У зоні вічної мерзлоти. Зелені перспективи вічної мерзлоти

Використання: сільському господарстві, зокрема для сільськогосподарського освоєння земель у зоні багаторічної мерзлоти Сутність винаходу: спосіб включає протування вічномерзлих ґрунтів на місцевості, що має ухил не менше 0,04 - 0,06, і неодноразове боронування поперек схилу, наприклад дисковими боронами до перемішування з нижчим мінеральним ґрунтом і утворення шару з комковатою однорідної структурою. 4 іл.

Винахід відноситься до меліорації земель сільськогосподарського освоєння території у зоні багаторічної мерзлоти. Відомий спосіб освоєння тундрових земель шляхом осушення термокарстових озер та використання їх днищ як лугових угідь. Недоліком способу є деградація лугових улоговин і випадання їх з господарського використаннячерез 5-7 років через вихоложення днища улоговин, порушується екологічна обстановкана великих площахвідбувається термоерозія, заболочування тундри, скорочення площ оленячих пасовищ за рахунок знищення мохового покриву та ягельника. Відомі способи освоєння земель у зоні багаторічної мерзлоти, в основі яких закладено принцип осушення земель з різними технічними та технологічними прийомами: із замиканням осушувальних каналів на літній період, З внесенням мінерального грунту на поверхню території, що осушується, з прийомами планування поверхні для прискорення відведення грунтових вод, з витаюванням мерзлого грунту до мінімально необхідного значення. Недоліком цих способів є неможливість використання при освоєнні пологих тундрових схилів. Найбільш близьким до запропонованого способу є спосіб теплової меліорації земель у зоні вічної мерзлоти для освоєння тундрових схилових ділянок з метою сільськогосподарського використання земель на пересіченій місцевості, що полягає в тому, що поперек схилу відсипають шар дренуючого матеріалу, а вище схилом поруч з ним виконують майданчик заглиблену нижче за денну поверхню на величину рослинного шару. Першим недоліком даного способує низький коефіцієнт використання території, так як площа штучної тераси на схилі, відсипаної з дренуючого матеріалу і ґрунтового шару, приблизно дорівнює площі штучної виїмки, і коефіцієнт освоєння території схилу дорівнює приблизно 0,5. Другим недоліком є ​​неможливість використання сільськогосподарських механізмів та техніки для посіву-збирання сільгоспкультур через руйнування штучної виїмки з водою та тераси з насипним ґрунтом. Третім недоліком є ​​трудомісткість і великі капітальні витрати на зведення терас, складених біля основи з дренуючого матеріалу, що привізного, а зверху з ґрунтового грунту, взятого з виїмки на схилі. Найбільш істотним недоліком способу є недовговічність штучної виїмки у вічномерзлих ґрунтах, яка заповнюється водою від танення снігу або від випадання опадів. Зняття ґрунтового тундрового покриву є штучним термокарстом, що веде до термоерозії, утворення яру та руйнування схилу (максимум два роки). Заявляється технічне рішенняспрямоване на підвищення ефективності та довговічності сільськогосподарського використання земель у зоні багаторічної мерзлоти та збереження екологічної рівноваги. Поставлене завдання досягається тим, що згідно способу теплової меліорації земель у зоні багаторічної мерзлоти навесні після відтавання ґрунту на 20-30 см поверхню, покриту мохово-кочкарним шаром і має ухил не менше 0,04-0,06, неодноразово боронують поперек схилу, наприклад , дисковими боронами до перемішування з нижчим мінеральним грунтом та утворення шару з однорідною комковатою структурою Починають роботу з теплової меліорації тундрової поверхні схилу для досягнення необхідної мінімальної відтайки мерзлого ґрунту в 20-30 см, щоб забезпечити нормальну роботу дисковими боронами. Для забезпечення ефективного підземного стоку, що утворюється в сезонно-талому шарі від витаювання багаторічномерзлих порід в результаті виробленої теплової меліорації, мінімальний ухил поверхні схилу має бути більше 0,04-0,06, максимальний обмежений лише технічними можливостями сільгосптехніки. При менших ухилах (менше 0,04-0,06), як показує практика, накопичується волога на поверхні, утворюються термокарстові просідання та провали ґрунту. Поверхня меліорованої території схилу необхідно, неодноразово, практично приблизно в 6-8 слідів обробити дисковими боронами, щоб досягти хорошого подрібнення купини, моху та перемішування цієї органічної масиз нижчим