глубина промерзания
Когда-то я думал, что мир устроен просто. Вот и про глубину промерзания я тоже думал очень примитивно — чего ж там знать-то, что измерять? Засунул градусник в землю и смотри, наблюдай всю зиму, до куда опустится 0 °C. Конечно, как и с мироустройством, я заблуждался и о глубине промерзания! Я попытаюсь немного копнуть вглубь, показать, что же там может быть сложного и интересного. Например, присутствие 0 °C ещё не является показателем промерзания, так как грунтовая вода порой замерзает при более низких температурах. Или вот наличие большой влажности, казалось бы, уменьшит теплосопротивление и увеличит глубину промерзания — ан нет! Всё наоборот, так как при замерзании воды выделяется теплота льдообразования.
Теория
Промерзание грунта – это переход его из одного состояния в другое с резким изменением физико-механических свойств. Это сложный процесс, протекающий по-разному для различных видов грунтов. Все грунты по особенностям их промерзания в природных условиях подразделяются на три основные группы:
I – суглинки и глины;
II – супеси, мелкие и пылеватые пески;
III – средние пески, крупнозернистые и крупнообломочные грунты.
Глубина и характер промерзания грунтов зависят от температуры воздуха, высоты снежного покрова, растительности, типа грунта, степени увлажнения его и ряда других метеорологических факторов.
По данным наблюдений, глубина проникновения нулевой изотермы при одинаковой сумме отрицательных среднесуточных температур воздуха для различных типов грунтов разная. Например: для суглинков – 135 см; мелких и пылеватых песков – 139 см; крупнообломочных грунтов – 177 см. Неодинаковы также глубина проникновения отрицательной температуры в грунт и температура замерзания грунтов. Крупнообломочные грунты замерзают при температуре близкой к 0 °C с образованием заметной границы между талым и мерзлым грунтами. При промерзании мелкодисперсных грунтов образуется зона промерзания (слой, в котором происходят фазовые превращения воды), разделяющая полностью промерзший и талый грунты.
Температура замерзания мелкодисперсных грунтов более низкая, чем у крупнообломочных грунтов. Это связано с тем, что мелкозернистые грунты имеют мелкие поры и повышенное количество связанной воды, которая замерзает при значительно низшей температуре, чем свободная вода.
Грунтовая вода обычно является связанной, плотность ее более единицы, она содержит, как правило, растворимые соли, взвешенные частицы, испытывает большое давление со стороны защемленного воздуха, имеет меньшую степень подвижности, чем вода, находящаяся в свободном состоянии. Совокупность указанных свойств как раз и понижает температуру замерзания грунтовой влаги, а вместе с ней и самого грунта. Установлено, что все грунты замерзают при температуре ниже 0 °C. Существенное влияние на это оказывают вид грунта, его влажность и продолжительность действия отрицательной температуры. Например, глинистый грунт с влажностью 30 % замерзает при температуре от -1,0 °C до -2,0 °C, а песок с 10 %-ной влажностью – при температуре -0,5 °C. Это говорит о том, что глубина промерзания грунтов зависит не только от вида грунта, но и от его влажности. Чем выше теплопроводность грунта, тем больше глубина его промерзания. Влажность грунта в начальный момент способствует промерзанию так как увеличивает теплопроводность, а в дальнейшем процесс замедляется.
Это связано с тем, что при замерзании воды выделяется теплота льдообразования, поэтому скорость и глубина промерзания более влажного грунта будут меньше, чем грунта с меньшей влажностью.
Из анализа работ по определению глубины промерзания грунтов следует, что она в основном зависит от климатических, гидрологических, грунтовых и других природных условий, которые варьируются в широких пределах, поэтому и глубина промерзания не остается постоянной, а изменяется из года в год. В связи с этим глубину промерзания грунтов можно рассматривать как случайную величину, и для ее определения применять вероятностные методы.
Применение теории вероятностей к определению глубины промерзания грунтов основано на центральной предельной теореме теории вероятностей. Установлено, что глубина промерзания грунтов подчиняется нормальному закону распределения, который вполне может быть применен для ее определения. С помощью кривых распределения (обеспеченности) можно определить глубину промерзания грунтов любой заданной обеспеченности в пределах данного периода наблюдений.
