Метод оконтуривания повторно-жильных льдов в районе озера Чурапча Центральной Якутии: обобщение инженерно-геологических изысканий 1995 года и изучение современного полигонального микрорельефа

Сальва Андрей Михайлович кандидат геолого-минералогических наук доцент, кафедра «Землеустройство и ландшафтная архитектура», Арктический государственный агротехнологический университет 677007, Россия, республика Республика Саха (якутия), г. Якутск, ул. Шоссе Сергеляхское 3, 3, каб. 1.416 Sal'va Andrei Mikhailovich PhD in Geology and Mineralogy Docent, the department of Land Management and Landscape Architecture, Arctic State Agrotechnological University 677007, Russia, respublika Respublika Sakha (yakutiya), g. Yakutsk, ul. Shosse Sergelyakhskoe 3, 3, kab. 1.416 salvaam@mail.ru Другие публикации этого автора

Введение

Село Чурапча – административный центр Чурапчинского района в нем проживает более 10 тыс. человек. Расстояние от столицы республики города Якутска составляет 180 км. В селе действуют 7 детских дошкольных, 5 общеобразовательных учреждений, 2 образовательных учреждения среднего и высшего профессионального образования, производственные предприятия и социальные объекты ^[1].

В селе расположено уникальное озеро «Чурапча», которое относится к числу особо охраняемых природных территорий республиканского (регионального) значения. Оно имеет самостоятельное культурное, эстетическое и рекреационное значение, представляющее экономическую, социальную и историческую ценность для нынешних и будущих поколений, включает в себя значительную естественную среду обитания для сохранения биологического разнообразия.

Рис. 1. Район исследования (желтыми точечными линиями на космическом снимке обозначены границы полигонального микрорельефа, красными линиями обозначены профили и номера буровых скважин)

Озеро «Чурапча» имеет лопастно-овальную форму, вытянуто с востока на запад (рис. 1). Генетический тип котловины – термокарстово-эрозионный, антропогенно-преобразованный. Оно расположено на территории районного центра с. Чурапча. Географические координаты: 62º0.703ʹ – 61º59.917ʹ с.ш., 132º26.342ʹ – 132º30.655ʹ в.д. Вода в озеро поступает через искусственные каналы от плотины р. Татта, с запада по естественному руслу поступает р. Куохара. Площадь зеркала воды озера – 2,75 км². Площадь водосборного бассейна – 151 км². Длина озера – 3,71 км. Ширина озера – 0,07-1,28 км. Озеро является водохранилищем, на его спуске сооружен сифон, позволяющий сохранить уровневый режим вод. Вокруг озера (водохранилища) построены жилые объекты. Остальная часть береговой линии покрыта березовым лесом, под которым развиты мощные подземные льды. В настоящее время некоторые берега водохранилища перерабатываются его водами. Длина береговой линии – более 15 км. Глубины озеро Чурапча распределяются неравномерно. Максимальная глубина – до 5 м отмечена в центральной части водохранилища. В остальных частях глубина колеблется от 50 см до 3 м. Под озером расположен возрастающий талик. В целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира установлена водоохранная зона шириной 50 (пятьдесят) метров, на которой установлен специальный режим осуществления хозяйственной и иной деятельности ^[2].

Материал и методы исследования

При проведении инженерно-геологических изысканий в 90-х годах прошлого столетия для проектирования объектов водоснабжения на данной территории выявилось разнообразие современных криогенных процессов, и их многочисленных проявлений в рельефе значительно осложняющих строительство и эксплуатацию гидротехнических сооружений. Реализация рабочих проектов позволила выделить ряд опасных, в инженерно-геологическом отношении, процессов и явлений, характерных для исследуемой территории: развитие структур-полигонов; формирование подземных повторно-жильных льдов; разрушение берегов озёр в связи с оттаиванием подземных льдов; термоэрозионное оврагообразование; наличие таликовых зон; термокарстовые образования (ямы, провалы, котловины – аласы); морозобойое трещинообразование; бугры пучение (булгунняхи). Однако наше внимание привлекли такие процессы, как развитие структур-полигонов и формирование подземных повторно-жильных льдов ^[3-12].

Климатическое потепление и мерзлотные процессы на исследуемой территории приводят к постепенному высыханию, заболачиванию и исчезновению озёр как основного источника воды в населенных пунктах. В настоящее время, в заречных районах Центральной Якутии, имеют место неблагоприятные взаимодействия систем магистрального водоснабжения с геокриологической средой. В некоторых населенных пунктах, вследствие развития термокарстовых образований и распространения морозобойных трещин, термопровалов, активной переработки, обрушения берегов озер и оврагообразования возникают случаи угрозы жилому сектору.

При изучении использовался следующий комплекс методов; полевые инженерно-геологические изыскания, включая геоморфологические, топогеодезические, геотермические методы исследования, буровые работы и другие ^[13]. В настоящее время с ним были добавлены методы дистанционного зондирования с использованием космических снимков ^[14-17].

Цель работы – оконтуривание повторно-жильных льдов и изучение космических снимком активизации полигонального микрорельефа.

Результаты и осуждение

Ярким примером существующей связи одних проявлений криогенных процессов с другими служит исследование, проведенное в 1995 году по укреплению берегов термокарстового озера в поселке Чурапча. Протаивание повторно-жильных льдов привели к переработке и обрушению берегов озера, сопровождающегося оврагообразованием и увеличением объема термокарстовой котловины. Наиболее сильному оттаиванию и обрушению подвергся склон берега южной экспозиции. Рельеф местности ярковыраженный полигональный с множеством морозобойных трещин и провалов. При бурении десятиметровыми скважинами (рис. 2, скважина 1, 2, 3) на верхней бровке склона, клинья повторно-жильного льда начинались с глубины сезонного протаивания грунтов от 1,6-2,4 метров и доходили до 10 и более метров ^[18].

Рис. 2. Мерзлотный профиль склона южной экспозиции термокарстовой котловины с повторно-жильными льдами и пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

Бурение по краям днища озера трехметровыми скважинами (рис. 2, скважина 4) выявило сезонноталый грунт, мерзлый грунт подсечен не был, лишь в единичных случаях наблюдался слабомерзлый грунт почти на забое скважины, что говорит о значительном оттаивании.

На космическом снимке (рис. 1) в плане показаны профили разрезов по линии А – Б и линии В – Г. В инженерно-геологическом разрезе по линии А – Б из шести скважин, во всех, с глубины 2,8 – 5,0 м. начинался повторно-жильный лед, заканчивался он по разному в скважине № 3 на 12,2 метров (скважины пробуренные в сентябре 1995 г).

Для примера исследован литологический состав отложений и криогенное строение оконтуривающей скважины № 4:

0,0–0,1 м. Почвенно-растительный слой.

0,1–1,5 м. Суглинок темно-серый талый влажный, с 1,8 м. слабомерзлый

1,8–2,0 м. Суглинок тёмно-серый мёрзлый слабольдистый.

2,0–7,8 м. Лёд мутный, с редкими включениями грунта диаметром 0,4–1,2 см.

7,8–8,8 м. Супесь тяжёлая, тёмно-серая, мёрзлая, криогенная текстура – тонкослоистая, редкие шлиры льда толщиной 1–2 мм расположены наклонно.

8,8–10,15 м. Супесь легкая, жёлто-серая, твердомёрзлая, криогенная текстура – массивная. Бурение прекращено.

Для оконтуривания подземного льда было еще пробурено три скважины - 4а, 4б, 4в (рис. 3).

Рис. 3. Разрез по линии А – Б склона южной экспозиции термокарстовой котловины с пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

По краям днища озера были пробурены трехметровые скважины по линии В – Г (рис. 4). Инженерно-геологический разрез этих скважинах в основном состоял из суглинков темно-серых, талых до забоя, т. е. до 3 м. и более. Иногда встречался пластично-мерзлый грунт, глубине с интервалами 3,4 – 3,6 м; 4,1 – 4,4 м. и 2,9 – 3,0 м. В единичных случаях грунт был супесчаный, подземных льдов не наблюдалось.

