4° по сравнению с темпера­турой поверхности. Это существенно превышает отепляющее

Рис. 8. Конденсация водных паров в щебнистых отложениях, слагающих СТС (участок 1) и CMC (участок 2), в Чульманском адартезианском бассейне. Для сопоставления приведены дебиты источников надмерзлот-ных вод СТС, верховодки и осадки (по В. Е. Афанасенко, С. И. Булдо-вичу, В. С. Мелентьеву, 1978).

воздействие инфильтрации дождевых осадков, за счет которых ti повышается на 1—2°. Поскольку интенсивность конденсации водных паров в породах СТС (CMC) возрастает с увеличени­ем градиентов температур в этом слое, наиболее сильно этбт процесс происходит на склонах южной экспозиции на плоских участках.

Влияние гольцового льдообразования на температурный режим пород в СТС (CMC). В последние годы С. Н. Булдовичем в Чульманском. адартезианском бассейне установлено, что просачивание талых вод в CMC и СТС, сло­женных на плоских междуречьях, щебнистыми супесями, под­стилаемыми разборной скалой, приводит к быстрому повыше­нию ti до 0°. При этом поры и трещины заполняются гольцо-

4 Н. Н. Романовский

вым льдом, иногда в смеси с водой, а влажность пород увели­чивается до их полной влагоемкости. Сами породы, входящие в СТС (CMC), часто становятся сезонными криогенными водо-упорами. В пределах дождевально-радиационных таликов, (см. IV. 3) такие сезонные водоупоры определяют существова­ние верховодки в течение большей части теплого периода гола. Протаивание льдистых пород СТС и CMC в таких условиях замедляется. CMC часто оттаивает только в конце лета, что ослабляет прогрев пород в таликах ниже этого слоя, Напротив, зимнее промерзание происходит, когда горизонты вод СТС и верховодка сработаны, породы сдренированы и обладают низ-кой влажностью. В силу этого мощность CMC на таликах уве­личивается и достигает 3—4 ми более, а на участках с мерз­лыми толщами происходит быстрое промерзание СТС и начи­нается выхолаживание подстилающих мерзлых пород. Все эти процессы, а именно сезонное промерзание слабовлажных пород, гольцовое льдообразование в них весной, летнее *протаивание льдонасыщенных пород, существование на них горизонта над-мерзлотных вод СТС или верховодки, затрудняющих прямое воздействие атмосферных осадков на криогенные водоупоры,» приводят к понижению среднегодовой температуры пород.

Присутствие вод в СТС и особенности их существования в каждой из выделенных зон по-разному воздействуют на теп-лофизические свойства пород как в летний, так и в зимний пе­риоды: на теплопроводность и теплоемкость мерзлых и талых пород, на их влажность в талом, льдистость и криогенное строение в мерзлом состояниях. Таким образом, воды СТС су­щественно влияют на верхние граничные условия температур­ного поля горных пород, с одной стороны, через изменение теп-лофизических свойств пород, определяющих условия кондук-тивного теплообмена, с другой, — обусловливая особенности конвективного влияния .вод в процессе их формирования и дви­жения.

III. 3. ГИДРОГЕОХИММЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАДМЕРЗЛОТНЫХ ВОД СТС

В соответствии с особенностями формирования и залега­ния воды СТС имеют небольшие величины минерализации и являются €верх!пресными и пресными. Для них характерны . преимущественно гидрокарбонатный состав, обогащение орга­ническими веществами, кислородом и углекислотой. Последняя выделяется при их сезонном промерзании. Минерализация вод СТС и состав солей испытывают определенные колебания в за­висимости от погодных условий.

Надмерзлотные воды СТС редко используются для водо­снабжения, однако изучение их гидрогеохимических особен­ностей имеет большое значение в силу следующих обстоя-

50 . " *

тельств: 1) эти воды являются источниками пополнения других категорий вод мерзлой зоны, таких, как грунтовые воды та­ликов и воды глубокого подмерзлотного стока; 2) обладая оп­ределенной агрессивностью, воды СТС воздействуют на фунда­менты сооружений и зданий, т. е. их изучение является частью инженерно-геологических изысканий; 3) будучи наиболее дос­тупными, они в первую очередь опробуются при мерзлотно-гидрогеологических съемках и на основе массового изучения их состава делаются выводы о наличии или отсутствии гидрогео­химических аномалий, т. е. они используются для гидрогеохи­мических поисков полезных ископаемых.