В практике ряды наблюдений (на метеорологических станциях) за глубиной промерзания грунтов бывают короткими и не дают возможности построить надежную кривую распределения (для Беларуси ряды наблюдений составляют 20–30 лет). В связи с этим, разными авторами разработаны теоретические кривые распределения, с помощью которых можно определить величину редкой повторяемости, выходящую за пределы ряда наблюдений. К ним относят: биноминальную кривую распределения С. И. Рыбкина, трехпараметрическое Г-распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля.
Так же применяют методику определения глубины промерзания грунтов статистическим методом, который заключается в обработке статистических данных по глубине промерзания грунтов, которые систематически ведутся на метеостанциях. Полученные наблюдения за глубиной промерзания на метеостанциях в обобщенном виде учитывают все факторы, влияющее на промерзание грунтов. В зависимости от наличия фактических данных о глубине промерзания может быть два случая, а, следовательно, и два разных подхода к определению глубины промерзания грунтов.
Первый случай – данные наблюдений за глубиной промерзания грунта имеются, то есть в данном конкретном районе проводились наблюдения за глубиной промерзания не менее чем 10 лет.
Второй случай – данные наблюдений за глубиной промерзания в данном районе отсутствуют (наиболее распространенный случай, особенно в дорожном строительстве).
Для первого случая существует целый ряд формул и номограмм, их я не буду приводить в рамках этой статьи вследствие уж очень узкой направленности и довольно большого объёма теоретической части. А вот второй случай приближает нас к более понятным картинкам.
В основу этого подхода положены карты изолиний средней максимальной глубины промерзания грунтов и коэффициента вариации, которые составлены для Республики Беларусь и Европейской части СНГ.
Порядок расчета следующий:
1. По карте изолиний (см. рис. 1) находят среднюю максимальную глубину промерзания грунта под снегом Zср, а по карте изолиний (см. рис.
2) – коэффициент вариации Cv.
2. По значению Cv и заданному проценту обеспеченности подбирается соответствующий модульный коэффициент Кs по номограмме на рис. 3.
3. Максимальная глубина промерзания грунта под снежным покровом заданной обеспеченности определяется по формуле Z=Ks*Zср. Следует отметить, что без снежного покрова полученное значение необходимо удвоить.
Практика
Разработанный метод определения глубины промерзания грунтов с использованием карт изолиний, то есть второй способ, позволил произвести районирование территории Республики Беларусь по глубине промерзания. В основу районирования территории республики положены грунтовые карты, разработанные академиком АН БССР П. П. Роговым, карты изолиний глубины промерзания грунтов, данные о сумме отрицательных температур воздуха (сумма морозо-дней) и некоторые другие.
Районирование разделило территорию Республики Беларусь на три зоны по глубине промерзания грунтов (рис. 4): I-я – Юго-Западная.
Граница ее с Запада – граница Республики Беларусь, с Востока – граница зоны проходит по городам: Вороново – Ивье – Новогрудок – Ганцевичи – Житковичи – Лельчицы;
II-я – находится между границами I-й и III-й зон;
III-я – Северо-Восточная. Граница ее с Востока – граница Республики Беларусь, с Запада граница проходит по городам: Шаркавщина – Глубокое – Докшицы – Борисов – Березино – Кличев – Бобруйск – Жлобин – Будо-Кошелево – Ветка.
I-я зона характеризуется средней многолетней глубиной промерзания грунтов в пределах 45–50 см;
II-я зона – средняя многолетняя глубина промерзания грунтов – 50–60 см;
III-я зона – соответственно, 60–75 см.
Указанные границы зон (см. рис. 4) приблизительно совпадают с климатическими картами: температурой воздуха в самые холодные периоды года, с высотой снежного покрова и количеством дней его стояния, с почвенно-грунтовой картой и др.
Строительные нормы РБ
Вся теория, конечно, хороша, но в строительных нормативных документах должно быть всё прописано очень простым и понятным языком, чтобы любой инженер смог достать справочник глубин промерзания и найти нужную цифру (как в анекдоте: Физику, математику и инженеру дали задание найти объём красного мячика.
Физик погрузил мяч в стакан с водой и измерилл объём вытесненной жидкости. Математик измерил диаметр мяча и рассчитал тройной интеграл. Инженер достал из стола свою «Таблицу объёмов красных резиновых мячиков» и нашёл нужное значение.)
