XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Динамика развития полигонально-жильного рельефа в условиях Заполярья

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Салий М.Д. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа, 11 класс

Кунин С.А. 1Семенова О.С. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Тазовская средняя общеобразовательная школа

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Вводная часть

Ежегодно с 2018 года ученики научно-исследовательского центра «Перспектива» Тазовской средней школы, выезжают в исследовательские экспедиции по автодороге п.Тазовский- Новый Уренгой. На протяжении этого маршрута было установлено наблюдение за многими природными образованиями и объектами, одни из которых полигонально - жильные рельефы или морозобойные трещины, расположенные в 15-20км от посёлка Тазовский и в зоне чистой тундры.

Фото 1. Спутниковая карта 2019 года на въезде в село Газ-Сале

Фото 2. Спутниковая карта 2019 года на выезде из посёлка Тазовский.

Формирование морозобойного трещинообразования происходит на тех грунтах, под которыми предположительно находится более толстый слой мерзлоты.

Основной причиной образования морозобойных трещин, а за тем мерзлотных полигонально-жильных рельефов, являются ледяные клинья. Это процесс ежегодного заполнения морозобойной трещины поверхности рельефа тундры талой водой летом и резкого замораживания ледяного клина зимой.

В 2019 ученица нашего центра Щербатюк Софья написала работу «Исследование полигонально-жильного рельефа на севере Западной Сибири», в которой было определенно, что состояния верхнего слоя мерзлоты будет формировать внешнее проявление полигонально-жильного рельефа местности. Срез исследованного полигонально-жильного рельефа показывает сложное взаимоотношение между многолетнемерзлым грунтом и ледяными образованиями при циклических изменениях. Также в своей работе Софья, определила стадийность морозобойного растрескивания. Это этапы: формирования, развития и затухания [5].

Весьма характерным типом образований полярного покровного комплекса в большеземельной тундре являются полигональные торфяники с жильным льдом. Полигональные торфяники имеют здесь широкое распространение. В частности, они наблюдаются в районе Воркуты, где изучены полнее всего, а так же на арктической территории Тазовского района в низинах и котловинах, омываемых водами озер и рек [2].

Были отобраны два наиболее характерных объекта исследования. В первом случае полигональный рельеф, образованный в низменности тундрового ландшафта. Во втором случае, полигональный рельеф соседствует с термокарстовым озером. Большинство наблюдаемых морозобойных трещин на нашей территории соседствует с деградирующими термокарстовыми озерами.

Работа актуальна, по причине активного разрастания арктических поселений и строительства месторождений на нестабильных, деградирующих, зыбких грунтах, в том числе на грунтах с растущим морозобойным растрескиванием.

На протяжении трех лет ведутся наблюдения за объектами морозобойного растрескивания на выезде из поселка Тазовский и на въезде в село Газ-Сале, которые активно развиваются и территориально расширяются. Возникают риски для вновь возводимых объектов на новых урбанизированных участках в период потепления климата.

Основная цель исследования: изучение формирования полигонально-жильного рельефа в меняющихся природно-климатических условиях.

Задачи:

1. Изучить природно - климатичексие факторы, влияющие на формирование полигонально-жильного рельефа.

2. Провести практические полевые работы с целью изучения условий формирования морозобойного растрескивания.

3. Провести экспериментальное моделирование с целью изучения процессов образования и развития морозобойного растрескивания.

Изучение природно-климатических факторов влияющих на формирование полигонально-жильного рельефа.

Г рафик 1. График среднегодовых температур.

Среднегодовые температуры фиксируются на территории поселка Тазовский с 1984 года. Среднегодовые их значения показывают неуклонный рост и приводят к значительной деградации многолетомерзлых грунтов.

График 2. Зависимость таяния многолетней мерзлоты с 2014 по 2023. ЯНАО, Тазовский район, пойма реки Вэсако-Яха.

Уровень размораживания грунта увеличивается с каждым годом и зависит не только от роста среднегодовых температур, но и от количества выпавших летних осадков.

Многолетние наблюдения в зоне чистой тундры на реперных участках Тазовский - Газ-Сале, подтверждают таяние многолетомерзлого грунта, его деградацию и просадку почвы. Что увеличивает риски разрастания морозобойных полей.

