Түбөлүк тоңгон топурак: таралуу аймактары, температурасы, өнүгүү өзгөчөлүктөрү

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-02-12 10:15

Бул макаладан түбөлүк тоң зоналарында кеңири таралган түбөлүк тоң топурактын өзгөчөлүктөрү жөнүндө биле аласыз. Геологияда түбөлүк тоң деген жер, анын ичинде таштак (криоттук) топурак, эки же андан көп жыл 0 °C же андан төмөн тоңуу температурасында болот. Түбөлүк тоңдун көбү бийик кеңдикте (Арктика жана Антарктика аймактарында жана анын айланасында) жайгашкан, бирок, мисалы, Альп тоолорунда ал бийиктикте кездешет.

Жер үстүндөгү муз ар дайым эле боло бербейт, мисалы, тешиктүү эмес түпкү тектердегидей, бирок ал көбүнчө жердин материалынын потенциалдуу гидравликалык каныккандыгынан ашкан өлчөмдө кездешет. Түбөлүк тоң Жердеги жалпы суунун 0,022% түзөт жана Түндүк жарым шарда ачык жердин 24%инде бар. Ал Түндүк муз океанын курчап турган материктердин континенттик шельфтеринде суу астында да кездешет. Окумуштуулардын бир тобунун айтымында, глобалдык температура азыркыдан 1,5 °C (2,7 °F) жогору.деңгээли Сибирдеги түбөлүк тоңду эритүү үчүн жетиштүү болот.

Окуу

Экинчи Дүйнөлүк Согушка чейин Түндүк Америкадагы тоңгон топурактар боюнча отчеттордун салыштырмалуу аздыгынан айырмаланып, түбөлүк тоңдун инженердик аспектилери боюнча адабияттар орус тилинде болгон. 1942-жылдан баштап Саймон Уильям Мюллер 1943-жылга чейин түбөлүк тоң боюнча инженердик колдонмону жана техникалык отчетту өкмөткө берүү үчүн Конгресстин китепканасы жана Америка Кошмо Штаттарынын Геологиялык кызматынын китепканасы тарабынан сакталган тиешелүү адабияттарды изилдеген.

Аныктама

Түбөлүк тоң – эки жылдан ашык убакыт бою тоңуп калган топурак, таш же чөкмө. Муз каптабаган аймактарда алар жыл сайын тоңуп, эрип турган топурак, таш же чөкмө катмардын астында болот жана "активдүү катмар" деп аталат. Иш жүзүндө бул түбөлүк тоң жылдык орточо температурада -2 °C (28,4 °F) же андан төмөн экенин билдирет. Активдүү катмардын калыңдыгы мезгилге жараша өзгөрүп турат, бирок 0,3 метрден 4 метрге чейин (Арктика жээгинде тайыз; Түштүк Сибирдин тереңинде жана Цинхай-Тибет платосунда).

География

Түбөлүк тоңдун жайылышы жөнүндө эмне айтууга болот? Түбөлүк тоңдун көлөмү климатка жараша өзгөрөт: бүгүнкү күндө Түндүк жарым шарда муз жок жер аянтынын 24%ы – 19 миллион чарчы километрге барабар – аздыр-көптүр түбөлүк тоңдун таасиринде.

Бул аймактын жарымынан бир аз көбү үзгүлтүксүз түбөлүк тоң менен капталган,20 пайызга жакыны үзгүлтүктүү түбөлүк тоң жана 30 пайызга жакыны үзгүлтүксүз түбөлүк тоң болуп саналат. Бул аймактын көбү Сибирде, Түндүк Канадада, Аляскада жана Гренландияда жайгашкан. Активдүү катмардын астында түбөлүк тоңдун температурасынын жылдык өзгөрүшү тереңдик менен кичирейет. Түбөлүк тоңдун эң терең тереңдиги геотермалдык жылуулук тоңгондон жогору температураны кармап турган жерде пайда болот. Бул чектен жогору температура жыл сайын өзгөрбөй турган түбөлүк тоң болушу мүмкүн. Бул "изотермикалык түбөлүк тоң". Түбөлүк тоң топурактары адамдын жигердүү жашоосу үчүн ылайыктуу эмес.

Климат

Түбөлүк тоң адатта абанын орточо жылдык температурасы суунун тоңуу чекитинен төмөн болгон ар кандай климатта пайда болот. Өзгөчөлүктөр нымдуу кышкы климатта, мисалы, Түндүк Скандинавияда жана Уралдын батышындагы Россиянын түндүк-чыгышында болот, мында кар жылуулоочу капкак катары иштейт. Мөңгү аймактары өзгөчө болушу мүмкүн. Бардык мөңгүлөр геотермалдык жылуулук менен ысытылгандыктан, алардын басымдагы эрүү температурасына жакын мелүүн мөңгүлөр кургактык менен чектешкен жерде суюк сууга ээ болушу мүмкүн. Демек, алар түбөлүк тоңдон эркин. Плейстоценде терең түбөлүк тоң пайда болгон аймактарда геотермалдык градиенттеги "фоссилдик" муздак аномалиялар бир нече жүз метрге чейин сакталат. Бул Түндүк Америкадагы жана Европадагы кудуктун температурасын өлчөөдөн көрүнүп турат.

Жер астындагы температура

Адатта, жер астындагы температура мезгилден мезгилге чейин өзгөрүп туратаба температурасы. Ошол эле учурда орточо жылдык температура жер кыртышынын геотермалдык градиентинин натыйжасында тереңдикке жараша жогорулайт. Ошентип, абанын орточо жылдык температурасы 0 °Cден (32 °F) бир аз төмөн болсо, түбөлүк тоң корголгон жерлерде гана пайда болот - көбүнчө түндүк тарапта - үзгүлтүксүз түбөлүк тоңду пайда кылат. Эреже катары, жер кыртышынын орточо жылдык температурасы -5тен 0°Cге чейин (23…32°F) болгон климаттык шарттарда түбөлүк тоң үзгүлтүксүз бойдон калат. Жогоруда айтылган кышы нымдуу аймактарда -2 °C (28 °F) чейин үзгүлтүксүз түбөлүк тоң болбойт.

Түбөлүк тоңдун түрлөрү

Түбөлүк тоң көбүнчө экстенсивдүү үзгүлтүктүү түбөлүк тоңдорго бөлүнөт, мында түбөлүк тоң ландшафттын 50-90 пайызын ээлейт жана адатта жылдык орточо температурасы -2…, жана спорадический пермафрост, мында түбөлүк тоң ландшафттын 50 пайыздан азын камтыйт жана адатта 0 жана -2 °C (32 жана 28 °F) ортосундагы жылдык орточо температурада пайда болот. Топурак таанууда спорадик түбөлүк тоң зонасы СПЗ, ал эми экстенсивдүү үзгүлтүктүү түбөлүк тоң зонасы алыстан байкоо зонасы болуп саналат. Өзгөчө жагдайлар жалтырабаган Сибирде жана Аляскада кездешет, мында түбөлүк тоңдун азыркы тереңдиги муз доорундагы климаттык шарттардын калдыгы болуп саналат, мында кыш азыркыдан 11 °C (20 °F) суук болчу.

Түбөлүк тоңдун температурасы

Топурактын орточо жылдык температурасы -5 °C (23 °F) төмөн болгондо, аспекттин таасиритүбөлүк тоңду эритүү жана үзгүлтүксүз түбөлүк тоң зонасын (кыскача CPZ) түзүүгө эч качан жетиштүү боло албайт. Түндүк жарым шардагы үзгүлтүксүз түбөлүк тоң сызыгы жер үзгүлтүксүз түбөлүк тоң же мөңгү муз менен капталган эң түштүк чек араны билдирет.

Белгилүү себептерден улам түбөлүк тоңдо долбоорлоо өтө татаал иш. Үзгүлтүксүз түбөлүк тоң сызыгы аймактык климаттын өзгөрүшүнө байланыштуу дүйнө жүзү боюнча түндүккө же түштүккө өзгөрүүдө. Түштүк жарым шарда, эгер кургактык болгондо эквиваленттүү линиянын көбү Түштүк океанда болмок. Антарктика континентинин көпчүлүк бөлүгүн мөңгүлөр ээлейт, алардын астында рельефтин басымдуу бөлүгү жерде эрип кетет. Антарктиданын ачык жеринин көбү түбөлүк тоң.

Альпы

Альп тоолорундагы түбөлүк тоң зонанын жалпы аянтынын эсептөөлөрү ар кандай. Бокхайм менен Мунро үч булакты бириктирип, аймактар боюнча таблица түрүндө баа беришкен (жалпысынан 3 560 000 км2).

Анд тоолорундагы альп тоолору картада жок болчу. Бул учурда көлөмү бул аймактарда суунун көлөмүн баалоо үчүн моделдештирилген. 2009-жылы аляскалык изилдөөчү Африканын эң бийик чокусу Килиманджаро тоосунда, экватордон 3° түндүктө 4700 м бийиктикте түбөлүк тоңду ачкан. Бул кеңдиктердеги түбөлүк тоң топурактардагы пайдубалдар сейрек эмес.