Главная задача обычного человека — знать, где искать этот справочник. А таковой для Беларуси называется СНБ 2.04.02 – 2000 «СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ». К нашей теме относится табличка 3.6 «Глубина промерзания»
«Глубина промерзания грунта» – полезная информация от Моя дача
Глубина промерзания грунта является очень важным показателем. И во многих случаях о ней необходимо иметь самое что ни на есть четкое представление. Важно знать, что глубину промерзания грунта можно примерно определить уже по географическому положению земельного участка. В частности, чем севернее расположен участок, чем ниже среднегодовые температуры в здешних краях, тем большей является глубина промерзания грунта. И в случае, если планируется строительство дома, которое начинается с закладки фундамента, этот показатель просто необходимо учитывать.
Ведь дом по сути своей непременно должен стоять целым и невредимым очень долгое время. Значит, для этого нужен действительно крепкий и надежный фундамент.
А для этого его, фундамент, необходимо заложить ниже уровня глубины промерзания грунта. Иначе фундамент деформируется, а со временем и вовсе разрушится. Дело в том, что находящаяся в грунте влага, которая в холодное время года замерзает, расширяется в объеме, вследствие чего происходит так называемое вспучивание грунта. В результате грунт поднимается, «вспучивается», то есть, нарушается его структура, при которой был заложен фундамент. И фундамент тоже непременно теряет свое изначальное положение и нормальную форму. Последствия этого необратимы, и понятно, что здание с разрушенным фундаментом ремонтировать бесполезно.
Поэтому, собираясь заложить фундамент, надо непременно понимать, насколько это серьезно. Необходимо, прежде всего, учесть глубину промерзания. В принципе, можно попробовать ее проверить. Но лучшим и более надежным вариантом является поиск действительно достоверных данных по этому поводу.
Так, например, достоверными точными данными глубины промерзания грунта обязательно располагают районные строительные организации. И если планируете строительство, то стоит поинтересоваться этой важнейшей информацией именно здесь. Ведь чтобы рассчитать глубину промерзания грунта, надо учитывать множество факторов. В частности, это уровень грунтовых вод, вид грунта. И самостоятельно сделать это по-настоящему правильно практически нереально. Также очень важно понимать и учитывать важность уровня промерзания грунтовых вод, и обезопасить участок от вспучивание грунта.
Если грунтовые воды не промерзают, особых проблем с фундаментом возникнуть не должно. А вот если промерзают и грунтовые воды, то к этому надо относиться максимально серьезно. Как минимум, надо ориентироваться на то, как закладывают фундаменты в данной местности, какая глубина наиболее распространена. Ведь с этим ни в коем случае нельзя ошибаться, ошибка может обойтись очень дорого и иметь самые печальные последствия. Для того, чтобы выяснить особенности грунта, на котором будет закладываться фундамент, есть смысл выкопать специальный пробный «колодец» — шурф, глубина которого должна составлять 2- 2,5 метра.
И стоит проверить грунт, на котором будет строиться дом. Комок грунта надо положить в емкость с водой. И если он легко растворятся в жидкости, то надо понимать, что, замерзнув, такая почва непременно просядет под фундаментом. Именно поэтому фундамент непременно должен быть заложен ниже уровня промерзания грунта. Разница между уровнем фундамента и уровнем промерзания грунта должна быть не менее 20 сантиметров.
И надо знать, что даже в самом теплом климате, глубина заложения фундамента не должна быть менее половины метра. Исключение составляют разве что скалистые грунты. Они не никогда промерзают, не размываются, не разрушаются. И можно вовсе не делать углублений в почву. Самым непростым и непредсказуемым для произведения на нем строительства является глинистый грунт. Но самое главное — учитывать все жизненно важные особенности почвы, на которой строишь дом. Кроме того, быть может, стоит учитывать, что в таблицах, где указаны величины промерзания грунта, — максимальные данные. И, в основном, реальная глубина грунта почти всегда отличается от нормативной.
Также глубина промерзания грунта под жилым отапливаемым домом становиться гораздо меньшей, и это вполне естественно. Но все-таки лучше обезопасить себя от возможных неприятностей, рассчитывая все-таки на максимальную глубину промерзания грунта, как это, собственно говоря, и должно быть.
Глубина промерзания грунта — это действительно очень серьезный вопрос. Его изучением занимается строительная климатология и геофизика. Существуют карты районирования промерзания грунтов, по которым можно определить этот показатель, исходя из географического местоположения. Как уже было сказано выше, лучше всего все-таки обратиться за советом в местную строительную организацию, которая располагает по этому поводу достаточно точной информацией. Главное, учитывать природные особенности местности. Ведь это действительно необходимо.
