ГЕОКРИОЛО́ГИЯ

ГЕОКРИОЛО́ГИЯ (от гео..., крио... и ...логия), мерз­ло­то­ве­де­ние, изу­ча­ет за­ко­ны фор­ми­ро­ва­ния, раз­ви­тия и су­ще­ст­во­ва­ния во вре­ме­ни и про­стран­ст­ве мно­го­лет­не­мёрз­лых и се­зон­но­мёрз­лых гор­ных по­род (их со­став и со­стоя­ние, крио­ген­ное строе­ние и свой­ст­ва), крио­ген­ных гео­ло­гич. про­цес­сов и яв­ле­ний. Г. ба­зи­ру­ет­ся на дос­ти­же­ни­ях фи­зи­ки (в т. ч. те­п­ло­фи­зи­ки), хи­мии, ма­те­ма­ти­ки, ме­ха­ни­ки, гео­хи­мии, ли­то­ло­гии, тек­то­ни­ки, ис­то­рич. и ди­на­мич. гео­ло­гии, чет­вер­тич­ной гео­ло­гии, гео­фи­зи­ки, кли­ма­то­ло­гии, гля­цио­ло­гии, гео­мор­фо­ло­гии, па­лео­гео­гра­фии и др.; тес­но свя­за­на с ин­же­нер­ной гео­ло­ги­ей, грун­то­веде­ни­ем, гид­ро­гео­ло­ги­ей, гео­эко­ло­ги­ей и др. наука­ми. При ре­ше­нии за­дач гео­крио­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний при­ме­ня­ет­ся гео­крио­ло­гич. и ряд ком­плекс­ных спе­циа­ли­зир. (ин­же­нер­но-гео­крио­ло­гич., мерз­лот­но-гид­ро­гео­ло­гич., эко­ло­го-гео­крио-ло­гич. и др.) съё­мок раз­но­го мас­шта­ба с ис­поль­зо­ва­ни­ем по­ле­вых, дис­тан­ци­он­ных, ла­бо­ра­тор­ных, экс­пе­ри­мен­тальных (в т. ч. фи­зич. мо­де­ли­ро­ва­ние) и ка­ме­ральных ме­то­дов, вклю­чая рас­чёт­ный ана­лиз и ма­те­ма­тич. мо­де­ли­ро­ва­ние на ос­но­ве спец. про­грамм. Г. раз­де­ля­ет­ся на об­щую, ин­же­нер­ную и эко­ло­ги­че­скую.