Проведение практических полевых работ с целью изучения условий формирования морозобойного растрескивания.

Осенью 2023 года группа исследователей средней Тазовской школы выехала в тундру на въезде в село Газ-Сале и въезде в поселок Тазовский для изучения полигонально - жильного рельефа местности.

Мерзлотные полигональные рельефы местности – полигонально - жильный рельеф- это тип криогенного рельефа, формирующийся под воздействием морозного трещинообразования с заполнением трещин повторно жильным льдом.

Формирование морозобойного трещинообразования происходит на тех грунтах, под которыми предположительно находится более толстый слой мерзлоты. Первично процесс формирования будет осуществляться в нижней точке местности, соседствующий с термокарстовыми озерами, речками и ручьями, где есть рельефные углубления. Эти углубления в теплое время года напитывают влагой почву. В холодный период, при замерзании влаги по трещинам льда формируется морозобойный клин.

П роцесс ежегодного заполнения морозобойной трещины талой водой летом и резкого замораживания ледяного клина зимой, формирует достаточно мощные ледяные жилы, достигающие до нескольких сот метров в длину и до 10-15 метров в ширину.

Ф ото 3,4,5,6 Исследования полигонально-жильных рельефов.

Фото 7.Измерение ширины клина. Фото 8.Измерение глубины таяния. Фото 9. Торфяные образования в верхней части рельефа.

Фото 10,11. Торфяные образования в верхней части рельефа.

Образование полигонально-жильных рельефов напрямую связанно с верхним слоем многолетнемерзлого грунта. Состояния верхнего слоя термокарста формирует внешнее проявление полигонально-жильного рельефа местности. Т.е холод в низу клина не дает ему полностью растаять в теплое время года.

Торфяные образования как одеяло сохраняют ледяной клин при положительных температурах. И являются дополнительным фактором сохранности морозобойного растрескивания.

По результатам замеров и измерений структуры полигонально-жильного рельефа местности на реперном объекте удалось собрать материал для обобщения результатов за 2019 и 2023 годы и проследить разницу изменения в нем, которая представлена в таблице 1 «Динамика поведения полигонально - жильного рельефа в период деградации мерзлоты».

Рисунок 1. Поперечное сечение полигонально-жильного растрескивания осенью 2019 года.

Рисунок 2. Поперечное сечение полигонально - жильного растрескивания осенью 2023 года.

Динамика поведения полигонально - жильного рельефа в период деградации мерзлоты

Таблица 1

За 4 года наблюдения за полигонально-жильном рельефом на въезде в поселок Тазовский можно отметить увеличение глубины протаивания боковых сторон клина, самого клина, расширение между правой и левой сторонами, а также изменение рельефа поверхности клина. Клин претерпел изменения и разросся.

Проведение экспериментального моделирования с целью изучения процессов образования и развития морозобойного растрескивания.

Экспериментальное моделирование полигонально-жильного рельефа необходимо для выявления процесса взаимодействия мерзлого грунта и ледяного клина. Основной целью становиться изучение разрастания ледяного клина в теле замороженного грунта с объекта исследования. Основной задачей эксперимента – проследить за динамикой роста ледяного клина и его взаимодействием с мерзлым грунтом.

Для проведения эксперимента был изготовлен специальный мощный ящик, позволяющий сохранять свой объем при замораживании воды и грунта. В специальной опалубке заморожен ледяной клин.

Был увлажнен и подготовлен грунт, отобранный с объекта исследования без добавления торфяника. Установлен ледяной клин в ящик и обложен влажным грунтом с двух сторон. При первой заморозке были просверлены несколько отверстий во льду. Эксперимент проходил при естественной заморозке на улице и оттаивании при положительных температурах в помещении в школьной мастерской.

Экспериментальное моделирование показало, что циклический процесс намораживания - оттаивания стабильно увеличивает тело морозобойного клина, происходит боковое пучение грунта и обвал его к центру клина. В естественных условиях положительных летних температур, клин подтаивает, а в период зимних морозов замерзает вновь. Тем самым расширяя и углубляя его. Воды попавшие в нижнюю точку рельефа, где и располагается морозобойное растрескивание, а так же осадочные воды, способствуют его расширению.