Оборудование для измерения температуры замерзания грунтов при повышенном давлении
NASA/ADS
Оборудование для измерения температуры замерзания грунтов под повышенным давлением
- Ван, Даян ;
- Гуань, Хуэй ;
- Вэнь, Чжи ;
- млн лет назад, Вэй
Аннотация
Температура замерзания грунта – это наивысшая температура, при которой в системе может присутствовать лед и грунт можно назвать мерзлым.
Температура промерзания грунта является важным параметром для решения многих практических задач в строительстве, таких как оценка глубины промерзания грунта, прогнозирование пучения грунта, сила всасывания грунта и т. д. Однако, поскольку на температуру промерзания всегда влияет множество факторов Как размер частиц почвы, минеральный состав, содержание воды и внешнее давление, которое испытывают почвы, измерение температуры промерзания почвы до сих пор является довольно сложной задачей, не говоря уже о почве, испытывающей более высокое давление. Но в последнее время, с технологией искусственного замораживания, широко используемой при раскопках глубоких подземных пространств, толщина мерзлой стены является ключевым фактором, влияющим на безопасность и стабильность глубокой мерзлой стены. Для определения толщины стенки промерзания необходимо в первую очередь определить положение фронта промерзания, что будет касаться определения температуры промерзания грунта. Таким образом, как измерить температуру замерзания почвы, подвергающейся более высокому давлению, является важной проблемой, которую необходимо решить.
- Публикация:
Тезисы конференции Генеральной Ассамблеи EGU
- Дата публикации:
- май 2014 г.
- Биб-код:
- 2014EGUGA..16.1320W
Наука мерзлой земли | Национальный центр данных по снегу и льду
Как образуется вечная мерзлота?
Когда температура земли падает до 0°C (32°F), вода, захваченная в отложениях, почве и порах горных пород, превращается в лед. После замерзания он считается мерзлым грунтом. Когда земля остается замороженной в течение как минимум двух лет подряд, она известна как вечная мерзлота. Земля, которая замерзает и оттаивает каждый год, называется сезонномерзлой.
Говоря о таянии мерзлой земли, ученые не используют слово «таяние», означающее, что твердое тело становится жидким. Когда мерзлый грунт оттаивает, он остается твердым.
Воздействие на погоду и климат
Мерзлая почва и вечная мерзлота влияют как на погоду, так и на климат Земли.
Удивительно, но сезонно промерзшая земля делает воздух немного теплее, чем он был бы в противном случае. Когда почва замерзает зимой, она выделяет тепло в атмосферу, потому что вода выделяет тепло, когда превращается из жидкого льда в твердый. Это известно как выделение скрытого тепла. Почва также может накапливать солнечное тепло. Мерзлая почва выделяет больше этого тепла, чем незамерзшая почва, потому что мерзлая почва лучше проводит тепло.
Промерзшие почвы также помогают удерживать влагу и являются водонепроницаемыми. Они могут действовать как бетонный слой, особенно когда почва пропитана льдом. Тонкий слой промерзшей почвы препятствует испарению влаги из нижних слоев.
Таким образом, мерзлая земля помогает регулировать круговорот воды.
Вечная мерзлота также влияет на влажность местности. Районы вечной мерзлоты имеют много водно-болотных угодий. Вода на поверхности от таяния снега и летних дождей не может пройти сквозь вечную мерзлоту. Верхний слой (или активный слой) почвы может оттаивать и пропускать воду. Но под ним вечная мерзлота действует как водонепроницаемый барьер. Затем летом обычно образуются мелкие пруды, озера и болота. Эти водно-болотные угодья важны для растений и животных, обитающих в районах вечной мерзлоты. Во многих районах с вечной мерзлотой выпадает очень мало дождей и снегопадов. Без вечной мерзлоты вода впитывалась бы в землю или стекала с нее, и регион стал бы очень сухим.
Вечная мерзлота и круговорот углерода
На этой карте северного циркумполярного региона показано количество органического углерода почвы в верхних 3 метрах (9,8 фута). Значительное количество углерода, от 25 до 30 процентов, также сохраняется на глубине более 3 метров (9,8 футов) из-за того, что вечная мерзлота зарывает углерод в почву.
— Кредит:
Mapping Specialists, Ltd./Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) Обновленный арктический отчет за 2019 г.Мерзлая земля влияет на круговорот углерода в экосистеме. Почва обычно выделяет углерод в атмосферу. Этот углерод поступает из разлагающихся растений и животных в почве. Если мерзлые почвы достаточно холодные, они перестанут выделять углерод, удерживая больше углерода в мерзлой земле.