Формирование химического состава вод СТС зависит от состава атмосферных осадков, характера почв и биохимичес­ких процессов, происходящих в СТС, литологических особен­ностей водовмещающих пород и времени нахождения вод в СТС. Влияние времени нахождения вод в СТС на их минера­лизацию одинаково проявляется в региональном плане и зо­нально: чем длительнее контакт этих вод с вмещающими по­родами, тем выше их минерализация. Так, во всех изученных районах установлено, что при движении вод СТС от водоразде­лов к днищам долин их минерализация возрастает. В зональ­ном плане минерализация вод СТС в породах одного и того же состава уменьшается с юга на север по мере сокращения вре­мени существования СТС.

Закономерности формирования химического состававод СТС.Химический состав вод СТС складывается из солей, при­носимых атмосферными осадками, элементов, выщелачиваемых из вмещающих пород, почв и остатков растительности.

Роль атмосферных осадков в формировании хи­мического состава вод СТС в северной подзоне северной гео­криологической зоны велика. Так, на Яно-Индигирской при­морской низменности выделяются обширные территории, где разница в минерализации и составе между атмосферными во­дами и водами СТС практически отсутствует. В целом по низ­менности, исключая ее приморскую часть, минерализация вод СТС в алюмосиликатных и карбонатных породах изменяется от 10 до 220 мг/л, а минерализация атмосферных осадков — от 9 до 64 мг/л при средней 20,6 мг/л (Волкова, 1971). В более южных районах доля атмосферной составляющей химического стока вод СТС снижается, а других составляющих возрастает. На северо-западе Сибирской платформы минерализация ат­мосферных осадков меняется от 20 до 90 мг/л; воды в СТС» сложенном породами алюмосиликатного состава, имеют мине­рализацию до 325 мг/л. Там же в элювии и склоновых отло­жениях, развитых на карбонатных и гипсоносно-карбонатных породах, минерализация вод СТС изменяется от 300 до 2700 мг/л. В южной геокриологической зоне доля атмосферной составляющей в химическом составе вод СТС также весьма

4* 51

значительна. В среднем доля атмосферных солей в составе подземных вод в пределах площадей распространения алюмо-силикатных пород составляет 30—35% (Шварцев, 1978).

Роль органического вещества почвенных гори­зонтов, через которые просачиваются атмосферные осадки и которые при малой мощности СТС или развитом почвенном профиле вмещают эти воды, в формировании химического сос­тава вод СТС весьма существенна. Органическое вещество син­тезируется растениями из воды и углекислого газа, а через корневую систему получает многие другие элементы (азот, хлор, серу, бор, фосфор, бром и др.), обладающие высокой биофильностью. Пройдя биологический цикл, эти элементы вместе с опадом попадают в почву, где благодаря разложению органического вещества они переходят в воды СТС. Органи­ческое вещество является поставщиком гидрокарбонат-иона, на который в составе растворимых солей в среднем приходит­ся 34% для вод зоны тундры и 42% для вод северной тайги (Шварцев, 1978). Органическое вещество образует большое количество легкорастворимых солей со всеми основными эле­ментами (Са, К, Na, Si, P, S и др.), способствуя их переходу в почвенную воду. При этом существенно, что органического вещества образуется больше, чем разрушается. Отсюда следу­ет, что количество элементов, поглощаемое корневой системой из вод, превышает их освобождающееся количество и что за счет жизнедеятельности растений и микроорганизмов в под­земные воды поступают в избыточном количестве только эле­менты, заимствованные из атмосферы (кислород, углерод, азот и др.)- Остальная часть химических элементов или по­падает в гравитационные воды СТС непосредственно при вы­щелачивании горных пород, или прежде чем поступить в них, участвует в биологическом круговороте. Здесь в это время они нередко связываются в подвижные органо-минеральные соеди­нения, которые повышают их миграционную способность, тем самым облегчая попадание в воды глубокого стока.

Высокое содержание органического вещества в водах СТС характерно для всей территории криолитозоны, но увеличива­ется, видимо, с возрастанием биологической продуктивности биоценозов. Соответствующим образом возрастает и вынос ор­ганического вещества подземными водами. Доля анионов гид-рогенно-биогенной природы в водах СТС оценивается в 35— 40% (Шварцев, 1978).

Роль состава пород. Литогенная составляющая стока вод СТС представлена в основном катионами Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺ и нейтральными соединениями типа SiO2. В породах раз­личного состава степень выщелачивания, состав и общая мине­рализация вод неодинаковы. Наиболее существенно эти разли­чия проявляются в условиях окислительной обстановки, воз­никающей при наличии достаточно хорошего стока. Наиболь-

шая минерализация и разнообразие элементов в окислительной обстановке характерны для подземных вод в карбонатных й карбонатно-гипсоносных породах.