мінеральним ґрунтом до утворення шару глибини 25-30 см з однорідною комковатою структурою. Така обробка поверхні дозволяє повністю зруйнувати потужну теплоізоляційну "подушку" з моху та купини, яка сильно обмежує приплив тепла. сонячної енергіїу ґрунт. По-друге, така мохово-кочкарна "подушка" надійно ізолює насіння дикорослих (сінокісних) трав від контакту з мінеральним шаром, який знаходиться під нею на глибині 20-25 см. Після проведення боронування та руйнування теплоізоляційної "подушки" відбувається зміна теплового режиму ґрунту , що виражається в різкому збільшенніпотоку тепла у ґрунт. Підвищена акумуляція тепла ґрунтом викликана зміною теплофізичних характеристик у новому подрібненому. ґрунтовому шаріз мінеральної та органічної складової: збільшенням коефіцієнтів теплопровідності, температуропровідності та теплоємності. Внаслідок цього до кінця теплового періоду першого року витримки відзначається максимальне збільшення потужності сезонного протаювання ґрунту на 50-70% (для умов Анадирського району Чукотки) порівняно з необробленою територією (контроль). Після завершення весняних робітпо меліорації території можна переходити до етапу сільськогосподарського освоєння, наприклад, засівати багаторічними сіножатями. До кінця теплого періоду другого року після початку меліоративних робіт відзначається вже незначне збільшення потужності протайки ґрунту, лише на 20-25% порівняно з необробленою територією (контроль) або на 10-15% до обробленого поля першого року освоєння. До кінця 3-4 року витримки практично закінчується відносне збільшення потужності сезонного протаювання грунтів від теплової меліорації за пропонованим способом, складаючи 5-15% з контролем. З цього моменту встановлюється новий стабілізований стан теплообміну верхнього діяльного шару з довкіллям, яке фіксується схемою на фіг.4, порівняно з початковим (непорушеним) станом, що встановився теплообміну на фіг.1. Таким чином, пропонований спосіб меліорації земель заснований на застосуванні лише таких техногенних впливів, які спричиняють незначну зміну динаміки теплообміну у діяльному шарі. При цьому величина теплового потоку в ґрунт не перевищуватиме деякого критичного рівня, вище якого може надійти інтенсивне (катастрофічне) витаювання мерзлих ґрунтів та розвиток термокарстових процесів: термопросадки, термоерозія, провали ґрунту з оголенням жильного льоду, овроутворення. При здійсненні запропонованого способу меліорації земель неприпустимо застосовувати такі техногенні впливи, які пов'язані з горизонтальним зміщеннямґрунту: наприклад розпушування та перевертання пластів ґрунту (дерну) плугом або розпушування та переміщення ґрунту при плануванні поверхні. Такі прийоми обробки неприпустимі і здатні викликати необоротну деградацію мерзлоти. На фіг.1 зображено розріз по схилу до початку робіт; на фіг.2 те ж розріз після зрізання та подрібнення мохово-кочкарної "подушки" з мінеральним ґрунтом; на фіг.3 розріз схилу після першого-другого року витримки; на фіг.4 розріз схилу до моменту досягнення нового стану теплообміну верхнього діяльного шару з навколишнім середовищем. На кресленні позначено: 1 поверхню території до виконання робіт із теплової меліорації, 2 верхня межабагаторічномерзлих ґрунтів, 3 повторно-жильні льоди (ПЖЛ), 4 багаторічномерзлі ґрунти (ґрунти ядер ПЖЛ), 5 поверхня території після виробництва меліоративних робіт, 6 поверхня території після посіву культур на 1-2-й рік освоєння, 7 верхня межа багаторічномерзлих ґрунтів процесі витаювання льоду, 8, 9 нова верхня межа багаторічномерзлих ґрунтів і положення ПЖЛ після закінчення витаювання льоду ґрунтового і стабілізації цього процесу (до кінця 3-4-го року). Пропонований спосіб теплової меліорації земель пройшов експериментальну перевірку протягом чотирьох років на дослідно-виробничих полях площею 38 га приміського тваринницького радгоспу "Північний" поблизу м. Анадир на пологих тундрових схилах при освоєнні земель для сіножатей лугів, овочівництва. Спосіб показав високу ефективністьпри вирощуванні багаторічних трав на зелений корм, сіно та вирощуванні редиски. Спосіб має перспективу використання у всіх регіонах Чукотки та інших субарктичних та арктичних районах Півночі. великі можливостісільськогосподарського освоєння великих тундрових територій із суцільним поширенням багаторічномерзлих порід, що містять повторно-жильні льоди і раніше ніколи не використані.

формула винаходу

СПОСІБ ТЕПЛОВОЇ МЕЛІОРАЦІЇ ЗЕМЕЛЬ У ЗОНІ Багатолітньої мерзлоти, що включає протування вічномерзлих ґрунтів на пересіченій місцевості, що відрізняється тим, що навесні після відтавання ґрунту на 20 - 30 см поверхню, покриту мохово-кочкарно4, боронують поперек схилу зокрема дисковими боронами для перемішування з нижчим мінеральним ґрунтом та утворенням шару з однорідною комковатою структурою.

Я часто мрію про власному будинку(краще постійному, але я і про дачу подумую), сад і город. Свої полуниці, яблука, помідори...

Навіщо це я? До того, що є місця, в яких не дуже займатимешся городництвом. Зона вічної мерзлоти, наприклад.

Що таке вічна мерзлота

Мерзлота - це такий стан ґрунту, при якому його температура не піднімається вище за нуль. І навіть підземні води є швидше підземні льоди.

У зонах вічної мерзлоти ґрунт перебуває у такому стані протягом багатьох років. Глибина промерзання може бути більшою за кілометр!

Навіть улітку ґрунт відтає незначно, нижні шари так і залишаються закутими в лід.

У Південній півкулівічну мерзлоту можна знайти в Антарктиді. У Північній півкулі вона поширена ширше та займає північні території:

• Північної Америки(Канада, Аляска);
• Європи;
• Азії.

У Росії займає області за полярним колом, значну частинуСибіру.

Землеробство та вічна мерзлота

Землеробство засноване на життєвій активності рослин, а яку активність розвинеш, якщо через кілька сантиметрів ґрунту корінням натикаєшся на поклади льоду? Саме так.

Загальна невелика родючість ґрунту, довжина світлового дняі низькі температуритеж не сприяють бурхливого життярослин

Щоб отримати скільки-небудь значний урожай на цих територіях, людям доводиться вдаватися до численних хитрощів. Вони будують теплиці; штучним шляхом піднімають рівень ґрунту, щоб видалити плодову культуру від промерзлого шару.

За прогнозом погоди городники-любителі стежать без перерв, адже раптові заморозки можуть занапастити врожай навіть у червні!

Дивно, але не лише мала довжина світлового дня негативно впливає на рослини. Занадто довгий день також може "шокувати" рослини, яких еволюція до такого не готувала.

Тому в районах, де виражений полярний день, деяким рослинам для нормального росту доводиться імітувати ніч, накриваючи їх щільною плівкою або тканиною.

Словом, землеробство серед вічної мерзлоти можливе, але підозріло нагадує забивання цвяхів мікроскопом.

Вічна мерзлотазаймає 65% території Росії. за географічному положеннювона ділиться на субаеральну, субгляціальну та шельфову.

Субаеральна кріолітозона- максимальна за площею - представлена ​​з поверхні багаторічномерзлими породами. У Європейській частині країни вона поширена лише у тундрі та лісотундрі; від неї південний кордонйде до гирла річки Мезень і далі майже Північним полярному колудо Уралу. У Західного Сибірумежа кріолітозони має широтне простягання до річки Єнісей; поблизу річки Підкам'яна Тунгускавона різко повертає на південь і проходить правобережжям Єнісея. На схід від Єнісея мерзлота поширена на більшій частині території, за винятком півдня Камчатки, острова, Примор'я та деяких інших районів. Потужності мерзлих товщ змінюються від 100-200 до 1500 м (Середній Сибір).

Субгляціальна кріолітозонавідома під льодовиками, де для неї характерні аномально малі для високих широт потужності і високі температури, а також під льодовиками в горах на Північному Сході Росії та на Алтаї.

Шельфова кріолітозонапоширена в арктичних моряхбіля берегів Сибіру. Океанічна кріолітозона займає значну частину Арктичного басейну, за винятком районів, що зазнають впливу теплої Північно-Атлантичної течії.

Сезонне промерзання порід охоплює більшу частинурешти території Росії, крім зони субтропіків, де воно не проявляється щорічно та його глибина не перевищує кількох сантиметрів. Глибина сезонного промерзання зменшується зонально у разі підвищення температури порід і збільшується зі зростанням континентальності клімату із заходу Схід. Найбільших значень(до 4-8 м) сезонне промерзання досягає в районах з різко континентальним холодним кліматом, малосніжними суворими зимами(Центральне та Південне), у великоуламкових ґрунтах, що володіють низькою вологістю. Потужність шару сезонного промерзання обумовлює глибину закладення комунікацій, фундаментів будівель.

Суцільна мерзлота поширена у північній частині Великоземельської тундри, на Полярному Уралі, у тундрі Західного Сибіру, ​​у північній частині Середньосибірського плоскогір'я, на острові Таймир, архіпелазі Північна Земля, на , Яно-Індигірській і , в дельті річки Лєна, на Центральноякутській рівнині, Приленському плато та в областях Верхоянського та Черського хребтів, Колимського нагір'я, Анадирського плоскогір'я, а також на Юкагірському плоскогір'ї та Анадирської низовини. Потужність товщ багаторічних порід змінюється від 300 до 500 м і більше, в горах - до 1500 м; температури - від -2 ° C до -10 ° С і нижче. У зоні суцільної мерзлоти талі породи залягають лише у руслах великих річокта під великими озерами. На південь від цієї зони мерзлі породи чергуються з талими.

Мерзлота з островами талих ґрунтів (переривчаста, спорадична) переважає у Великоземельській та Малоземельській тундрах, на міжрічках Нижня та Підкам'яна Тунгуска, у південній частині Приленського плато, у Забайкаллі. Потужність мерзлих товщ іноді досягає 250-300 м, але частіше коливаються від 10-20 до 100-150 м, температура від 0°C до -2°С. Головними причинами утворення таліків у зоні переривчастої мерзлоти служать поверхневі та , радіаційний режим поверхні Землі, .

Острівна мерзлота розвинена на Кольському півострові, в Канино-Печорському районі, в тайговій зоні Західного Сибіру, ​​у південній частині Середньосибірського плоскогір'я, Далекому Сході, вздовж узбережжя і півострові . Потужність товщ коливається від кількох метрів за кілька десятків, температури близькі до 0°С. Острівна мерзлота характерна також для гірських країн- Саян, Уралу та Кавказу, де вона зустрічається головним чином по периферії районів сучасного заледеніння. У зоні острівної мерзлоти масиви сучасних мерзлих порід зберігаються в льодових торф'яних і суглинистих породах, в лісових масивах. великим ефектомзатінення, на схилах північних та східних експозицій.