Некоторое количество углерода на протяжении сотен тысяч лет находилось в мерзлой земле. Это произошло в период истории Земли, называемый плейстоценом, характеризующимся серией ледниковых периодов, которые начались 2 500 000 лет назад и закончились около 12 000 лет назад. В океанах было меньше воды, а ледяные щиты и ледники были намного толще и покрывали гораздо большую площадь, чем сегодня. Однако были и промежуточные теплые периоды, называемые межледниковьями. Часть земли, промерзшей в холодные периоды, до сих пор промерзла.
Многослойная Земля: Свойства мерзлого грунта
Плотность замерзшей воды
Когда вода замерзает, она расширяется, то есть жидкая вода занимает больше места после превращения в лед. Таким образом, лед примерно на 90 процентов плотнее воды, поэтому он плавает. Точно так же, как плавают кубики льда в стакане с водой, плавает лед в озере, и то же самое верно для айсбергов.
Когда вода превращается в лед в почве, она расширяется с большой силой, вызывая вздутие почвы.
Сообщества, которые живут в местах с очень холодными зимними сезонами, знают, что промерзший грунт может повредить дороги. Например, вода, превращающаяся в лед под дорогами, иногда создает ледяное пучение: расширяющийся лед толкает дорогу вверх и образует горб.
Когда вода замерзает, а затем тает, это способствует образованию выбоин и затонувших участков на проезжей части.
Иногда в очень холодных местах под почвой образуется слой чистого льда. Этот слой называется сегрегированным льдом — он не смешивается с почвой. Толщина сегрегированного льда может достигать нескольких метров (до 10 футов). Сегрегированный лед образуется, когда пористый лед, замерзшая вода, которая замерзает в отложениях и трескается в почве и камнях, притягивает воду, которая замерзает и притягивает еще больше воды. Этот эффект называется криосакцией. Криоотсос заставляет мерзлый слой расти, а растущий слой еще больше расширяет почву. Криоаспирация может увеличить постоянно мерзлый грунт на 50 процентов.
Распределение температуры в почве
Глубокие слои почвы могут быть холоднее или теплее, чем слои вблизи поверхности земли. Верхний слой обычно реагирует на условия на поверхности, но нижние слои могут реагировать медленнее. Возьмем, к примеру, теплый летний день: приповерхностный слой, обычно оттаявший в это время года, поглощает тепло и становится значительно теплее, чем температура на глубине метра (несколько футов) под землей.
Зимой происходит наоборот. Поверхность земли охлаждается, но слой глубоко под землей может оставаться теплее, чем поверхность.
Это наслоение температур называется температурным градиентом, и поток тепла всегда идет от высокой температуры к низкой температуре. Градиент летней температуры в таком холодном месте, как на севере Аляски, может выглядеть так: температура воздуха выше точки замерзания, поверхность земли выше точки замерзания, но более глубокие слои земли постоянно промерзают.
Тип почвы в районе также влияет на способность земли сохранять тепло. В рыхлых почвах, таких как песок, больше места для воды. В рыхлых грунтах с крупными частицами лед образуется легче. В плотных почвах с мелкими частицами не так много места для воды. Поэтому глина не так легко замерзает, как песок.
Глубина промерзания земли
Глубина промерзания земли во многом зависит от того, как долго воздух над ней холодный. Чем дольше будет холодный период, тем глубже промерзнет земля.
Но глубина промерзания ограничена, потому что земля теплая глубоко внутри и проводит тепло вверх.
Большая часть тепла Земли исходит от солнца. Земля хранит много солнечного тепла, а остальное отражает в воздух. Снег и лед имеют светлый цвет и отражают больше тепла. Океанская вода и голая земля отражают меньше тепла, вместо этого поглощая его. Этот перенос тепла между землей и воздухом называется поверхностным потоком энергии.
Как только что было сказано, тепло также исходит из Земли. Из-за радиоактивного распада глубокие недра Земли раскалены лавой, и это тепло перемещается к более холодной поверхности. Это движение тепла к поверхности называется геотермальным тепловым потоком. Геотермальный тепловой поток может остановить замерзание земли. Даже в очень холодных районах земля может промерзнуть лишь до тех пор, пока поток геотермального тепла не остановит ее.
Тепло вулканов, рек, озер и других источников также может распространяться по земле. Это тепло сохраняет некоторые области незамерзающими, даже если температура поверхности низкая.
Как правило, более глубокая вечная мерзлота старше, чем более мелкая вечная мерзлота. Один исследователь обнаружил, что самая глубокая часть вечной мерзлоты под заливом Прадхо на Аляске была заморожена более 500 000 лет.
Ландшафтные особенности
Мерзлая земля замерзает и оттаивает, создавая различные рельефные формы. Некоторые из этих особенностей характерны для вечной мерзлоты.
Игольчатый лед
Эти странные ледяные кристаллы, называемые игольчатым льдом, образуются на промерзшей земле. — Кредит: Дж. БрюИгольчатый лед может образоваться в любом месте, где земля промерзает. Игольчатый лед образуется, когда земля насыщена водой, а затем быстро замерзает. Кристаллы льда растут вверх, начиная с глубины нескольких сантиметров (дюймов) под землей. Если воздух остается достаточно холодным, игольчатый лед может вырасти до 40 сантиметров (16 дюймов) в длину.
В районе Британской Колумбии в Канаде этот игольчатый лед образовался в насыщенной почве, которая затем быстро замерзла.
— Кредит:
Рут Хартнап/FlickrУзорчатый грунт
На этом аэрофотоснимке показан круговой и многоугольный пейзаж тундры летом на полуострове Таймыр, Россия. — Кредит: Владимир Мельник/stock.adobe.comВ Арктике на суше образуются гигантские области кругов, полос, многоугольников и других форм. Эти участки называются узорчатым грунтом. Узорчатый грунт образуется, когда вода и лед в земле перемещают каменистую почву.
Ледяные клинья
Гигантские башни слоистого льда могут образовываться из маленьких трещин в земле, которые постоянно увеличиваются. Эти башни называются ледяными клиньями. Чтобы увидеть, как формируются ледяные клинья, посмотрите фильм «Узорчатая земля: как ледяные клинья вечной мерзлоты вызывают многоугольники и холмы в тундре».
Пингос
Путешественник стоит на вершине лопнувшего пинго среди вечной мерзлоты Шпицбергена, крупнейшего и единственного постоянно населенного острова архипелага Шпицберген на севере Норвегии.
— Кредит:
Гуннар/stock.adobe.comПинго — небольшие холмы с ледяными ядрами. Пинго образуются, когда толстый подземный лед выталкивает верхние слои почвы. Их высота варьируется от 3 до 70 метров (от 10 до 230 футов) и от 30 до 1000 метров (от 100 до 3300 футов) в диаметре. Обычно они имеют конусообразную форму, иногда с углублением на вершине, как у вулкана. Пинго образуются только в вечной мерзлоте, поэтому обрушившийся пинго предполагает бывшую среду вечной мерзлоты.
Палсас
Палсас — это холмы, похожие на пинго, но меньшего размера, которые обычно встречаются на заболоченных территориях. Палсы образуются, когда лед притягивает жидкую воду.
Каменные ледники
Каменный ледник Моренас Колорадас в засушливых центральных Андах Аргентины является ярким примером активно ползучих вечных лесов. Отложения каменного глетчера заполняют всю долину, медленно перемещаясь вниз по склону в результате перигляциальных процессов, которые создают впечатляющие выступы с крутыми фронтами.
Каменный ледник Моренас Колорадас длиной более 4 километров (2,5 мили) является одним из крупнейших каменных ледников в центральных Андах.
— Кредит:
Ян Хенрик Блёте/ImaggeoКаменные глетчеры — это реки из камней, грязи и льда, которые медленно текут вниз по склону. Каменные ледники отличаются от ледяных ледников тем, что они образуются из материала на земле. Ледяные глетчеры формируются, когда снег падает на землю и в течение многих лет спрессовывается в лед.
Термокарстовые озера
Пролетая над прерывистыми ландшафтами вечной мерзлоты в долине реки Кит в Уапмагустуи, Квебек, Канада, можно увидеть красочные термокарстовые озера. Таяние вечной мерзлоты высвобождает воду, образующую эти озера. — Кредит: Мария Шил/Imaggeo
В некоторых частях Исландии большие глыбы, называемые туфурами, образуются, когда земля замерзает и оттаивает.
— Кредит:
Райнхольд РихтерКочки
Кочки образуются на участках с плотной почвой, содержащей мелкие частицы, например глинистой почвой. Когда вода в почве замерзает и оттаивает, она может вытолкнуть гладкие комки почвы. Торосы часто образуются большими группами. Они могут образовываться независимо от того, есть ли под ними вечная мерзлота.
