Сезонное промерзание и оттаивание пород: всесторонний академический анализ с учетом современных геокриологических данных и инженерных решений

Криолитозона, охватывающая примерно 24% площади суши Северного полушария, представляет собой уникальную геологическую среду, где процессы сезонного промерзания и оттаивания пород играют ключевую роль. Эти явления не просто формируют ландшафты, но и определяют условия для жизнедеятельности, строительства и эксплуатации инфраструктуры на огромных территориях, особенно в России, где под криолитозоной находится около 65% территории страны. Ежегодные циклы замерзания и таяния грунтов вызывают масштабные изменения в тепловом и водном режимах, что приводит к развитию целого комплекса специфических геокриологических процессов, таких как морозное пучение, термокарст, солифлюкция. Они оказывают глубокое влияние как на естественные экосистемы, так и на искусственные сооружения, нередко приводя к деформациям и авариям. В условиях глобального изменения климата, когда наблюдается повсеместная деградация многолетней мерзлоты, понимание и прогнозирование этих процессов становится не просто академическим интересом, но и насущной необходимостью для обеспечения устойчивого развития и безопасности в регионах криолитозоны.

Настоящий реферат призван дать всесторонний академический анализ сезонного промерзания и оттаивания пород. Мы последовательно рассмотрим базовые определения, факторы, влияющие на интенсивность и глубину этих процессов, углубимся в их физические механизмы, изучим многообразие криогенных форм рельефа. Особое внимание будет уделено географическому распространению, инженерно-геологическому значению, а также современным методам исследования, мониторинга, прогнозирования и, что не менее важно, практическим подходам и технологиям для минимизации негативного воздействия на инфраструктуру и окружающую среду.

Основные понятия и терминология

Для глубокого понимания геокриологических процессов, связанных с сезонным промерзанием и оттаиванием, необходимо четко определить ряд базовых терминов. Эти понятия служат краеугольным камнем всей геокриологии как науки и инженерной геологии, занимающейся взаимодействием сооружений с мерзлыми грунтами.

Сезонное промерзание и оттаивание: сущность процессов

В сердце геокриологических циклов лежат два взаимосвязанных процесса: сезонное промерзание и сезонное оттаивание.

Сезонное промерзание – это процесс, при котором талые горные породы, имеющие среднегодовую температуру выше 0°C, подвергаются замерзанию. Этот процесс инициируется теплооборотами, происходящими в зимний период, когда температура воздуха опускается ниже нуля, и земля теряет накопленное тепло. В результате формируется слой сезонного промерзания, который подстилается немерзлыми или талыми породами, что отличает его от многолетней мерзлоты. Понимание этого различия критически важно для корректной оценки рисков в строительстве.

В противовес этому, сезонное оттаивание представляет собой протаивание мерзлых пород, среднегодовая температура которых ниже 0°C. Этот процесс происходит летом, когда положительные температуры воздуха и инсоляция приводят к поглощению тепла поверхностью Земли. Слой сезонного оттаивания, известный также как деятельный слой, образуется над многолетнемерзлыми породами.

Взаимодействие этих двух процессов формирует уникальную динамику теплового режима в верхних горизонтах почв и грунтов, оказывая прямое влияние на их физические и механические свойства.

Криолитозона, многолетняя мерзлота и сезонно-талый слой

Для понимания масштаба и контекста рассматриваемых процессов необходимо разобраться в более широких понятиях:

Криолитозона – это самый верхний слой земной коры, который характеризуется преобладанием отрицательных температур пород и почв, а также наличием или потенциальной возможностью образования подземных льдов. Это обширная область, где температурный режим является основным фактором, определяющим геологические процессы.

В рамках криолитозоны выделяется особое состояние – многолетняя мерзлота (также известная как многолетняя криолитозона или, в обыденной речи, «вечная мерзлота»). Это часть криолитозоны, которая отличается отсутствием периодического протаивания в течение как минимум двух лет, а зачастую и тысяч лет. Многолетнемерзлые породы – это горные породы с устойчивой отрицательной температурой, содержащие в своем составе лед. Именно наличие льда придает им специфические механические свойства, отличающие их от талых грунтов.