Общая геокриология

вклю­ча­ет ряд на­прав­ле­ний ис­сле­до­ва­ний: фи­зи­ку, хи­мию и ме­ха­ни­ку мёрз­лых по­род, ди­на­мич., ли­то­ге­не­тич., ре­гио­наль­ную и ис­то­рич. Г. Фи­зи­ка, хи­мия и ме­ха­ни­ка мёрз­лых по­род (на­прав­ле­ние, сфор­ми­ро­вав­шее­ся к сер. 20 в.) изу­ча­ет с мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­тич. и тер­мо­ди­на­мич. по­зи­ций при­ро­ду и за­ко­но­мер­но­сти те­че­ния фи­зи­ко-хи­мич., ме­ха­нич., те­п­ло­фи­зич., струк­ту­ро- и тек­сту­ро­об­ра­зо­ват. про­цес­сов в про­мер­заю­щих, мёрз­лых и от­таи­ваю­щих по­ро­дах. Ди­на­ми­че­ская Г. под­раз­де­ля­ет­ся на 2 на­прав­ле­ния. Од­но из них вклю­ча­ет раз­ра­бот­ку тер­мо­ди­на­мич. и те­п­ло­фи­зич. ос­нов фор­ми­ро­ва­ния толщ мно­го­лет­не- и се­зон­но­мёрз­лых по­род во вре­ме­ни и по пло­ща­ди рас­про­стра­не­ния, ба­зи­ру­ет­ся на изу­че­нии те­п­ло­об­ме­на в сис­те­ме «ат­мо­сфе­ра – ли­то­сфе­ра», ра­диа­ци­он­но- и вод­но-те­п­ло­во­го ба­лан­са, тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма и фа­зо­вых пе­ре­хо­дов вла­ги в гор­ных по­ро­дах, а так­же те­п­ло­вых про­цес­сов в верх­них сло­ях зем­ной ко­ры. Ис­поль­зуя мо­де­ли­ро­ва­ние, рас­чё­ты и ана­лиз, вы­яв­ля­ют на­прав­лен­ность и ха­рак­тер раз­ви­тия мерз­лот­но­го про­цес­са (де­гра­да­ци­он­ный, ста­биль­ный, аг­ра­да­ци­он­ный) для лю­бых при­род­ных об­ста­но­вок, а так­же оп­ре­де­ля­ют крио­ген­ный воз­раст мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род в свя­зи с ко­рот­ко-, сред­не- и длин­но­пе­ри­од­ны­ми ко­ле­ба­ния­ми кли­ма­та. Дру­гое на­прав­ле­ние ис­сле­до­ва­ний ди­на­мич. Г. вклю­ча­ет изу­че­ние и про­гно­зи­ро­ва­ние мерз­лот­но-гео­ло­гич. про­цес­сов, в ре­зуль­та­те ко­то­рых фор­ми­ру­ют­ся мерз­лот­ные фор­мы рель­е­фа и но­вые крио­ген­ные гео­ло­гич. об­ра­зо­ва­ния (мо­ро­зо­бой­ные тре­щи­ны, под­зем­ные льды, бай­дже­ра­хи, буг­ры пу­че­ния, ку­ру­мы, со­лиф­люк­ци­он­ные фор­мы, тер­мо­эро­зи­он­ные ов­ра­ги, на­ле­ди и др.). Ли­то­ге­не­ти­че­ская Г. изу­ча­ет ве­ще­ст­вен­ный со­став, струк­тур­но-тек­стур­ные осо­бен­но­сти и свой­ст­ва мёрз­лых оса­доч­ных по­род и льдов; на ос­но­ве мерз­лот­но-фа­ци­аль­но­го и мерз­лот­но-фор­ма­ци­он­но­го ана­ли­зов вы­яв­ля­ют­ся осо­бен­но­сти и за­ко­но­мер­но­сти фор­ми­ро­ва­ния разл. ге­не­тич. ти­пов, фа­ций и фор­ма­ций этих по­род и льдов с це­лью ус­та­нов­ле­ния их ге­не­зи­са; про­во­дя мерз­лот­но-ста­ди­аль­ный ана­лиз, ре­кон­ст­руи­ру­ют ис­то­рию фор­ми­ро­ва­ния мёрз­лой оса­доч­ной по­ро­ды. Ре­гио­наль­ная и ис­то­ри­че­ская Г. ис­сле­ду­ет зо­наль­ные, вы­сот­но-по­яс­ные и ре­гио­наль­ные за­ко­но­мер­но­сти фор­ми­ро­ва­ния и раз­ви­тия толщ се­зон­но- и мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род, пла­сто­вых и кли­но­вид­но-жиль­ных льдов и др., их рас­про­стра­не­ния по пло­ща­ди, ус­ло­вий за­ле­га­ния в раз­ре­зе, из­ме­не­ния ср. тем­пе­ра­ту­ры по­род за оп­ре­де­лён­ный пе­ри­од ко­ле­ба­ний кли­ма­та (го­до­вой, мно­го­лет­ний, ве­ко­вой), крио­ген­но­го строе­ния и мощ­но­сти мёрз­лых толщ, фор­ми­ро­ва­ние, раз­ви­тие и су­ще­ст­во­ва­ние мерз­лот­но-гео­ло­гич. про­цес­сов и яв­ле­ний. Про­во­дит клас­си­фи­ци­ро­ва­ние мёрз­лых гор­ных по­род и льдов по их со­ста­ву, крио­ген­но­му строе­нию, ге­не­зи­су, воз­рас­ту, ус­ло­ви­ям те­п­ло­об­ме­на, а так­же рай­они­ро­ва­ние и кар­ти­ро­ва­ние об­лас­ти их раз­ви­тия. Важ­ная на­уч. ветвь это­го на­прав­ле­ния Г. – раз­ра­бот­ка ис­то­рии воз­ник­но­ве­ния и раз­ви­тия мёрз­лых по­род в пре­де­лах рай­онов, ре­гио­нов, ма­те­ри­ков и зем­но­го ша­ра в це­лом.