Туфур
Туфур — это огромные точи , которые сохраняются из года в год. Они могут быть более полуметра (1,6 фута) в высоту. Туфуры образуются либо в деятельном слое в районах вечной мерзлоты, либо в сезонномерзлых грунтах в районах без вечной мерзлоты при промерзании грунта.
Типы вечной мерзлоты
Сплошная вечная мерзлота
Сплошная вечная мерзлота существует почти под всей поверхностью земли в районе (от 90 до 100 процентов ландшафта).
Области со сплошной вечной мерзлотой часто имеют толщину слоев вечной мерзлоты более 100 метров (330 футов). Самая глубокая вечная мерзлота из когда-либо обнаруженных находится в Сибири, регионе на севере России. В одном районе Сибири слой вечной мерзлоты простирается на 1650 метров (5410 футов).
Прерывистая вечная мерзлота
Прерывистая вечная мерзлота существует под большой частью определенной территории или только в нескольких определенных местах, подстилая от 50 до 90 процентов ландшафта. Альпийская вечная мерзлота — это прерывистая вечная мерзлота, которая существует на вершинах гор, где земля остается очень холодной. В районах с прерывистой вечной мерзлотой слой вечной мерзлоты может простираться на глубину до 10 метров (33 фута) под землей. Талики представляют собой участки незамерзшей земли в вечной мерзлоте.
Спорадическая вечная мерзлота
Спорадическая вечная мерзлота означает, что от 10 до 50 процентов подстилающей поверхности покрыто вечной мерзлотой.
Изолированная вечная мерзлота
Изолированная вечная мерзлота означает, что менее 10 процентов поверхности покрыто вечной мерзлотой.
Подводная вечная мерзлота
Несмотря на свое название, подводная вечная мерзлота не образуется под океаном. Однако он существует под морским дном и на континентальных шельфах полярных регионов. Подводная вечная мерзлота относится к вечной мерзлоте, образовавшейся на суше во время ледниковых периодов плейстоцена, когда большая часть земной воды оказалась в ловушке массивных ледяных щитов, что привело к снижению уровня моря. По мере таяния ледяных щитов земля была затоплена, а уровень моря поднялся до 39 градусов.0 футов (120 метров), начиная примерно 18 000 лет назад.
Исследования и данные
Ученые используют множество различных методов для изучения мерзлого грунта, от космоса до полевых работ. Ученые проверяют спутниковую информацию, сравнивая ее с тем, что они узнали в ходе полевых исследований. Другие ученые работают в лабораториях, экспериментируя на мерзлой земле.
В помещении ученые могут контролировать условия и изучать процессы, происходящие при замерзании земли. Например, они могут изучить, как быстро замерзает вода в разных почвах.
Используя компьютеры, ученые могут моделировать состояние мерзлого грунта, используя информацию, полученную в результате полевых работ, спутников и лабораторий. Эксперты могут проверять идеи, настраивать переменные и делать прогнозы того, что произойдет с мерзлым грунтом в будущем. Например, они могут исследовать, как вечная мерзлота может реагировать на повышение температуры воздуха.
Глаза в небе: спутниковые наблюдения вечной мерзлоты
Вечную мерзлоту трудно увидеть. Полагаться только на полевые наблюдения трудно, если не невозможно. Спутники предоставляют ежедневные данные, охватывающие весь земной шар.
Однако современные спутниковые датчики не могут заглянуть глубоко под землю. Вместо этого ученые изучают формы рельефа, связанные с участками земли. Ландшафты вечной мерзлоты образуют узнаваемые узоры, такие как палсы и пинго.
Таким образом, изменения в этих ландшафтах также могут быть признаком потепления. В частности, в качестве симптомов таяния вечной мерзлоты ученые ищут отслоения деятельного слоя, регрессивные оползни таяния, деградировавшие полигоны жильных льдин и термокарстовые озера.
- Отрывы деятельного слоя представляют собой небольшие оползни, возникающие летом или при таянии вечной мерзлоты.
- Регрессивные оползни оттаивания происходят, когда склон обрушивается из-за того, что богатая льдом вечная мерзлота продвигается в ненарушенный грунт по мере оттаивания материала.
- Полигоны жил-ледяных жил представляют собой трещины вечной мерзлоты, сформированные в виде многоугольников. Они образуются в результате сжатия мерзлого грунта зимой, после чего жидкая вода в грунте замерзает и расширяется, образуя трещины на поверхности.
- Оттаивающий подземный лед может постепенно прогибаться — процесс, известный как термокарст, который приводит к образованию неровной поверхности болотистых чаш.
Спутниковые данные также могут информировать ученых о температуре поверхности земли и о том, замерзла ли вода у поверхности. Ученые проверяют спутниковую информацию, сравнивая ее с тем, что они узнали в полевых условиях. Спутник NASA Soil Moisture Active Passive, или SMAP, вращается вокруг Земли и измеряет количество воды в верхних 5 сантиметрах (2 фута) почвы. SMAP может расшифровать, замерзла или оттаяла почва.
Ученые также используют спутники НАСА для обнаружения силы тяжести и эксперимента по изменению климата (GRACE), чтобы проследить изменения в резервуарах подземных вод, которые могут указывать на таяние вечной мерзлоты.
В полевых условиях: методы измерения вечной мерзлоты
Исследователи измеряют береговую эрозию и таяние вечной мерзлоты на острове Гершель, Канада. — Кредит: Борис Радосавлевич/Flickr Ученые собирают в полевых условиях информацию о температуре грунта, глубине промерзания и влажности.
Эта информация полезна для понимания того, как формируется и изменяется мерзлый грунт. Например, с помощью этой информации ученые могут получить представление о том, как со временем меняется вечная мерзлота. Ученые следят за толщиной активного слоя вечной мерзлоты, температурой и количеством грунтовых вод.
Ученые, работающие в полевых условиях, бурят скважины и вставляют инструменты для проведения измерений под землей. Датчики температуры и влажности дают информацию на различной глубине. Исследователи стараются как можно меньше тревожить землю во время работы. Однако бурение создает тепло. Так, ученые используют защищенные трубы и вдувают в скважину холодный воздух. Эти усилия предохраняют землю от таяния и обеспечивают правильность измерений.
Ученые установили пункты мониторинга в районах вечной мерзлоты в Арктике. Эти сайты собирают данные за многие годы. Некоторые сайты были созданы еще в 1840-х годах. Многолетние данные помогают ученым понять историю вечной мерзлоты, а также ее возможное будущее.
Данные о мерзлых грунтах
Данные о мерзлых грунтах имеют решающее значение для понимания изменений окружающей среды, проверки моделей, а также строительства и обслуживания сооружений в регионах с сезонными морозами и вечной мерзлотой. Климатические модели и наблюдения указывают на усиление таяния вечной мерзлоты в двадцать первом веке.
Изучение данных NSIDC о мерзлых грунтах
Просмотр связанных коллекций данных открытого доступа, заархивированных в NSIDC
Коллекция данных Aquarius
Коллекция NSIDC DAAC Aquarius включает глобальные данные о влажности почвы с привязкой к сетке и дополнительные продукты с привязкой к полярной сетке. Эти продукты данных получены на основе наблюдений с помощью микроволновых радиометров и рефлектометра Aquarius на совместной платформе США и Аргентины Satélite de Aplicaciones Científicas (SAC-D). Миссия Aquarius / Satélite de Aplicaciones Científicas (SAC)-D собирала наблюдения в период с 25 августа 2011 г.
по 7 июня 2015 г. 8 июня 2015 г. из-за сбоя питания на космическом корабле SAC-D наблюдения миссии были прекращены.
Подробнее
Сбор данных полевого эксперимента по холодным наземным процессам (CLPX)
Коллекция NSIDC DAAC CLPX включает данные полевого эксперимента по холодным наземным процессам (CLPX) NASA-NOAA и включает измерения яркостной температуры, альбедо, видимого и инфракрасные изображения, характеристики снега, растительность, влажность почвы и метеорология. CLPX проводился в основном между зимой 2001-2002 гг. и весной 2003 г. в Центральных Скалистых горах Колорадо.
Читать далее
Создание записей данных о системе Земли для использования в исследовательских средах (MEaSUREs) сбор данных
Сбор данных NSIDC DAAC Создание записей данных о системе Земли для использования в исследовательских средах (MEaSUREs) включает продукты данных, полученные из спутниковых данных и созданные исследователями. Эти продукты данных охватывают снег, морской лед, ледники, ледяные щиты, шельфовые ледники и условия замерзания/оттаивания, снег и яркостные температуры.