В суровых мерзлотных условиях северной геокриологичес­кой зоны при маломощном СТС различия в составе и минера­лизации вод СТС в алюмо'силикатных породах проявляются очень слабо. Они ощутимы только, если эти воды развиты в районах, где породы коренной основы содержат значительное количество карбонатов. Связано это с меньшим, чем на севе­ро-западе и западе Сибирской платформы, временем сущест­вования вод СТС в жидком состоянии и большей степенью промытости пород этого слоя.

Сравнение результатов гидрогеохимических исследований по Северной, Центральной и Южной Якутии и по Сибирской платформе показывает, что влияние состава пород на минера­лизацию и состав вод в СТС уменьшается зонально с юга на север.

Определенные отличия от вод СТС, формирующихся в окислительной обстановке, имеют воды глеевой геохимической обстановки, образующиеся на ровных участках со слабым под­поверхностным стоком и заболоченностью (Шварцев, 1978). Эти воды обладают невысокой минерализацией — до 100 мг/л, гидрокарбонатным натриёво-кальциевым составом, понижен­ными значениями рН, повышенным содержанием органических веществ и закисного железа.

В водах СТС ряда районов криолитозоны присутствует повышенное содержание кремния, связанное с почвенными процессами в кислой среде, которая повышает парциальные давления углекислого газа и не способствует накоплению гид­рокарбонат-иона. Если при этом отсутствуют хлор- и сульфат-ионы, то такие воды становятся гидрокарбонатно-кремнистыми, с большим содержанием иона натрия. Высокое содержание SiO₂ фиксировалось иногда в водах СТС на западе Сибирской платформы, хотя в среднем доля кремнезема среди других анионов не превышала 10% (Шварцев, 1978). Вместе с тем в суровых мерзлотных условиях Яно-Индигирского междуре­чья, входящего в зону тундры и северного редколесья, SiO₂ встречается в водах СТС, развитых на самых разнообразных по составу породах, далеко не повсеместно, а его содержание не превышает первых процентов.

Влияние вод СТС на гидрогеохимические особенности тек-стурообразующих льдов.Воды СТС участвуют в формировании текстурообразующих льдов при промерзании СТС и при нако­плении синкриогенных отложений (Общее мерзлотоведение, 1978). Минерализация текстурообразующих льдов составляет от 0,08 до 0,72 г/л, что в целом выше, чем 'минерализация со­ответствующих вод СТС. Последняя изменяется от 0,01 до 0,04 г/л, и только в склоновых отложениях, развитых на поро-

дах карбонатного состава, достигает 0,47 г/л. По химическому составу льды гидрокарбонатные, кальциевые, магниевые или имеющие смешанный катионный состав. Иногда в них присут­ствуют сульфат-ион (8—16 мг/л), реакция вод слабокислая. В целом сходный состав имеют и надмерзлотные воды СТС, хотя в последних больше ионов С1~.

Почти все сингенетически промерзающие отложения вме­щают повторно-жильные льды, образование которых происхо­дит за счет замерзания талых снеговых и речных паводковых вод в морозобойных трещинах. Химический состав и минера­лизация современных повторно-жильных льдов очень близки к составу и минерализации атмосферных и поверхностных вод. Это позволяет использовать льды для палеогидрогеохими-ческих реконструкций: 1) восстанавливать состав атмосферных осадков и талых вод по особенностям химического состава пов­торно-жильных льдов и 2) судить по текстурообразующим льдам о гидрогеохимических особенностях вод СТС и о преоб­разовании их состава в процессе криометаморфизма при про­мерзании и оттаивании.

Состав и минерализация текстурообразующих льдов в эпи­генетически промерзших породах зависят от палеогидрогеохими-ческой обстановки времени их промерзания и от условий пе­рехода в многолетнемерзлое состояние (возможности или не­возможности отжатия остаточного раствора, скорости промер­зания и др.). В силу этого по гидрохимическим особенностям* эти льды существенно отличаются от вод и текстурообразую­щих льдов в СТС. Обычно в современных условиях надмерз­лотные воды СТС никак не отражают особенности химичес­кого состава текстурообразующих льдов в эпигенетически про­мерзших толщах пород. Это определяет, во-первых, ограниче­ния в применении гидрогеохимических методов поисков по-" лезных ископаемых в условиях сплошного распространения мерзлых толщ пород, во-вторых, появление гидрогеохимичес­ких аномалий вод СТС при увеличении глубин этого слоя из-за нарушения естественных природных условий и таянии текстурообразующего' льда.

Гидрогеохимические особенности вод СТС в специфическихусловиях. В специфических ландшафтных и гидрогеохимичес­ких условиях минерализация вод СТС может увеличиваться, а состав изменяться. Так, вблизи побережий северных морей воды СТС обогащены хлоридами натрия и их минерализация достигает нескольких граммов на литр, а на маршах, косах, низких морских террасах, периодически затапливаемых морем, даже нескольких десятков граммов на литр.