Лід у мерзлих породах представлений двома різновидами: 1) кристалами, прошарками, прожилками (кріогенні текстури) і 2) мономінеральною крижаною породою (полігонально-жильні та пластові льоди, ядра пагорбів пучення). У кристалічних та метаморфічних гірських порідах лід зустрічається у вигляді жилок, що заповнюють тріщини, у пісках - у вигляді лінз та дрібних кристалів, у глинах, суглинках, супісках та торфі - у вигляді шарів або сітки. Особливе місцезаймають грати крижаних жил, що проникають у породу до глибини 20-50 м. Вони широко поширені в межах Західно-Сибірської та Центральноякутської рівнин, Північно-Сибірської та на пухких нелітифікованих породах. Промерзання верхніх гірських порід часто призводить до утворення сезонних і багаторічних пагорбів-гідролакколітів, що містять крижане ядро; вони зустрічаються найчастіше у Забайкаллі, на Таймирі, на півночі Західного Сибіру, ​​де їх називають булгунняхами. У гірських районахв річкових долинахі на схилах звичайні льоду - покриви льоду, що утворюються при замерзанні підземних вод, що вилилися під натиском, що виникає при сезонному промерзанні, а також при промерзанні виходів артезіанських вод. Протування крижаних утворень, що містяться в товщах гірських порід, зазвичай призводить до просідання, виникнення воронок, округлих западин і т. п. форм рельєфу (термокарст), поверхневих зсувів-спливів, ґрунтових потоків (соліфлюкція).

Крижина мерзлих порід різна, зустрічаються три основні різновиди: малольдисті, переважно піски і корінні породи (льоду менше 20%), середньольдисті суглинки та супіски (льоду 20–40%) та сильнольдисті озерно-болотні та алювіальні відкладення, представлені торфом. більш ніж 40%).

Мерзлотні процеси

У межах кріолітозони можна виділити п'ять типів територій, що відрізняються своїм набором переважних кріогенних процесів. У межах рівнин Півночі Європейської частини Росії та Західного Сибіру спостерігаються термокарст та пучення. Схід, у суворіших кліматичних умовах, на рівнинах тундри та лісотундри додатково формується морозобійне розтріскування. Для більшої територіїнизько- та середньогорій Сибіру характерні термокарст, пучення, криги, соліфлюкція, куруми. У високих горах, западинах, низьких рівнинахта річкових долинах тайгової зони Середньої та Східного Сибіру, Далекого Сходупереважають криги, соліфлюкція, куруми. Для середніх і низьких гір на півдні кріолітозони Росії, де поширена переривчаста та острівна мерзлоти, типові процеси термокарсту, та соліфлюкції.

При суцільному поширенні багаторічномерзлих порід у верхній частині влітку формується шар сезонного протаивания. Його глибина залежить від ландшафтно-кліматичних умов та складу порід. У пухких відкладеннях вона мінімальна (не більше метра) на Крайній Півночі та повсюдно у торфі. У пісках вона становить 2 м та більше. У горах на корінних породах протаювання сягає 3 м і навіть більше. У долинах рік глибина протаювання змінюється дуже значно на коротких відстанях. При переривчастому та острівному поширенні мерзлоти співіснують сезонне протаювання мерзлих порід влітку та сезонне промерзання талих порід узимку. Як правило, вологі (крижані) породи знаходяться в мерзлому стані і протують відносно неглибоко. Розташовані поряд талі породи найчастіше менш вологі, і шар сезонного промерзання на них має більшу потужність.

При зведенні інженерних споруд, будівництві залізниць і шосейних доріг, мостів, трубопроводів, гідротехнічних об'єктів необхідно враховувати можливість пучення і просадок ґрунтів, сповзання ґрунтів на схилах, утворення льоду. У сільському господарстві багаторічна мерзлотав одних випадках обмежує можливості розвитку тих чи інших культур, в інших – сприяє вирощуванню рослин у зв'язку з додатковим увлажнением грунтів при сезонному відтаванні діяльного шару. У багаторічномерзлих товщах виявлені термодинамічно нестійкі і тому надзвичайно чутливі до змін умов рівноваги газові гідрати, зміни яких призводять до неконтрольованих викидів газу, вибухів, пожеж, що посилює парниковий ефект. У мерзлих породах, льодах та переохолоджених водах відкриті життєздатні мікроорганізми, які нерідко залучаються до сучасних біогеохімічних процесів при відтаванні порід.