Тоңгон деңиздер жана тоңгон түбү

Деңиз түбөлүк тоңу деңиз түбүнүн астында пайда болот жана полярдык континенталдык шельфтерде бараймактар. Бул аймактар акыркы муз доорунда пайда болгон, жердин суунун көпчүлүк бөлүгү кургактыктагы муз катмарларында камалып калган жана деңиз деңгээли төмөн болгон. Муз катмарлары эрип, кайрадан деңиз суусуна айлангандыктан, түбөлүк тоң жер бетиндеги түбөлүк тоңго салыштырмалуу салыштырмалуу жылуу жана туздуу чек ара шарттарында суу астында калган текчелерге айланган. Демек, суу астындагы түбөлүк тоң анын азайышына алып келген шарттарда бар. Остеркамптын айтымында, суу астындагы түбөлүк тоң "жээк объекттерин, деңиз түбүндөгү курулуштарды, жасалма аралдарды, суу астындагы түтүктөрдү жана чалгындоо жана өндүрүү үчүн бургуланган скважиналарды долбоорлоодо, курууда жана эксплуатациялоодо" фактор болуп саналат.

Түбөлүк тоң базанын тереңдигине чейин созулат, анда Жерден келген геотермалдык жылуулук жана беттин орточо жылдык температурасы 0 °C тең салмактуулук температурасына жетет. Түбөлүк тоңдук базанын тереңдиги Сибирдеги Лена жана Яна дарыяларынын түндүк бассейндеринде 1493 метрге (4898 фут) жетет. Геотермалдык градиент – жердин ички бөлүгүндөгү тереңдиктин өсүшүнө салыштырмалуу температуранын өсүү ылдамдыгы. Тектоникалык плитанын чегинен алыс, дүйнөнүн көпчүлүк өлкөлөрүндө жер бетине жакын 25-30 °С/км. Ал геологиялык материалдын жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө жараша өзгөрөт жана түпкү тектерге караганда топуракта түбөлүк тоң үчүн азыраак.

Топуракта муз

Түбөлүк тоңдун курамындагы муз 250 пайыздан ашса (муз массасынан кургак топуракка чейин), ал төмөнкүдөй классификацияланат:массалык муз. Массивдуу муз денелери курамы боюнча муздуу ылайдан таза музга чейин болушу мүмкүн. Массивдуу муз катмарларынын минималдуу калыңдыгы 2 метрден кем эмес, кыска диаметри 10 метрден кем эмес. Түндүк Америкада биринчи жолу 1919-жылы Аляскадагы Каннинг дарыясында европалык илимпоздор тарабынан байкалган. Орус адабиятында П. Лассиниус менен Х. П. Лаптевдин Улуу Түндүк экспедициясы учурундагы 1735 жана 1739-жылдар мурдараак берилген. Жер үстүндөгү массивдик муздун эки категориясы көмүлгөн жер үстүндөгү муздар жана "баскыч ичиндеги муз" деп аталат. Түбөлүк тоңго фундаменттерди түзүү үчүн жакын жерде чоң мөңгүлөр болбошу керек.

Көмүлгөн жер үстүндөгү муз кардан, тоңгон көлдөн же деңиз музунан, ауфеистен (токтолгон дарыя музунан) келип чыгышы мүмкүн жана эң кеңири тараган варианты көмүлгөн мөңгү муздары болушу мүмкүн.

Жер астындагы суулардын тоңушу

Жер астындагы суулардын тоңушунун натыйжасында интрадициялык муз пайда болот. Бул жерде нымдуу жаан-чачындын тоңушу учурунда пайда болгон кристаллдашуу дифференциациясынын натыйжасында пайда болгон сегрегациялык муз басымдуулук кылат. Бул процесс суунун үшүк фронтуна көчүшү менен коштолот.

Интрадиестималдык (конституциялык) муз Канаданын бардык жеринде кеңири байкалган жана изилденген жана ошондой эле интрузивдик жана инъекциялык музду камтыйт. Мындан тышкары, муз клиналар, жер муздун өзүнчө түрү, таанымал үлгүлүү көп бурчтуктарды же тундра көп бурчтуктарды түзөт. Мурунку геологиялык абалда муз клиналары пайда болотсубстрат. Алар биринчи жолу 1919-жылы сүрөттөлгөн.