В засушливых районах, где испарение преобладает над количеством атмосферных осадков и имеются условия для кон­тинентального засоления (Центральная Якутия, Южное За­байкалье на границе сМонголией), известны солоноватые воды

СТС, в том числе и содового состава (Анисимова, 1971). Су­щественно, что при промерзании солоноватых вод происходит криогенная концентрация солей в нижней части СТС. Поэтому в разрезе водоносного слоя появляется стратификация в сос­таве и минерализации вод, о значении которой будет сказано ниже. Засоление вод в СТС в условиях Центральной Якутской низменности наиболее активно происходит, во-первых, на плос­ких поверхностях, где отсутствует сток и привносимые атмос­ферными осадками соли концентрируются в почвенных гори­зонтах, во-вторых, в днищах бессточных термокарстовых кот­ловин — аласах, куда идет снос солей с окружающих возвы­шенностей, но отсутствует их вынос. Это приводит к формиро­ванию солоноватых и соленых вод в термокарстовых озерах и лодозерных таликах (см. П.. 3 и IV. 4), а при высыхании озер и промерзании таликов — в СТС днищ замкнутых аласов. При этом воды СТС на окружающих такие аласы возвышенностях и их склонах, а также в аласных долинах, по которым сущест­вует сток поверхностных вод, обладают существенно иным, «обычным» составом и низкой минерализацией. Таким обра­зом, воды СТС плоских участков с затрудненными условиями стока и бессточные аласы образуют гидрогеохимические ано­малии — окна континентального засоления в условиях сплош­ного развития мерзлых толщ.

Гидрогеохимические аномалии в водах СТС существуют также в местах подпитывания их водами глубокого (подмерз-лотного) стока, разгружающихся на поверхность, а также на участках, где близко к поверхности земли залегают породы, содержащие в своем составе легкорастворимые соли (гипс, га-л.ит и др.), и где происходят их размыв, разрушение склоновы­ми процессами и т. д. Воды СТС выщелачивают легкораство­римые компоненты и локально приобретают повышенную ми­нерализацию и специфический состав.

В селениях, городах и промышленных объектах минерали­зация вод СТС повышается за счет антропогенных факторов. В составе вод появляются хлористый натрий, аммиак, различ­ные кислоты и другие продукты загрязнения. Например, в Якутске существуют линзы незамерзших вод у подошвы СТС с минерализацией до 300 г/л, которые, постоянно из года в год смещаясь вниз, переходят в линзы внутримерзлотных вод, за­легающие неглубоко от поверхности земли.

Образование линз соленых вод у подошвы СТС и их сме­щение в верхний слой мерзлой толщи являются процессом, довольно широко распространенным на побережье северных морей, в городах и в районах континентального засоления. При сезонном промерзании солоноватых и соленых вод СТС проис­ходят их криогенное концентрирование и локализация в виде линз у подошвы этого слоя. При сезонном оттаивании воды, образовавшиеся из опресненного льда, не смешиваются с более

тяжелыми и плотными криогалинными водами, залегающими в их основании. Последующее зимнее промерзание приводит к промерзанию верхней части линзы соленых вод и новому криогенному концентрированию. Сильнее минерализованные, более плотные и холодные рассолы, образующиеся в верхней части линзы, лод влиянием плотностной конвекции опускаются, вниз и растворяют текстурообразующие льды в своем основа­нии. В результате линза криогалинных вод смещается вниз. В последующие годы такое движение вниз повторяется. В ре­зультате линза рассолов с отрицательными температурами оказывается ниже подошвы СТС и превращается в внутримерз-лотную. Глубина ее смещения вниз зависит от температурного» режима пород, состава и минерализации вод. Чем ниже сред­негодовая температура пород /_Ср, тем на большую глубину она может сместиться. Однако такой механизм возможен только в слое сезонных колебаний температур, т. е. на глубинах от 2—3 до 10—15 м. Образование линз криогалинных вод сущест­венно осложняет строительство по принципу сохранения мерз­лого состояния пород в основании сооружений, так как насы­щенные ими породы, имеющие низкие температуры, по своему состоянию являются талыми и обладают низкими прочностны­ми характеристиками.

Гидрогеохимические аномалии вод СТС свойственны так­же участкам, где нарушены поверхностные условия, возросли глубины СТС и происходит протаивание текстурообразующих льдов в эпигенетически промерзших горных породах или древ­них сингенетически промерзших отложениях, формировавшихся в условиях существенно иных, чем современные.

Поиск по сайту: