Основы криогенеза литосферы - Романовский Н.Н.
ISBN 5—211—02379—X
Скачать (прямая ссылка):
ЗОНАЛЬНЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД, ТАЛИКОВ, СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ И ОТТАИВАНИЯ
IU. РОЛЬ РАДИАЦИОННЫХ, КЛИМАТИЧЕСКИХ
И ЛАНДШАФТНЫХ ФАКТОРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ И ПОРОД
Особенности криогенеза литосферы зависят в первую очередь от температурного режима верхних горизонтов пород, их сезонного промерзания и оттаивания. Температурный режим верхних слоев пород обусловливает проявление криогенных процессов, и развитие криогенных явлений, многолетнее промерзание и протаивание, охлаждение и нагревание литосферы, а также происходящие при этом процессы криогенного текстурообразования, переходов (газ+вода) ^гидраты природных газов и др. Различия температурного режима пород в пространстве и динамика в геологическом времени приводят к зональным, региональным и геоисторическим изменениям криогенеза литосферы.
Современное распространение многолетиемерзлых пород (ММП) и таликов определяется температурами поверхности Земли, а также процессами, которые происходят в естественных покровах (снежном и растительном) и в слоях сезонного промерзания и оттаивания. Температурный режим верхних горизонтов пород — это наиболее динамичный компонент геокриологических условий, быстро меняющийся во времени под влиянием изменения условий теплообмена на поверхности Земли. Температуры поверхности Земли формируются в результате равновесного теплообмена с атмосферой под влиянием всех источников тепла на поверхности и в тропосфере. Под «поверхностью Земли» понимается граница между газообразной и твердой или жидкой оболочками. Это понятие неадекватно понятию «поверхность горных пород», представляющей собой границу раздела минеральной среды (или почвы) и напочвенных покровов, таких, как снег, мох и искусственные покрытия. Эти покрытия трансформируют температурный режим, приводя к неравенству температуры поверхности Земли (?пз) и температуры поверхности пород (^n). Это неравенство зависит как от внешних климатических факторов, так и от ландшафтных условий. В свою очередь tn в общем случае не равна температуре у подошвы слоев сезонного оттаивания и цромерзания по-
24
„род (ti). Это обусловлено проявлением так называемой температурной сдвижки (A4) вследствие неравенства коэффициентов теплопроводности пород в мерзлом (Ям) и талом (Ят) состояниях при периодически установившемся температурном режиме на поверхности, а также отепляющим влиянием инфильтрации летних атмосферных осадков (A^c) (Общее мерзлотоведение, 1978; Ершов, 1990). Среднегодовая температура пород на подошве слоя годовых колебаний (tfCp) отличается от
на величину hg (где g — геотермический градиент, h — мощность слоя годовых колебаний температур). Все перечисленные выше температуры (*Пз, tn, tb /ср) используются для анализа и характеристики зональных и региональных закономерностей формирования геокриологических условий. На каждом из вертикальных срезов в годовом цикле существует равенство приходящей и уходящей энергии. Поэтому эти температуры являются определенными энергетическими уровнями равновесного теплообмена. Их пространственные изменения по широте, долготе и высоте отражают соответственно зональные, секториальные и высотные, а также локальные (вариации в пределах одного района) закономерности теплообмена и температурного режима пород в слое годовых колебаний. Их изменения во времени обусловлены и отражают динамику климата, вызывающую нарушение равновесия теплообмена в системе атмосфера — почвы — горные породы. Многолетняя динамика температурного режима пород в свою очередь обусловливает эволюцию криогенеза литосферы.
Тепловые процессы, происходящие на поверхности Земли, решающим образом определяют термический режим верхних горизонтов литосферы. На этой поверхности происходят превращения одних видов энергии в другие, в том числе и в тепловую. Качество поверхности Земли влияет на перераспределение лучистой энергии. Так, альбедо поверхности определяет долю отражения такой энергии от твердой непрозрачной поверхности Земли, в том числе и ледников, и непрозрачных ледовых покровов водоемов. Остальная лучистая энергия трансформируется в тепловую. Вместе с тем через поверхность воды, а также прозрачного льда часть лучистой энергии проникает внутрь водоемов, превращаясь в тепловую энергию в объеме. Эта важная отличительная особенность во взаимодействии потока солнечной.радиации и водоемов приводит к трансформации большей доли лучистой энергии в тепловую в озерах и морях, аккумуляцию в них большего количества тепла по сравнению с горными породами.
Поверхность Земли является границей раздела двух материальных сред, в которых процессы теплообмена и механизмы теплопередачи принципиально различны. В тропосфере господствуют радиационный и турбулентный механизмы теплопередачи. Они обеспечивают вы'сокую скорость изменения поля температур при очень резких изменениях на границах этой об
25
ласти. В твердой и жидкой оболочках Земли основные механизмы — конвективный и кондуктивный — обусловливают существенно более медленную теплопередачу. Коэффициенты эффективной температуропроводности в различных слоях атмосферы находятся в диапазоне от 10 до 104 м2/ч, при конвекции в океане — от 10"1 до 1, а при кондуктивной теплопередаче в породах — от Ю-2 до 1,5•?1(H м2/ч.