Көмүртек айлануусу

Түбөлүк тоңдун көмүртек цикли көмүртектин түбөлүк тоң топурактарынан кургактыктагы өсүмдүктөргө жана микробдорго, атмосферага, кайра өсүмдүктөргө жана акырында криогендик процесстер аркылуу көмүү жана жаан-чачын аркылуу түбөлүк тоң топуракка өтүшүнө байланыштуу. Бул көмүртектин бир бөлүгү глобалдык көмүртек цикли аркылуу океанга жана жер шарынын башка бөлүктөрүнө берилет. Цикл жер бетиндеги компоненттер менен атмосферанын ортосунда көмүр кычкыл газы менен метандын алмашуусун, ошондой эле жер менен суу ортосунда көмүртектин метан, эриген органикалык көмүртек, эриген органикалык эмес көмүртек, органикалык эмес көмүртек бөлүкчөлөрү жана органикалык көмүртек бөлүкчөлөрү түрүндө ташылышын камтыйт.

Тарых

Арктиканын түбөлүк тоңу кылымдар бою азайып келет. Мунун кесепети - алсызыраак болушу мүмкүн болгон топурактын эриши жана метандын бөлүнүп чыгышы, бул кайтарым байланыш циклинде глобалдык жылуулуктун ылдамдыгынын өсүшүнө өбөлгө түзөт. Түбөлүк тоң топурактарынын таралуу аймактары тарыхта дайыма өзгөрүп турган.

Акыркы мөңгү максимумунда үзгүлтүксүз түбөлүк тоң азыркыдан бир топ чоң аймакты каптады. Түндүк Америкада Айованын түштүгүндөгү жана Миссуринин түндүгүндөгү Нью-Джерси кеңдигинин муз катмарынын түштүгүндө түбөлүк тоңдун өтө тар тилкеси гана болгон. Ал Айдахо менен Орегондун түштүк чек арасына чейин созулган кургакчыл батыш аймактарында кеңири болгон. Түштүк жарым шарда мурунку түбөлүктүүлүктүн кээ бир далилдери барборбордук Отаго жана Аргентина Патагония бул мезгилдин түбөлүк тоң, бирок, балким, үзгүлтүксүз жана тундра менен байланышкан. Альп түбөлүк тоңу Дракенсбергде 3000 метрден (9840 фут) жогору мөңгүлөр болгон учурда да пайда болгон. Ошого карабастан, ал жерде да түбөлүк тоңго фундамент жана фундамент түзүлүүдө.

Топурактын түзүлүшү

Топурак көптөгөн субстрат материалдарынан, анын ичинде түпкү тектер, чөкмөлөр, органикалык заттар, суу же муздан турушу мүмкүн. Тоңгон жер - бул субстратта суу бар же жокпу, суунун тоңуу температурасынан төмөн болгон бардык нерсе. Жер астындагы муз ар дайым эле кездешпейт, бирок тешиктүү эмес түпкү тектерге окшош, бирок ал кеңири таралган жана эриген субстраттын потенциалдуу гидравликалык каныккандыгынан ашкан санда болушу мүмкүн.

Натыйжада жамгыр көбөйүүдө, ал өз кезегинде Орусиянын түндүгүндөгү Норильск сыяктуу түбөлүк тоң зонасында жайгашкан аймактарда имараттарды алсыратып, кыйрашы мүмкүн.

Жаңылоонун кулашы

Өткөн кылымда дүйнө жүзү боюнча тоо кыркаларында альп эңкейиштери бузулган учурлар көп катталган. Климаттын өзгөрүшүнө байланыштуу деп эсептелген түбөлүк тоңдун эришине байланыштуу ири өлчөмдөгү структуралык зыяндын болушу күтүлүүдө. Түбөлүк тоңдун эриши 1987-жылы Италиянын Альп тоолорунда 22 адамдын өмүрүн алган Валь Пола жер көчкүсүнө салым кошкон деп болжолдонууда. Тоо кыркаларында чоңструктуралык туруктуулуктун бир бөлүгү мөңгүлөрдүн жана түбөлүк тоңдун эсебинен болушу мүмкүн. Климаттын жылышы менен түбөлүк тоң эрийт, бул тоонун структурасынын туруктуулугуна жана акырында эңкейиштердин бузулушуна алып келет. Температуранын жогорулашы активдүү катмардын тереңдигине мүмкүндүк берет, бул суунун дагы көбүрөөк өтүшүнө алып келет. Топурактагы муз эрип, топурактын күчүн жоготот, кыймылды тездетет жана мүмкүн болгон таштанды агып чыгат. Ошондуктан, түбөлүк тоң жерге куруу абдан каалабайт.