Инженерная геокриология

за­ни­ма­ет­ся инж.-гео­ло­гич. обес­пе­че­ни­ем про­ек­ти­ро­ва­ния, строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции со­ору­же­ний в крио­ли­то­зо­не и вклю­ча­ет: со­став­ле­ние инж.-гео­крио­ло­гич. карт для разл. ви­дов строи­тель­ст­ва, про­гноз­ную оцен­ку тех­но­ген­ных из­ме­не­ний инж.-гео­крио­ло­гич. об­ста­нов­ки при хо­зяйств. ос­вое­нии тер­ри­то­рий. Про­во­дят­ся инж.-гео­крио­ло­гич. изы­ска­ния с це­лью вы­бо­ра для хо­зяйств. ос­вое­ния кон­крет­ных рай­онов, уча­ст­ков и стро­ит. пло­ща­док. Осу­ще­ст­в­ля­ет­ся про­гноз по­ве­де­ния ос­но­ва­ний и фун­да­мен­тов на пе­рио­ды строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции инж. объ­ек­тов, при не­бла­го­при­ят­ном про­гно­зе со­став­ля­ет­ся про­ект ме­ро­прия­тий по управ­ле­нию мерз­лот­ным про­цес­сом. Спе­циа­ли­зи­ро­ван­ная ин­же­нер­ная Г. раз­ра­ба­ты­ва­ет инж.-гео­ло­гич. обос­но­ва­ние на­дёж­но­го и эко­но­мич­но­го строи­тель­ст­ва и экс­плуа­та­ции кон­крет­ных инж. со­ору­же­ний на мёрз­лых, про­мер­заю­щих и про­таи­ваю­щих грун­тах. В за­ви­си­мо­сти от спе­циа­ли­за­ции объ­ек­тов вы­де­ля­ют­ся на­прав­ле­ния: строи­тель­ное (про­мыш­лен­ное, го­род­ское, гид­ро­тех­нич., транс­порт­ное, тру­бо­про­вод­ное и др. ви­ды строи­тель­ст­ва), гор­ное (под­зем­ные со­ору­же­ния, мет­ро, тон­не­ли и др., от­кры­тые и под­зем­ные гор­ные вы­ра­бот­ки, неф­те­га­зо­вые про­мыс­лы и др.), аг­ро­био­ло­ги­че­ское (лес­ное и сель­ское хо­зяй­ст­во и др.).

Экологическая геокриология

(фор­ми­ру­ет­ся с кон. 20 в. в свя­зи с рос­том тех­но­ген­ных на­гру­зок на при­род­ную сре­ду крио­ли­то­зо­ны, при­во­дя­щих к рез­ко­му на­ру­ше­нию сло­жив­ше­го­ся ква­зи­рав­но­вес­но­го со­стоя­ния су­ще­ст­вую­щих эко­си­стем) за­ни­ма­ет­ся про­гно­зи­ро­ва­ни­ем воз­мож­ных по­след­ст­вий тех­но­ген­ных на­ру­ше­ний на от­дель­ных про­мыш­лен­но раз­ви­тых тер­ри­то­ри­ях крио­ли­то­зо­ны (по­сёл­ки и го­ро­да, уча­ст­ки ос­вое­ния ме­сто­ро­ж­де­ний по­лез­ных ис­ко­пае­мых, за­хо­ро­не­ния ток­сич­ных, в т. ч. ра­дио­ак­тив­ных, от­хо­дов про­из­водств и др.) и раз­ра­бот­кой опе­ре­жаю­щих мер и ме­ро­прия­тий, ог­ра­ни­чи­ваю­щих не­га­тив­ное ан­тро­по­ген­ное воз­дей­ст­вие на при­род­ную сре­ду. Ос­но­вой для это­го яв­ля­ет­ся оце­ноч­ное эко­ло­го-гео­крио­ло­гич. рай­они­ро­ва­ние и кар­ти­ро­ва­ние тер­ри­то­рий на пред­ва­ри­тель­ных ста­ди­ях их ос­вое­ния.