Рис. 4. Разрез по линии В – Г днища озера с пробуренными скважинами (Чурапча, сентябрь, 1995 г)

Кроме того, на этой площадки ярко-выраженный полигональный микрорельеф, границы которого на рисунке 1 обозначены желтой пунктирной линией, встречающийся в Центральной Якутии довольно часто (рис. 5).

Рис. 5. Полигональный микрорельеф (Фото А.М. Сальва )

Через 25 лет автор возобновил исследования по космическим снимкам и в качестве материала были использованы космоснимки из интернет-сайта в открытом доступе https://yandex.ru/maps и https://google.com/maps. По космическим снимкам выявлены территории активизации полигонального микрорельефа непосредственной близости от озеро-водохранилища Чурапча. На рисунке (рис. 6) показаны 6 участков с той или иной активизацией полигонального микрорельефа. Но наиболее пораженные активизацией – участки 3,4,5 и 6.

Рис. 6. Космические снимки полигонального микрорельефа возле водохранилища Чурапча

Вопросами изменения климата и деградации многолетнемерзлых пород занималось большое количество, как отечественных, так и зарубежных ученых. Автору кажется очень из наиболее интерсных статья о расчете, так называемого индекса природной геокриологической опасности ^[19]. Из отмеченной в этой публикации О. А. Анисимова и М. А. Белолучкой по сценарию изменения климата в середине XXI века для территории России, наиболее подходит немецкая модель общей циркуляции атмосферы и океана (ЕСНАМ-4) - повышение температуры воздуха на 2-3 градуса.

Изучив космические снимки 2015 и 2019 годов в программе Google Earth Pro, а также ландшафтные описания полигонального микрорельефа 1995 года были зафиксированы небольшие изменения, на рисунке они отмечены желтой точечной линей - это зоны обводнения полигонов (рис. 7).

Рис. 7. Сравнение космических снимков 2015 и 2019 годов

Согласно исследованиям в работе М. И. Лоскина ^[20] потепление климата за последние 30 лет на 2,5 градуса по метеостанции Чурапча увеличило глубину сезонного оттаивания на 0,3 м. и температуру грунтов на глубине 10 м. на 2,4 градуса.

По другим данным ^[21] среднегодовая и среднемесячная температура воздуха изменяются, но в меньшей степени. Так обработка статистических данных температуры воздуха в 1995 и 2019 годах показала повышение среднегодовой температуры воздуха на 0,7 градусов и среднемесячной в июле на 0,9 градуса (табл. 1).

Таблица 1.

Среднемесячная июльская и среднегодовая температура воздуха на метеостанции Чурапча за период 1995 - 2019 годы

Автор опирается на результаты исследования в диссертационной работе М. И. Лоскина ^[20], по ним, если произошло увеличение глубины сезонного оттаивания на 0,3 м., то кровля повторно-жильных льдов тоже изменится.

Выводы. Проведённые в 1995 году изыскания подтвердили широкое распространение повторно-жильных льдов в многолетнемерзлых породах берега южной экспозиции озера Чурапча в Центральной Якутии. По инженерно-геологическому разрезу изысканий выявлены и оконтурены повторно-жильные льды. Также по результатам инженерно-геологического разреза скважин днища озеро-водохранилища Чурапча, исходя из того, что почти все скважины были в талом грунте, можно с уверенностью сказать, что озеро расположено в «чаше оттаивания». О наличии повторно-жильных льдов свидетельствует ярко выраженный полигональный микрорельеф, что подтверждается данными космических снимков. В результате потепления климата за двадцатипятилетний период верхняя граница повторно-жильных льдов может немного сдвинутся - примерно до 0,3 м., это зависит от температуры воздуха, количества атмосферных осадков и глубины сезонного оттаивания.