Содержание к диссертации
стр.
ШЕДШИЕ . . д
'ЛАВА I. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И МАТЕРИАЛЫ, ПОЛОЖШНЫЕ В ОС
НОВУ РАБОТЫ . ІН
'ЛАВА П. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ПОРОД . 3Z I. Изменение условий формирования температурного режима
на поверхности почвы . . . . 32.
2. Характеристика поверхностных отложений ..... . . . нВ
3. Гидрогеологические условия территории в связи с их влиянием на сезонное промерзания.и температурный . .
. режим пород ................ 67
4. География почвенного покрова и его связь с литоло- . гическим составом и влажностью почвообразующих пород. ?э
а) литологические.разновидности сезонного промерзания
пород 2>Ь
б) распространение классификационных.типов.сезонного. .
. промерзания пород по влажности ...........Si
5. Мелкомасштабное районирование территории по геологов
, географическим условиям сезонного промерзания.пород. 9? ЖВА Ш. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ПОРОД . . . . J 03 I. Основные закономерноети.формирования температурного.
. режима пород /оз
2. Закономерности распространения типов сезонного про-
, мерзания пород .-/2і/
3. Мерзлотно-геологические процессы ......... АЧІ
4. Основные закономерности изменения глубины сезонного
промерзания пород ....... 146
а) взаимосвязь глубин,и.типов.сезонного.промерзания
пород . 146
б) закономерности изменения мощности.слоя годовых теп-,
лооборотов .-159
в) режим протаивания сезонномерзлого слоя У 6 4
г) расход.энергии.на оттаивание,сезонномерзлого горит
зонта . . ./66
д) потенциальное сезонное оттаивание пород . . ,-167
5. . Основы классификации почв по термическому режиму . .175
ГЛАВА ІУ. ПРОГНОЗ ИЗМШШЯ МЕРЗЛОТНЫХ УСЛОВИЙ В СВЯЗИ.СПРИ-г
. РОДНОЙ ТВДЕНЦИЕЙ И ХОЗЯЙСТВЕННЫМ ОСВОШИЖ . ._.... W5 I. Современная тенденция природного процесса в южной
. части Западной Сибири . . . . , 185
2. Направленность изменения мерзлотных условий . . . да 3# Влияние техногенного.вмешательства.на мерзлотную обстановку регионов ................. 05
а) закономерности изменения температурного режима и
глубин сезонного промерзания пород при нарушении . .
естественных условий ................ 208
б) оттаивание пород на освоенных площадях ...... 2-12
4, Прогноз изменения мерзлотных.условий.при.осуществлении региональных проектов .............. 219
а) возможные изменения мерзлотно-температурного режима почв в связи с проектом.перераспределения.части.стока сибирских рек .......;.......... 2.2D
в) прогноз изменения мерзлотных условий при сельскохозяйственном освоении и тепломелиоративные мероприятия по улучшению почвенного климата ........ 226
ЗАКЛШЕНИЕ ......................... аз?
ЛИТЕРАТУРА . . . ... і .- . . . . . ... w .... . . .... 240
Введение к работе
Область распространения сезонномерзлых пород Западной Сибири является плацдармом для хозяйственного освоения северных широт региона. Через нее проходит большинство магистральных трубопроводов, здесь сконцентрирована и интенсивно развивается мощная промышленная, топливно-энергетическая, транспортная и продовольственная ба-
сосредоточен за, а такжеУзначительный земельный фонд страны, подлежащий вовлечению в производство» На этой территории начато осуществление ряда крупных региональных проектов: строительство нефтехимических гигантов и путей сообщения к разрабатываемым нефтяным и газовым месторождениям, осушение болот и очаговое продвижение сельскохозяйственной зоны к северу, перераспределение речного стока и развитие поливного земледелия.
Между тем, практикой освоения умеренных широт Западной Сибири убедительно показана невозможность механического перенесения свда опыта хозяйствования в европейской части страны. Так же как рациональные приемы, разработанные здесь, не всегда применимы в более восточных районах. Например, прогноз последствий осушения болот ж торфяников Полесья, Западной Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока требует строго индивидуального подхода.
При освоении области сезонного промерзания пород их мерзлотно-температурный режим изменяется. Поэтому, определение закономерностей его формирования в природных и антропогенных ландшафтах отдельных регионов является-весьма насущной задачей. С ее решением связана здесь, в частности, выработка стратегии мелиоративных мероприятий.
Актуальность вопросов теплообеспеченности почв Европейского Севера и умеренных широт Сибири, где производственная деятельность прямо или косвенно связана с лесным и сельским хозяйством, выделяет их в особое направление - агробиологическое мерзлотоведение (Ко-
лосков, 19466; Достовалов, Кудрявцев, 1967), В последнее десятилетие оно активно развивается в рамках становления теории почвенного криогенеза, наиболее полно изложенной О.В.Макеевым (1981)Объект исследований мерзлотоведения и почвоведения, в данном случае, один, для изучения которого на высоком научном уровне, необходимо объединить достижения обоих дисциплин.
Такой комплексный подход важен не только для указанного, но и для развития других прикладных и теоретических направлений. Например, Л.Н.Максимова (1967) рекомендует включать почвенные работы в комплекс мерзлотных, в связи с тем, что почвообразовательные процессы оказывают большое влияние на состав, свойства и строение се-зоннопромерзающих отложений. Поэтому, выделение в пределах литоло-гически однородной поверхности различных типов почв, значительно повышает информативность метэзяотной карты. Это имеет большое значение, особенно, при целевых съемках крупного масштаба. В свою, очередь, без учета роли криогенного фактора в почвообразовании, невозможно выявить законометаости формирования почв, подверженных его воздействию.
Сопряженный метэзлотно-почвенный анализ тем.более необходим в связи с развитием общей теории криолитогенеза. В настоящее время все большее число ученых обращает внимание на криогенные преобразования- сезоннопромет>зающих отложений. А эти преобразования происходят, главным образом, в почвах, либо на фоне изменения пород почвообразовательными процессами.
Дальнейшее развитие указанных направлений, как и изучение сезонной криолитозоны в целом, наиболее перспективно на основе методологических положений мерзлотной съемки и классификации типов сезонного промерзания пород. Они разработаны на кафедре мерзлотоведения геологического факультета МГУ профессором В.А.Кудрявцевым (1959, 1961, 1979) с учетом и в развитие взглядов П.И.Колоскова
(I946ai Появляющиеся в последнее время критические замечания, кстати, не предлагающие ничего цельного взамен, относятся не к весьма гибким и диалектическим принципам В.А.Кудрявцева, а к механистической трактовке их отдельными, специалистами. Применение этих принципов в данной работе позволило решить основную задачу исследований - определить зональность изменения мерзлотных условий в южной части Западно-Сибирской низменности и закономерности их формирования.в связи с динамикой природной среды и отдельных ее составляющих. На установленных взаимосвязах базируются прогнозные аспекты исследований, оценка региональных проектов, выбор наиболее перспективных для первоочередного освоения и строительства площадей, разработка природоохранных и тепломелиоративных мероприятий по управлению мерзлотно-температурным режимом почв, а также основы его классификации.
Изучение сезонного промерзания-пород Западной Сибири специалистами проводилось, главным образом, в области вечной мерзлоты, где этот процесс имеет подчиненное значение. За ее пределами сезонная криолитозона становится самостоятельным природным объектом, а длительное (7-8 месяцев) и глубокое (до 4-х и более метров) сезонное промерзание пород - ведущим мерзлотный процессом. Оно определяет здесь криогенное.выветривание ж подчиненные мерзлотно-геологические явления (пучение, морозобойное растрескивание и т.д.), а также существование особой группы длительно сезонномерзлых почв. Первые, сведения о глубинах сезонного промерзания были представлены П.И. Колосковым (1947) для суглинистых грунтов по естественной и оголенной поверхностБЙГьолее.детальные сводки опубликованы позднее Н.А. Шполянской (1971) и В.Т.Трофимовым (1976, 1977), Температурная характеристика пород отражена на.обзорных картах И.Я.Баранова (1956, 1970), Н.М.Фролова (1966), Ф.А.Макаренко (1970, 1972), А.К.Шкадо-вой (1979). Значительным вкладом в почвенную климатологию явилась
Рис Да Карта глубин зимнего промерзания почв под естественной поверхностью в Казахстане (в см). 1-Ізона - от 0 до 25; ІІ-2зона ~ от 25 до 50; III-Ззона - от 50 до 75; 1У-4зона - от То до 100; У-5зона - от 100 до 125;У1-6зона - от 125 до 150; УП-7зо-на - от 150 до 1Ъ; УШ-8зона № 1Ъ до 200; IX-Sso-на - от 200 до 225; Х-Юзона - от 225 до 250; XI - II -зона - от 250 и более.
Рис.Іб Карта глубин зимнего промерзания обнаженных от снега суглинистых грунтов в Казахстане (в см) . 1-І зона менее 50; П-2зона - от 50 до 100; Ш-Ззо-на от 100 до 150; 1У-4зона - от 150 до 200; У-5зона - от 200 до 250; У1-6зона - от 250 до 300; УТ1-7зо-на - от 300 до 350; УШ-бзона - от 350 до 400.
$
работа В.Н.Димо (1972).
Специальных мерзлотных исследований по картированию региональных закономерностей сезонного промерзания пород в южной части Западной Сибири не проводилось, В настоящее время близкими вопросами занимаются на местах мелиораторы, специалисты сельского хозяйства, почвоведы, климатологи, строители. Ими накоплен обширный фактический материал, требующий обобщения и намечены перспективные направления прикладного характера, связанные с освоением. Среди них, изучение промерзания болот и торфяников, начатое Г.А.Сребрянской (1946), и теплообеспеченности почв сельскохозяйственных земель, проводимое , Институтом почвоведения и агрохимии СО АН СССР под руководством В.П. Панфилова. Необходимость определения термических рубежей сельскохозяйственных зон. по температурному режиму почв, а не воздуха, показана, в частности, в работе В.Г.Чигира (1978), в которой использованы материалы наших совместных полевых наблюдений.
Цель проделанной работы состояла в оценке влияния основных компонентов природной обстановки на пространственную изменчивость сезонного промерзания пород в южной части Западной Сибири, выяснении закономерностей и прогнозе изменения мерзлотно-температурного режима в связи с направленностью развития современных природных условий и хозяйственной деятельностью. Новизна; работы состоит в том, что в ней впервые изучено сезонное промерзание пород крупного региона, где проявляются-зональные закономерности в распределении тепла и влаги, где представлены различные растительные зоны и велико разнообразие почвенно-грунтовых условий. Характеристика сезонной криоли-тозоны, представленная в работе, нашла свое отражение на подготовленных к печати под руководством В.В.Баулина и В.Т.Трофимова мерз-лотно-инженерно-геологических картах Западной Сибири и на составляемой на кафедре мерзлотоведения МГУ Геокриологической карте СССР масш-
габа 1:2500000,
Исследования содержат в себе и элементы методических разработок, шсающиеся сочетания полевых работ с обобщением данных гидрометеорологических станций и использованием региональных обобщающих ра-5от по смежным дисциплинам, а также набора карт специального содер-кания. Для мелкомасштабных региональных исследований сезонного промерзания пород такие разработки в настоящее время отсутствуют и предложенный подход может быть реализован при изучении и картировании этого процесса на Европейском Севере» Более детально рассматривались следующие вопросы:
I. Зональность мерзлотноттемпературного режима пород и его аномалии в естественных условиях.
21 Изменение мерзлотно-температурного режима пород при осушите ль-аых мероприятиях в районах избыточного увлажнения и оросительных -в засушливых*
Оценка с мерзлотных позиций трасс каналов проектируемой пере-Зроски части стока сибирских рек в южные районы страны и прогноз последствий осуществления этого проекта для прилегающих территорий.'
Особенности тепловой мелиорации сельскохозяйственных земель.
5. Основы классификации почв по термическому режиму.
Последнему из них, - имеющему самостоятельное важное теоретическое
в прикладное значение, было уделено оообое внимание по причинам, изложенным ниже.
МіА.Глазовская (1972) указывает, что "почвы - аналоги различных термических зон принадлежат одному семейству, но различаются на ігровне типов"; Она считает, что число типов зависит от термических условий ареала семейства и предлагает "прфовременном уровне знаний о-термических режимах почв" подразделять семейства на типы по: I)присутствию в почвенном профиле постоянно мерзлого горизонта; 2) сезон-аому промерзанию почв и т.д.". Связано это с отсутствием единого мне-
ния по номенклатуре почв как многолентней, так и сезонной криоли-тозоны (Макеев, 1977, 1981; Соколов и др., I980)36. Но даже простое разделение почв в рамках типов промерзания, выделенных В.А.Кудрявцевым (1959), детальнее имеющихся термических,классификаций, наиболее подробной из которых является схема B.H.J Димо (1972). Оно обеспечивает термическую градацию почв на уровне природных зон, характеризуя, кроме того, уровень и устойчивость их теплообеспеченнос-ти. Так, устойчивому типу промерзания соответствует устойчиво хорошая теплообеспеченность почвенного профиля, а в пределах длительно устойчивого типа она определяется (Чигир, Гиличинский, 1977) как:
а) хорошая в теплые годы , при Ц> 4,5С;
б) устойчиво удовлетворительная,при ц 5= 3,5-4,5С;
в) неудовлетворительная в холодные годы, при t.e 3,0-3,5С;
г) устойчиво неудовлетворительная,при tc<3,0C, где "L - сред
негодовая температура пород.
Для ареала почв в пределах одной зоны выделение типов промерзания является основой для оценки роли криогенного фактора в почвообразовании и затрат энергии (Qj) на его компенсацию. Затраты эти весьма значительны и складываются из расхода поглощенной радиации на снеготаяние (QCH )3^. повышение температур сезонномерзлого слоя в отрицательном спектре до 0С (Q") и фазовые переходы воды в нем (Оф). Учитывать их необходимо, так как они, хотя и проиходят при
х Здесь следует подчеркнуть однозначность понятий, относящихся. к сезонному промерзанию пород. Взгляды П.А.Соловьева (1975) и Е.А. Втюриной (1982), по нашему мнению, лишают их этой определеннсти и вряд ли получат широкое распространение.
^.В.Павлов (1965) понимает под этим не только затраты тепла на таяние снега (ф|н). но и расход энергии на повышение температуры снекного покрова до 0С (с^^ то есть ^ -^ + ^он.;
положительном знаке тешюоборотов, относятся к периоду мерзлого состояния почв, когда почвообразовательные процессы значительно ослаблены или отсутствуют вообще.
Классификация режимов сезоннопромерзающих почв с предлагаемых ниже энергетических позиций позволит, в конечном итоге, определить количество поглощенной радиации, участвующей в.процессах современного почвообразования. С точки зрения практики, оценка неэффективных энергетических затрат на компенсацию влияния криогенного фактора может служить основой разработки тепломелиоративных мероприятий. Последние, в данном случае, заключаются в сокращении или увеличении этих затрат.
Полевые исследования, положенные в основу настоящей работы, проводились в течение 10 лет: с 1972 по 1981 год и охватили все сезоны года. Этот период включал в себя как влажные и сухие, холодные и теплые годы, так и годы,, близкие по своим климатическим показателям к среднемноголетнему режиму.. Было изучено 29 ключевых участков и около 400 точек, где наблюдения проводились по сокращенной программе. Наряду с.этим, .были обработаны данные более чем 300 метеостанций и постов, расположенных, в исследуемом регионе (рис.2).
Актуальность настоящего исследования возрастает в связи с решением октябрьского..(1984г.) Пленума Щ КПСС "0 долговременной программе мелиорации, повышении эффективности использования мелиорированных земель, в целях ..устойчивого наращивания продовольственного фонда страны". Этим постановлением определяется практическая значимость работы: составлена серия.карт, необходимых для планирования мероприятий по освоению территории и разработки приемов тепловой мелиорации почв.. .
. Владимир Алексеевич Кудрявцев в течение всего этого времени непосредственно руководил этими исследованиями, выполнявшимися в Институте почвоведения и фотосинтеза АН СССР.
ШМІЕК
4.
5. 6.-
о ооо о оо
i^ .S іШ
8-— а 10. И. 12. 1,2—211 13. І,П--В
Рис^РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСПОЛОЖЕНИЕ ТОЧЕК ФАКТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА.
I'.Таёжная зона 2.Лесостепная зона 3.Степная зона 4-ІI.Южная граница) 4.-Средней тайги 5.Южной тайги б.Подтайги 7.Северной лесостепи 8.Южной лесостепи 9.Умеренно-засушливой степи 10.Засушливой степи II.Сухой степи 12.Номера скважин 13.Номера ключевых участков.
t>
Обработка фактического материала и завершение работы проведены в 1982-1984гг. под руководством профессора Н.Н.Романовского, кото-, рому автор приносит свою искреннюю благодарность и признательность.
В работе учтены ценные замечания, сделанные при обсуждении и прочтении рукописи чл.-корр. АН СССР В.А.Еовдой, доктором геолого-минералогических наук, проф. О.В.Макеевым, доктором географических, наук Н.А.Шполянской; кандидатами геолого-минералогических наук. В. Е. Борозинцом, С.Н.Булдовичем,.С.А.Замолотчиковой, Л.Н.Максимовой, . М.А.Минкиным, Т.Ю.Шаталовой; кандидатами географических,наук Н.В. Тумель, В.Г.Чигиром; кандидатами биологических наук Л.А.Фоминых и О.И.Худяковым, научные контакты с которыми были чрезвычайно полезными.
Автор.благодарен сотрудникам Географического факультета МТУ Н.Н. Кудрявцевой, Л.И.Зотовой, В.Б.Вишняковой, А.Е.Снопкову за совместные работы на ключевых участках, а также руководству гидрорежимных партий Уральского, Тюменского, Западно-Сибирского, Красноярского и Томского ПРО за оказанное содействие при,термометрии скважин. -
. Картографические работы выполнены Р.С.Маркеловой, Т.С.Чигир,.. Н.Р.Чайковской и Л.Г.Киселевой, оказавших автору огромную помощь.