Исторические сведения

С 16 в. из­вест­ны све­де­ния о мерз­ло­те (ко­то­рую в Зап. Ев­ро­пе на­зы­ва­ли «рус­ским сфин­ксом»). Пер­вое на­уч. пред­став­ле­ние об ус­ло­ви­ях раз­ви­тия и ши­ро­ком рас­про­стра­не­нии мно­го­лет­не­мёрз­лых по­род дал М. В. Ло­мо­но­сов (1757). Из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры мёрз­лых по­род, про­из­ве­дён­ные впер­вые в Шер­гин­ской шах­те Якут­ска (1837) на глу­би­не 116 м, по­зво­ли­ли пред­по­ло­жи­тель­но оце­нить мощ­ность этих по­род. В нач. 20 в. Г. раз­ви­ва­лась как на­прав­ле­ние ис­сле­до­ва­ний ин­же­нер­ной геоло­гии, в 1925–30-е гг. Г. вы­де­ля­ет­ся в са­мо­сто­ят. нау­ку, ста­нов­ле­ние ко­то­рой свя­за­но с име­на­ми рос. учё­ных М. И. Сум­ги­на, В. А. Об­ру­че­ва, В. И. Вер­над­ско­го, Н. А. Цы­то­ви­ча, Н. И. Тол­сти­хи­на и др. В 1929 при АН СССР ор­га­ни­зо­ва­на по­сто­ян­ная Ко­мис­сия по изу­че­нию веч­ной мерз­ло­ты (с 1930 под пред­се­да­тель­ст­вом Об­ру­че­ва), на ос­но­ве ко­то­рой в 1939 в Мо­ск­ве соз­дан Ин-т мерз­ло­то­ве­де­ния АН СССР им. В. А. Об­ру­че­ва (ны­не им. П. И. Мель­ни­ко­ва РАН, в г. Якутск). В 1953 на гео­ло­гич. ф-те МГУ соз­да­на пер­вая в ми­ре ка­фед­ра мерз­ло­то­ве­де­ния, где под рук. В. А. Куд­ряв­це­ва сфор­ми­ро­ва­лась на­уч. шко­ла гео­крио­ло­гов – центр под­го­тов­ки спе­циа­ли­стов это­го про­фи­ля. В 1970 при Пре­зи­диу­ме АН СССР в Мо­ск­ве об­ра­зо­ван На­уч. со­вет по крио­ло­гии Зем­ли. Ор­га­ни­зо­ва­на Ме­ж­ду­нар. ас­со­циа­ция по мерз­ло­то­ве­де­нию, пер­вым пре­зи­ден­том ко­то­рой был из­бран П. И. Мель­ни­ков (1983). Ре­зуль­та­ты ре­гио­наль­ных гео­крио­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний и тео­ре­тич. обоб­ще­ний под­ве­де­ны в Гео­крио­ло­ги­че­ской кар­те СССР мас­шта­ба 1: 2500000 (1997), ря­де мо­но­гра­фий (Гео­крио­ло­гия СССР в 5 т., 1988–89; Ос­но­вы гео­крио­ло­гии в 6 ч., 1995–2006) и др. Совр. Г., кро­ме ре­ше­ния тра­диц. за­дач, ори­ен­ти­ро­ва­на на ис­сле­до­ва­ния, свя­зан­ные с эко­ло­гич. проб­ле­ма­ми при ос­вое­нии при­род­ных ре­сур­сов крио­ли­то­зо­ны в пре­де­лах Ев­роп. Се­ве­ра, се­ве­ра Зап. и Вост. Си­би­ри, Даль­не­го Во­сто­ка; из­уче­ние шель­фов се­вер­ных мо­рей, а так­же эво­лю­ции крио­ли­то­зо­ны в ис­то­рии Зем­ли (вклю­чая фа­не­ро­зой и про­те­ро­зой) и её ди­нами­ки в свя­зи с ес­теств. и тех­но­ген­ны­ми гло­баль­ны­ми из­ме­не­ния­ми кли­ма­та. Кро­ме то­го, в свя­зи с воз­рас­таю­щим зна­че­ни­ем из­уче­ния пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы в Г. раз­вива­ет­ся новое на­уч. на­прав­ле­ние – крио­ло­гия планет.

Ис­сле­до­ва­ния по Г. ве­дут­ся в н.-и. ин-тах РАН (Ин-т мерз­ло­то­ве­де­ния им. П. И. Мель­ни­ко­ва, Якутск, 1961; Ин-т крио­сфе­ры Зем­ли, Тю­мень; Ин-т гео­эко­ло­гии, Мо­ск­ва), на­уч.-про­из­водств. и изы­ска­тель­ских ин-тах Агент­ст­ва по жи­лищ­но-ком­му­наль­но­му хо­зяй­ст­ву и строи­тель­ст­ву, Мин-ва при­род­ных ре­сур­сов, ву­зах (МГУ, С.-Пе­терб., Чи­тин­ском, Якут­ском и др. ун-тах), а так­же за ру­бе­жом: в США, Ка­на­де, Ки­тае, Гер­ма­нии, Япо­нии, Нор­ве­гии и др.