Над многолетней мерзлотой, в зоне активного сезонного теплообмена, находится сезонно-талый слой (или деятельный слой). Это относительно тонкий слой грунта, глубина которого обычно не превышает двух метров в районах вечной мерзлоты. Его ключевая особенность заключается в том, что он ежегодно оттаивает летом и снова замерзает зимой. В пределах этого слоя нулевая температура, являющаяся границей между мерзлым и талым состояниями влажных почв, устанавливается дважды в год: в начале и в конце холодного периода. Деятельный слой является ареной наиболее интенсивных криогенных процессов, обусловленных фазовыми переходами воды.

Глубина промерзания/оттаивания

Количественная оценка этих процессов выражается через понятия глубины промерзания и оттаивания:

Глубина промерзания – это вертикальное расстояние от поверхности площадки до подошвы слоя грунта, находящегося в твердомерзлом состоянии в конкретный момент измерения. Этот параметр динамичен и меняется в течение холодного периода года.

Глубина сезонного промерзания – это максимальное значение глубины промерзания грунта, достигаемое за год. Это ключевая характеристика, используемая в инженерной практике, так как она определяет максимальную зону воздействия отрицательных температур.

Аналогично, глубина сезонного оттаивания – это максимальное расстояние от поверхности до кровли многолетнемерзлых пород, которое достигается в летний период. Оба этих показателя крайне важны для проектирования и строительства, поскольку они напрямую влияют на устойчивость сооружений и безопасность их эксплуатации.

Факторы, определяющие интенсивность и глубину промерзания/оттаивания

Интенсивность и глубина сезонного промерзания и оттаивания горных пород формируются под воздействием сложного комплекса взаимосвязанных факторов. Их понимание критически важно для точного прогнозирования и эффективного инженерного планирования в условиях криолитозоны.

Климатические условия

Климат выступает в качестве главного дирижера в оркестре природных процессов, определяющих тепловой режим грунтов. Холодные зимы с продолжительными и устойчивыми отрицательными температурами приводят к более глубокому проникновению холода в грунт, обусловливая значительную глубину промерзания.

Годовой ход температуры атмосферного воздуха – основной климатический фактор, регулирующий теплообмен между атмосферой и поверхностью земли. Кроме того, влияют такие параметры, как продолжительность безморозного периода, количество осадков, скорость ветра и солнечная радиация.

Для практических расчетов нормативной глубины сезонного промерзания грунта ($d_{fh}$, м) при отсутствии многолетних наблюдений применяют эмпирическую формулу, закрепленную в нормативных документах:

dfh = d0 √M

Где:

• dfh — нормативная глубина сезонного промерзания, выраженная в метрах.
• d0 — безразмерный коэффициент, который зависит от типа грунта и его теплофизических свойств.
• M — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха за год в данном районе. Этот параметр эффективно интегрирует интенсивность и продолжительность холодового воздействия.

Эта формула позволяет получить адекватную оценку глубины промерзания, особенно в условиях, где прямое многолетнее наблюдение затруднено, предоставляя базовый ориентир для предварительных расчетов.

Тип грунта и его свойства

Литологический состав и физические свойства грунта являются вторым по значимости фактором, определяющим мощность слоя сезонного промерзания. Различные типы грунтов – от крупнообломочных до глинистых – обладают разной плотностью, пористостью, водопроницаемостью и, как следствие, теплофизическими характеристиками.

Значения коэффициента d0, используемого в вышеупомянутой формуле для нормативной глубины промерзания, демонстрируют эту зависимость:

• Для суглинков и глин: d0 = 0,23 м.
• Для супесей, песков мелких и пылеватых: d0 = 0,28 м.
• Для песков гравелистых, крупных и средней крупности: d0 = 0,30 м.
• Для крупнообломочных грунтов: d0 = 0,34 м.