Условия формирования полигонального жильного рельефа:

1. Низкие зимние температуры

2. Мерзлота в нижней точке рельефа

3. Наличие источника воды

4. Рельеф местности определённой формы

5. Грунты песчаные и супесь

6.Торфяник на верху клина способствует снижению скорости разрушения полигонального жильного рельефа.

Фотографии экспериментального моделирования представлены ниже

Фото 12. Установка клина в модель.Фото 13. Сверление отверстий вледяном клине.Фото 14. Замораживание в натуральных условиях.

Фото 15.Оттивание в помещении.Фото 16. Начальное состояние ледяного клина. Фото 17. Конечный результат эксперимента.

Общая продолжительность эксперимента составила 2 месяца. Первые опыты с добавлением воды после оттаивания вызывали большие сомнения в том, что ледяной клин будет нарастать. Большой объем воды опускался под клин и впитывался в грунт. После восьмого цикла (заморозка –оттаивание) пошёл процесс нарастания клина вширь и выдавливания (вздыбливание) грунта по боковым сторонам экспериментальной модели. В последующие 20 циклов удалось нарастить клин 75 мм по ширине до 95 мм.

Таким образом, можно утверждать, что в среднем за один цикл эксперимента ледяной клин увеличился на 1 миллиметр.

Процесс экспериментального моделирования показывает, что полигонально -жильное образование формируется в достаточно длительные сроки, порой десятки и сотни лет.

Общие выводы по исследовательской работе

1. Многолетние наблюдения в зоне чистой тундры на реперных участках Тазовский - Газ-Сале, подтверждают таяние многолетомерзлого грунта, его деградацию и просадку почвы. Что увеличивает риски разрастания морозобойных полей.

2. Образование полигонально-жильных рельефов напрямую связанно с верхним слоем многолетнемерзлого грунта. Состояния верхнего слоя термокарста формирует внешнее проявление полигонально-жильного рельефа местности. Т.е холод в низу клина не дает ему полностью растаять в теплое время года.

3. Торфяные образования как одеяло сохраняют ледяной клин при положительных температурах. И являются дополнительным фактором сохранности морозобойного растрескивания.

4. За 4 года наблюдения за полигонально-жильном рельефом на въезде в поселок Тазовский можно отметить увеличение глубины протаивания боковых сторон клина, самого клина, расширение между правой и левой сторонами, а также изменение рельефа поверхности клина. Клин претерпел изменения и разросся.

5. Экспериментальное моделирование показало, что циклический процесс намораживания - оттаивания стабильно увеличивает тело морозобойного клина, происходит боковое пучение грунта и обвал его к центру клина.

Список литературы

1. Панин А.В. Экзогенные процессы и рельеф,. Часть III. Курс: Геоморфология, Кафедра геоморфологии и палеонтологии. ГеографическийфакультетМГУ. Ссылка: file:///C:/Users/Mister%20Ma3X%20Master/Desktop/%D0%92%D0%B8%D0%B4%D1%8B%20%D0%AD%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B8%D0%B9%2010.pdf

2. ПОПОВ А.И. ПОЛИГОНАЛЬНО-ЖИЛЬНЫЙ ЛЕД В БОЛЬШЕЗЕМЕЛЬСКОЙ ТУНДРЕ. Выпуск 1 1965. Бесплатная интернет библиотека. Ссылка: http://www.doc.knigi-x.ru/22raznoe/481199-1-podzemniy-led-vipusk-1965-popov-poligonalno-zhilniy-led-bolshezemelskoy-tundre-vesma-harakternim-tipom-obrazovaniy.php

3. Семенова О.О., Кунин С.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ЗОН ПРОИЗРАСТАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ. Статья в сборнике конференции Томского ГУ 2020 г

4. Ткачев Б.П., Кунин С.А. НАУЧНЫЕ ИДЕИ А.А. ЗЕМЦОВА В ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ. Статья в сборнике конференции Томского ГУ 2020 г

5. Щербатюк Софья «Исследование полигонально-жильного рельефа на севере Западной Сибири» Балтийский научно-инженерный конкурс 2019 г.