Таштардын жана муздун массалык кулашы (11,8 млн м³), жер титирөөлөр (3,9 миллион мильге чейин), суу ташкындары (7ге чейин, 8 миллион м³ суу) жана таштак муздун тез агымы. Бул бийик тоолордогу түбөлүк тоңдун шартында «жантайың туруксуздугунан» келип чыгат. Жылынып жаткан түбөлүк тоңдо тоңгонго жакын бийик температурада эңкейиштин туруксуздугу бул топурактарда эффективдүү стресс жана көңдөйлүү суунун басымынын жогорулашы менен байланышкан.

Түбөлүк тоң топурактарды өздөштүрүү

Джейсон Кеа жана авторлоштор пермафросттун жылышы сыяктуу жарым-жартылай тоңгон топурактагы тешикче суунун басымын өлчөө үчүн жаңы фильтрсиз катуу пьезометрди (FRP) ойлоп табышты. Алар эффективдүү стресс концепциясын колдонууну жарым-жартылай тоңгон топурактарга жылынып жаткан түбөлүк тоң капталдарынын жантаюунун туруктуулугун талдоодо колдонуу үчүн кеңейтишти. Натыйжалуу стресс концепциясын колдонуу көптөгөн артыкчылыктарга ээ, мисалы, негиздерди жана пайдубалдарды куруу мүмкүнчүлүгүтүбөлүк тоң топурактары.

Органикалык

Түндүк полярдык чөлкөмдө түбөлүк тоңдо 1700 миллиард тонна органикалык материал бар, бул бардык органикалык заттардын жарымына жакыны. Бул бассейн миңдеген жылдар бою түзүлгөн жана Арктиканын суук шарттарында акырындык менен талкаланууда. Түбөлүк тоңдо секвестрленген көмүртектин көлөмү азыркы убакта адамдын иш-аракетинен атмосферага бөлүнүп чыккан көмүртектин көлөмүнөн төрт эсе көп.

Кесепеттер

Түбөлүк тоңдун пайда болушу экологиялык системалар үчүн олуттуу кесепеттерге алып келет, бул биринчи кезекте тамыр зоналарына коюлган чектөөлөрдөн, ошондой эле жер астындагы үйлөрдү талап кылган фауна үчүн уялардын жана чуңкурлардын геометриясынын чектөөлөрүнөн улам. Экинчи даражадагы таасирлер жашоо чөйрөсү түбөлүк тоң менен чектелген өсүмдүктөргө жана жаныбарларга көз каранды түрлөргө таасир этет. Эң кеңири таралган мисалдардын бири - түбөлүк тоңдун кеңири аймактарында кара карагайлардын таралышы, анткени бул түр жер бетине жакын жердеги чектелүү түзүлүшкө чыдай алат.

Түбөлүк тоң топурактын эсептөөлөрү кээде органикалык материалдарды анализдөө үчүн жүргүзүлөт. Активдүү катмардагы бир грамм топурактын бир миллиарддан ашык бактерия клеткалары болушу мүмкүн. Бир килограмм топурактын активдүү катмарынан бактериялар бири-бирин бойлото жайгаштырганда 1000 км узундуктагы чынжырды түзөт. Түбөлүк тоң топуракта бактериялардын саны ар кандай болот, адатта 1 граммдан 1000 миллионго чейин. Булардын көбүТүбөлүк тоң топурактагы бактериялар менен козу карындарды лабораторияда өстүрүүгө болбойт, бирок микроорганизмдердин идентификациясын ДНКга негизделген ыкмалар менен аныктоого болот.

Арктика аймагы жана глобалдык жылуулук

Арктика аймагы метан парник газдарынын табигый булактарынын бири болуп саналат. Глобалдык жылуулук анын чыгарылышын тездетип жатат. Метандын чоң көлөмү Арктикада жаратылыш газ кендеринде, түбөлүк тоңдо жана суу астындагы клатрат түрүндө сакталат. Метандын башка булактарына суу астындагы таликтер, дарыя транспорту, муз комплексинин чегинүүсү, суу астындагы түбөлүк тоңдор жана чириген газ гидрат кендери кирет. Алдын ала компьютердик талдоо көрсөткөндөй, түбөлүк тоң адам иш-аракетинен улам бүгүнкү күндөгү эмиссиянын болжол менен 15 пайызына барабар көмүртек чыгара алат. Топурак массивдеринин жылышы жана эриши түбөлүк тоңдо курулуштарды ого бетер кооптуу кылат.