Из этих значений видно, что чем более крупнозернист грунт (и, как правило, чем выше его водопроницаемость и ниже способность удерживать тонкую воду), тем выше коэффициент d0, что при прочих равных условиях приводит к большей глубине промерзания. Это объясняется меньшей теплоемкостью и большей теплопроводностью сухих крупнообломочных грунтов по сравнению с мелкодисперсными. Какие выводы мы можем сделать из этой зависимости для строительной практики?

Влажность почвы и ее влияние

Содержание влаги в грунте оказывает огромное влияние на процесс промерзания. Чем выше влажность, тем больше воды должно замерзнуть, чтобы грунт перешел в мерзлое состояние. Вода обладает значительно более высокой удельной теплоемкостью по сравнению с минеральными частицами грунта, а фазовый переход воды в лед сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации, что замедляет процесс промерзания. Однако, как ни парадоксально, высокая влажность способствует более быстрому и глубокому промерзанию, если речь идет о дисперсных грунтах. Это связано с тем, что вода в процессе замерзания увеличивает объем, а также с миграцией влаги к фронту промерзания, что интенсифицирует льдонакопление.

Интересно, что на температуры переохлаждения и замерзания грунтов в большей степени влияет степень их дисперсности, нежели содержание органических веществ. Мелкодисперсные частицы создают огромное количество микроскопических пор, в которых вода находится в связанном состоянии (пленочная, адсорбционная вода) и может оставаться незамерзшей даже при температурах ниже 0°C.

Растительный и снежный покров

Наличие и характер растительного и снежного покрова играет критическую роль в регулировании теплообмена между атмосферой и грунтом, тем самым влияя на глубину сезонного оттаивания и промерзания.

Снежный покров действует как мощный теплоизолятор. Снег, благодаря своей пористой структуре, обладает низкой теплопроводностью. Толстый слой снега эффективно удерживает тепло в грунте, препятствуя глубокому промерзанию и способствуя сохранению тепла, что может даже стимулировать оттаивание нижних горизонтов в многолетнемерзлых толщах. Именно поэтому нормативные значения глубины промерзания, указанные в СП, рассчитываются для наихудших погодных условий при отсутствии снежного покрова, что означает, что фактическая глубина промерзания на практике часто оказывается меньше.

Растительный покров, особенно мохово-лишайниковый в тундре, также создает теплоизоляционный слой, защищая грунт от летнего прогрева и зимнего выхолаживания. Уничтожение растительности, например, при строительстве или пожарах, часто приводит к увеличению глубины сезонного оттаивания и деградации многолетней мерзлоты.

Географическое положение

Очевидно, что широта местности является одним из доминирующих факторов. В северных широтах, где среднегодовые температуры значительно ниже и зимы продолжительнее и суровее, почва промерзает на гораздо большую глубину по сравнению с южными регионами. Это проявляется в региональной изменчивости нормативных глубин промерзания.

Рассмотрим конкретные примеры по городам России, иллюстрирующие широтную зональность и зависимость от типа грунта:

Город	Тип грунта (суглинки/глины)	Тип грунта (супеси, пески мелкие/пылеватые)	Тип грунта (пески гравелистые, крупные/средней крупности)
Москва	1,3 м	1,4 м	1,4 м
Санкт-Петербург	1,14 м	1,4 м	1,4 м
Архангельск	1,6 м	1,75 м	1,75 м
Новосибирск	2,2 м	2,2 м	2,2 м

Примечание: Приведенные значения являются ориентировочными и могут незначительно варьироваться в зависимости от конкретного источника и используемых нормативов.

Как видно из таблицы, по мере продвижения на север и восток (от Санкт-Петербурга к Архангельску и Новосибирску), глубина нормативного промерзания значительно увеличивается, отражая суровость климатических условий. Это подчеркивает необходимость учитывать местные климатические данные и характеристики грунтов при любом инженерном проектировании.

