Современные представления об образовании и строении Земли. Криолитозона. Сезонное и многолетнее протаивание-промерзание горных пород. Промышленные месторождения полезных ископаемых.

температура на подошве СМС tсмс может быть ниже 0ºС , но не ниже температуры замерзания tз воды в грунтах).
Сезонное протаивание представляет собой протаивание мерзлых пород, имеющих среднюю годовую температуру ниже 0ºС.
Среднегодовая температура на подошве сезонноталого слоя (СТС) tcтc таким образом ниже 0ºС. СТС подстилается ММП, образуется за счет теплооборотов, идущих при положительных температурах пород.
Основными характеристиками СТС-СМС являются их мощность ξ, температура на подошве tо и состав и влажность грунтов.
Пространственно при движении с юга на север область сезонного промерзания переходит в область ММП и преимущественного сезонного протаивания.
В области СМС зимние теплообороты значительно меньше летних и почти полностью идут на сезонное промерзание грунтов.
Летние теплообороты лишь частично идут на протаивание СМС, остальное – на сезонные колебания положительных температур в нижележащих породах.
В области сезонного протаивания летние теплообороты меньше зимних и в значительной степени используется на сезонное протаивание. Зимние теплообороты частично используются на промерзание СТС, частично – на сезонные колебания температуры в нижележащих породах.
Промерзание и протаивание влажных мерзлых пород неразрывно связано с движением границы (или некоторой зоны) кристаллизации поровой влаги.
При промерзании крупнозернистых пород влага замерзает при температуре 0ºС, образуется граница промерзания, разделяющая мерзлый и талый слой.
Скорость продвижения границы промерзания (фронт промерзания) в первые 1-2 месяца с момента перехода температуры воздуха tв от положительных значений к отрицательным близка к постоянной. Затем она резко уменьшается. В последние месяцы зимы глубина промерзания практически не изменяется во времени.
Наибольшая за зиму глубина промерзания называется глубиной сезонного промерзания.
Процесс промерзания тонкодисперсных грунтов происходит иначе. В них при отрицательных температурах всегда содержится незамерзшая вода. Чем ниже отрицательная температура пород, тем большая ее часть превращается в лед. При промерзании образуется зона промерзания, разделяющая мерзлый и талый слой. В мерзлой зоне замерзла вся свободная и значительная часть рыхлосвязанной воды; в зоне промерзания – свободная вода. Фронт льдообразования соответствует появлению кристаллов льда и определяется температурой замерзания грунта tз. Из-за миграции влаги к фронту промерзания в верхней части разреза СМС влажность пород W чуть выше, чем в обезвоженной средней; в нижней части значение W может опять увеличиваться.
С переходом tв через 0ºС происходит оттаивание СМС. Оно может идти как сверху, так и снизу (за счет притока тепла из нижележащих талых толщ), но преимущественно СМС оттаивает сверху.
При зимнем промерзании сезонноталого слоя образуются две подвижные границы раздела фаз, между которыми сохраняется талый слой. В нем быстро устанавливается изотермический режим с нулевой температурой, вплоть до полного промерзания талого слоя.
Притока влаги в талую зону нет, но в дисперсных грунтах наблюдается миграция ее из центра талой зоны в основном вверх; в случае низких температур ММП в незначительной степени вниз. При этом в верхней и нижней части СТС часто наблюдается формирование тонких слоистых криотекстур при общем фоне с массивными, линзовидными или ячеистыми.
При прочих равных условиях ξ смс > ξ стс, так как λ льда больше λ воды, а С льда меньше С воды.
Температура на поверхности грунта tп может отличаться от tо на некоторую величину, получившую название «температурная сдвижка» Δtл. Наличие или отсутствие такой разницы между tп и tо связано с несколькими причинами, основными из которых являются ландшафтные и климатические условия, в меньшей мере – разница в теплофизических свойствах грунтов в талом и мерзлом состояниях.
Температурная сдвижка отсутствует в случае устойчивого равновесного состояния мерзлотных геосистем, когда влияние зимних и летних факторов теплообмена уравновешено. Такое состояние характерно для фоновых (типичных) ландшафтов (урочищ) любой геокриологической зоны; как правило, СТС-СМС формируются в связных грунтах.
На фоне типичных ландшафтов в каждой мерзлотно-ландшафтной зоне встречаются природные комплексы, отличающиеся по особенностям формирования от типичных.
Например, если для ПТК характерна малая снегозаносимость, более разреженный и сухой мохово-растительный покров, менее связные и сухие (маловлажные) грунты, в них температура с глубиной от поверхности до подошвы деятельного слоя повышается и формируется положительная Дtл. В ПТК, где наблюдается мощный снежный покров, влажные мощные мхи, грунты представлены торфом или суглинками с повышенной влажностью, tп > tо и формируется отрицательная Δtл.
Отрицательные Δtл чаще всего наблюдаются в южной криолитозоне, положительные – в зоне сплошного распространения ММП.
Разница в tп и tо за счет различия теплофизических свойств грунтов (всегда отрицательна) подавляется физико-географическими условиями.
Знак Δtл изменяется во времени в связи с нестабильностью погодных условий из года в год и следует принимать во внимание его среднемноголетнее значение.
В целом, глубина промерзания тем больше, чем продолжительнее период промерзания и ниже температура грунта на поверхности за этот период. В соответствии с теплофизическими свойствами грунта при прочих равных условиях она будет увеличиваться в направлении торф – глина – суглинок – супесь – песок – грубообломочные и скальные грунты.
Для глубины сезонного протаивания также важны продолжительность периода протаивания и температура на поверхности грунта за этот период. При прочих равных условиях глубина СТС увеличивается в различных типах грунтов также, как в случае с СМС.
Температура грунта также влияет на глубину СТС-СМС, но, как правило, это может проявляется при сравнении глубин в разных геокриологических зонах.