Физические механизмы процессов промерзания и оттаивания

За кажущейся простотой чередования замерзания и таяния скрываются сложные теплофизические процессы, определяющие поведение грунтов в криолитозоне. Понимание этих механизмов является фундаментальным для геокриологии и инженерной геологии.

Фазовые переходы воды и их последствия

В основе сезонного промерзания и оттаивания лежит фазовый переход воды – превращение жидкой воды, содержащейся в порах и трещинах грунта, в твердый лед и обратно. Этот процесс не является простым изменением агрегатного состояния, а влечет за собой целый каскад изменений в свойствах грунта.

Когда вода в грунте начинает замерзать, она, в отличие от большинства других веществ, увеличивает свой объем примерно на 9%. Это объемное расширение, особенно в насыщенных водой дисперсных грунтах, приводит к значительному внутреннему давлению. В результате происходит увеличение объема породы, что проявляется в таком явлении, как морозное пучение. Это давление может быть настолько велико, что способно деформировать и разрушать фундаменты зданий, дорожные покрытия и другие инженерные сооружения.

Процесс замерзания влаги редко ограничивается простым превращением *in situ*. В большинстве случаев он сопровождается миграцией влаги из нижележащих, незамерзших горизонтов к фронту промерзания, что приводит к образованию подземного льда в виде линз, прослоев или кристаллов. Это дополнительное льдонакопление значительно усиливает эффект объемного увеличения породы.

При наступлении теплого периода происходит оттаивание мерзлой породы и, соответственно, таяние подземного льда. Этот процесс сопровождается обратным эффектом – уменьшением объема породы. Талая вода, освобожденная из ледяных включений, может либо дренироваться, либо оставаться в грунте, что приводит к потере его несущей способности и, как следствие, к просадке поверхности земли. Этот механизм лежит в основе таких явлений, как термокарст и солифлюкция.

Миграция влаги как причина морозного пучения

Один из наиболее деструктивных аспектов промерзания грунтов – морозное пучение – напрямую связан с миграцией влаги. Этот процесс наиболее интенсивно проявляется во влажных пылевато-глинистых грунтах и пылеватых мелких песках, которые обладают капиллярной пористостью, способствующей передвижению воды.

Механизм заключается в следующем: когда фронт промерзания медленно опускается в грунт, вода в порах начинает замерзать. Однако не вся вода замерзает одновременно. Часть воды, особенно связанная (адсорбционная) вода, остается в жидком состоянии при отрицательных температурах. По мере образования ледяных кристаллов в верхней части слоя промерзания, возникает градиент капиллярного и осмотического давлений, который вытягивает свободную и слабосвязанную влагу из нижних, еще не замерзших горизонтов к фронту промерзания. Эта мигрирующая влага, достигая зоны отрицательных температур, также замерзает, образуя новые ледяные линзы и прослои.

Скорость перемещения фронта промерзания играет ключевую роль: чем ниже скорость продвижения фронта промерзания, тем больше времени имеется для переноса влаги к этому фронту. Соответственно, тем больше влаги переносится, и тем значительнее будут деформации, вызванные морозным пучением. Интенсивное льдонакопление из мигрирующей влаги может приводить к поднятию поверхности земли на десятки сантиметров, что вызывает серьезные повреждения фундаментов и дорожных покрытий. При оттаивании грунта, даже без учета подвижности грунтовых вод, только под действием гравитации, порода может проседать на 2 см за сезон, что демонстрирует масштабы объемных изменений.

Изменение теплофизических свойств грунтов

Теплофизические свойства грунтов – это набор характеристик, описывающих их способность к накоплению, передаче и изменению тепловой энергии. Эти свойства существенно изменяются при фазовых переходах воды и являются ключевыми для понимания процессов промерзания и оттаивания. Основные теплофизические характеристики грунтов включают:

• Теплоёмкость (C): Способность грунта накапливать тепловую энергию.
• Теплопроводность (λ): Способность грунта передавать тепловую энергию.
• Температуропроводность (a): Характеризует скорость распространения температурных колебаний в грунте.
• Температура начала замерзания грунта (T_нз): Температура, при которой начинается фазовый переход воды в лед в грунте (часто ниже 0°C из-за капиллярных эффектов и растворенных солей).
• Теплота таяния (замерзания) грунта (L): Количество теплоты, необходимое для фазового перехода единицы массы воды в грунте.

Теплоёмкость мерзлых дисперсных пород уникальна тем, что она зависит от количественного содержания не только минеральной составляющей, но и льда, а также незамерзшей воды. По мере понижения температуры теплоёмкость мерзлых дисперсных пород уменьшается. Это происходит потому, что при более низких температурах доля незамерзшей воды уменьшается, а доля льда увеличивается, а лед обладает меньшей теплоёмкостью, чем вода. Например, теплоёмкость мерзлого суглинка при температуре -10°C составляет 1,7 кДж/(кг·°C), тогда как мерзлого песка при той же температуре — 1,2 кДж/(кг·°C). Разница объясняется различным содержанием незамерзшей воды в этих грунтах.

Коэффициент теплопроводности грунта (λ) также сильно зависит от плотности, влажности, минерального состава и, в меньшей степени, от температуры. В общем случае, влажные грунты имеют более высокую теплопроводность, чем сухие, поскольку вода и лед обладают большей теплопроводностью, чем воздух в порах.

Рассмотрим конкретные значения коэффициента теплопроводности:

• Для сухого песка: примерно 0,25-0,3 Вт/(м·К).
• Для влажного песка: 2,0-2,5 Вт/(м·К).
• Для сухой глины: около 0,15 Вт/(м·К).
• Для влажной глины: 1,5 Вт/(м·К).
• Теплопроводность льда: примерно 2,2 Вт/(м·К).

Эти данные наглядно показывают, как драматически изменяется теплопроводность грунтов при насыщении их водой и последующем замерзании. Лед в порах значительно увеличивает общую теплопроводность грунта по сравнению с сухим состоянием.

Интересно отметить, что загрязнение грунтов также может влиять на их теплофизические свойства. Например, в талом состоянии теплопроводность супеси и суглинка увеличивается при концентрации загрязнения дизельным топливом на 20% и 12% соответственно, а в мерзлом состоянии — на 19% и 11%. Это подчеркивает сложность теплофизических процессов и важность учета всех факторов.

Роль незамерзшей воды

Одним из важнейших, но часто недооцениваемых аспектов физики мерзлых грунтов является присутствие незамерзшей воды. В отличие от чистого льда, мерзлый грунт никогда не замерзает полностью. Даже при температурах значительно ниже 0°C в нём всегда остается некоторое количество воды в жидком состоянии.

Содержание незамерзшей воды зависит от нескольких ключевых факторов:

1. Температура: Чем ниже температура, тем меньше незамерзшей воды. Однако полный переход в лед происходит только при очень низких температурах (десятки градусов ниже нуля Цельсия) и только для очень тонких пленок воды.
2. Влажность грунта: Чем выше общая влажность, тем больше потенциально незамерзшей воды.
3. Дисперсность грунта: В мелкодисперсных (глинистых, пылеватых) грунтах, благодаря развитой удельной поверхности частиц и тонким капиллярам, вода сильнее связана с минеральными частицами и образует тонкие пленки, которые замерзают при более низких температурах, или не замерзают вовсе.
4. Засоленность грунта: Это один из наиболее мощных факторов. С увеличением засоленности резко возрастает содержание незамерзшей воды, поскольку растворенные соли понижают температуру замерзания воды (эффект криоскопии).

Присутствие незамерзшей воды оказывает существенное влияние на как теплофизические, так и механические свойства грунтов. Незамерзшая вода обеспечивает определенную пластичность и подвижность мерзлого грунта, что важно для понимания его реологического поведения. Кроме того, она влияет на теплоёмкость и теплопроводность, поскольку теплофизические свойства воды и льда различны. Игнорирование роли незамерзшей воды может привести к некорректным оценкам при инженерном проектировании и прогнозировании.

Криогенные процессы и формы рельефа, обусловленные сезонным промерзанием и оттаиванием

Сезонное промерзание и оттаивание пород являются катализаторами для целого ряда специфических геологических процессов, известных как криогенные (или мерзлотные) процессы. Эти экзогенные явления активно трансформируют ландшафты криолитозоны, создавая уникальные формы рельефа и представляя серьезные вызовы для инженерной деятельности.

Морозное пучение

Морозное пучение – это деформация рыхлых отложений, проявляющаяся в их значительном вертикальном увеличении объема. Основной причиной этого явления является замерзание воды, содержащейся в грунте, и последующее льдонакопление, которое происходит вследствие миграции влаги к фронту промерзания. Как было упомянуто ранее, вода при замерзании увеличивает свой объем, а постоянный приток влаги к промерзающему слою приводит к образованию линз и прослоев льда.

Интенсивность пучения зависит от многих факторов: типа грунта (наиболее пучинисты пылевато-глинистые грунты), его влажности, скорости промерзания, а также нагрузки на грунт. В случае сливающегося деятельного слоя, то есть когда сезонно-талый слой полностью промерзает до многолетней мерзлоты, объем пучения может быть ограничен и чаще всего не превышает 3% его толщины. Однако в условиях медленного промерзания и активной миграции влаги пучение может быть значительно больше, достигая десятков сантиметров. Это приводит к подъему фундаментов зданий, деформации дорожных покрытий, трубопроводов и других линейных сооружений, вызывая их разрушение.

Термокарст

Термокарст – это процесс просадки или опускания поверхности земли, вызванный оттаиванием высокольдистых отложений и залежей подземного льда. Он является одним из наиболее драматичных и масштабных криогенных процессов, связанных с деградацией мерзлоты. Когда лед в грунте тает, он теряет свою поддерживающую функцию, и объем грунта резко уменьшается. Если грунт содержит большое количество льда (например, ледяные жилы, пластовые льды), то при его таянии образуются значительные пустоты, которые приводят к обрушению вышележащих пород и формированию специфических форм рельефа.

Термокарст приводит к образованию разнообразных углублений: от мелких блюдец до крупных, кратерообразных впадин, особенно заметных на вершинах холмов, где лед часто находится близко к поверхности. Одним из наиболее характерных проявлений термокарста являются термокарстовые озера. Эти озера могут сильно варьироваться в размерах: от небольших прудов диаметром в несколько метров до огромных водоёмов, простирающихся на километры. Обычно они мелководны, но встречаются и глубокие озера (глубиной ≥10 м), что указывает на значительные объёмы оттаявшего льда.

Последующее зарастание или осушение термокарстовых озер приводит к образованию аласов – обширных котловин с просевшей земной поверхностью, часто с остаточными озерами или болотами в центре. Аласы являются характерными формами рельефа в Центральной Якутии. Одним из наиболее впечатляющих и быстрорастущих термокарстовых образований является Батагайский кратер в Якутии, который представляет собой гигантскую просадку, активно увеличивающуюся в размерах из-за таяния вечной мерзлоты и свидетельствующую о необратимости процесса.

Солифлюкция

Солифлюкция (от лат. solum – почва и fluctio – течение) – это пластично-вязкое смещение сезонно оттаивающих отложений по склонам, обусловленное действием силы тяжести (гравитационный процесс). Этот процесс развивается в условиях избыточного увлажнения сезонно-талого слоя, который оказывается насыщенным водой и приобретает свойства пластичной или даже текучей массы.

Механизм солифлюкции следующий: весной и летом верхний слой грунта оттаивает, а нижележащие мерзлые породы остаются водонепроницаемым экраном. Талая вода не может просочиться вглубь, и верхний слой перенасыщается влагой, становясь вязким и податливым. Под действием силы тяжести эта разжиженная масса начинает медленно сползать по склону, образуя характерные солифлюкционные террасы, языки и потоки. Скорость солифлюкции обычно невелика – от нескольких сантиметров до нескольких метров в год, но её постоянное действие может приводить к смещению и разрушению инженерных сооружений, расположенных на склонах, таких как дороги, линии электропередач и фундаменты. Эти деформации представляют серьезную угрозу для стабильности инфраструктуры.

Морозобойное растрескивание (криогенное растрескивание)

Морозобойное растрескивание (или криогенное растрескивание) – это процесс расчленения массива мерзлых пород и почв трещинами, вызванный их объемной суммарной усадкой при понижении температуры. В условиях суровых зим, когда температура грунта резко падает, мерзлые породы сжимаются. Если напряжения растяжения превышают прочность грунта, образуются глубокие, вертикальные трещины, которые могут простираться на десятки метров.

Эти трещины играют огромную роль в формировании крупных масс подземного льда. Весной и летом, когда трещины частично оттаивают, они заполняются талой водой, которая затем замерзает, образуя ледяные жилы. С каждым годом этот процесс повторяется: трещина расширяется, заполняется водой, вода замерзает, увеличивая объем льда. Так формируются полигонально-жильные льды, которые являются одной из доминирующих форм подземного льда в криолитозоне. Морозобойные трещины представляют опасность для инженерных сооружений, так как могут проходить под фундаментами, вызывая их неравномерные деформации, и способствовать разрушению дорожных покрытий.

Наледи и морозная сортировка

К числу других значимых криогенных процессов относятся наледи и морозная сортировка.

Наледи – это обширные ледяные тела, образующиеся в результате излияния подземных или поверхностных вод на холодную поверхность и их последующего замерзания. Они характерны для речных долин, где вода выходит на поверхность через трещины или из речного русла, замерзая слой за слоем. Наледи могут достигать внушительных размеров – многих десятков метров в длину и значительной мощности (толщины), создавая препятствия для дорог, мостов и других инфраструктурных объектов. В мерзлых породах также встречаются инъекционные льды, которые образуются в результате напорного внедрения воды в мерзлые толщи и могут иметь мощность и длину, также достигающие многих десятков метров.

Морозная сортировка – это уникальный процесс, при котором каменные обломки, находящиеся в грунте, под действием циклов промерзания-оттаивания «вымораживаются» на поверхность сильно увлажненных, мелкоземистых полигонов. Постепенно, с каждым циклом, эти обломки смещаются к периферии полигона, образуя вдоль трещин характерные каменные валики. Этот процесс приводит к формированию полигональных почв и других микроформ рельефа, характерных для тундровых и горно-тундровых ландшафтов.

Криогенное выветривание

Криогенное выветривание – это разновидность физического выветривания, ведущая к разрушению горных пород. Оно происходит в результате частых переходов температуры через 0°C и фазовых превращений воды, содержащейся в порах и трещинах пород, в лед и обратно. Когда вода замерзает в порах и трещинах, она увеличивается в объеме, создавая огромное давление на стенки пор. При оттаивании это давление снимается. Многократное повторение циклов замерзания-оттаивания (особенно в условиях суточных или сезонных перепадов температур) приводит к постепенному раскалыванию и разрушению пород, образуя щебень, дресву и мелкие частицы. Этот процесс наиболее интенсивен в областях с неустойчивым температурным режимом, где происходит частое чередование положительных и отрицательных температур, например, в высокогорных районах.

Географическое распространение областей сезонного промерзания и оттаивания

Географическое распространение криолитозоны и связанных с ней процессов сезонного промерзания и оттаивания является одним из фундаментальных аспектов геокриологии. Эти явления не просто локализованы, а охватывают обширные территории планеты, формируя уникальные природные комплексы.

Мировое распространение криолитозоны

Криолитозона представляет собой одну из крупнейших геофизических областей Земли. Она охватывает приблизительно 24% площади суши Северного полушария, что составляет колоссальные 22,8 млн км². Этот пояс отрицательных температур простирается через различные континенты и экосистемы.

Наиболее значительные площади криолитозона занимает в арктических регионах Евразии, где она простирается через север Европы и охватывает подавляющую часть территории Сибири, формируя так называемый «сибирский криогенный пояс». Аналогично, в Северной Америке многолетняя мерзлота широко распространена в Канаде, Гренландии и на Аляске, где почти 85% штата находится в пределах криолитозоны.

Однако распространение криолитозоны не ограничивается только арктическими широтами. Она также встречается в высокогорных регионах по всему миру, где низкие температуры поддерживаются за счет большой абсолютной высоты. Яркими примерами являются Тибетское плато (Азиатский высокогорный пояс), Скалистые горы в Северной Америке, южноамериканские Анды и новозеландские Южные Альпы. В этих условиях многолетняя мерзлота существует в виде так называемой «горной мерзлоты» или «островной мерзлоты» на больших высотах.

Кроме того, субарктические и арктические моря также скрывают под своим дном подводную мерзлоту, которая образовалась в периоды низкого уровня моря во время плейстоценовых оледенений, и до сих пор сохраняется в виде реликтовых толщ.

Распространение на территории России

Россия является мировым лидером по площади распространения криолитозоны. Она занимает около 65% территории страны, что составляет более 11 млн км². Эта обширная территория включает практически весь Север, Сибирь и Дальний Восток, формируя уникальный геокриологический ландшафт.

В пределах российской криолитозоны наблюдается четкая зональность изменения среднегодовой температуры. Если на южной границе многолетней мерзлоты температура пород близка к 0°C, то по мере продвижения к арктическому побережью России среднегодовая температура криолитозоны, фиксируемая на уровне сезонного оттаивания и на глубинах 10-20 метров (где годовые колебания температуры затухают), постепенно снижается от нуля до минус 10-15°C. Это свидетельствует о возрастающей суровости климатических условий и стабильности мерзлого состояния пород в высоких широтах.

Типы распространения многолетнемерзлых пород

В зависимости от степени сомкнутости и непрерывности распространения многолетнемерзлых пород выделяют несколько типов, отражающих их пространственную неоднородность:

1. Сплошное (непрерывное) распространение: Многолетняя мерзлота охватывает более 90% площади территории. Этот тип характерен для самых холодных регионов Арктики и Крайнего Севера, где среднегодовые температуры воздуха крайне низки.
2. Прерывистое распространение: Многолетняя мерзлота занимает от 50% до 90% площади. Наблюдается в более южных частях криолитозоны, где климатические условия позволяют формироваться таликам (незамерзающим участкам) под крупными реками, озерами или в зонах активного теплообмена.
3. Островное распространение: Многолетняя мерзлота встречается на отдельных участках, занимая от 10% до 50% площади. Характерно для южной границы криолитозоны, где мерзлые породы существуют в виде отдельных «островов» под влиянием местных факторов (например, на болотах, под торфяниками, на северных склонах).
4. Редкоостровное распространение: Доля многолетней мерзлоты составляет менее 10% площади. Это самый южный и фрагментарный тип распространения, где мерзлота сохраняется только в наиболее благоприятных для этого условиях, чаще всего как реликт прошлых более холодных эпох.

Эта классификация подчеркивает динамичность и неоднородность криолитозоны, где даже в пределах одного региона могут сосуществовать разные типы мерзлоты.

Мощность многолетней мерзлоты

Мощность многолетнемерзлых толщ может варьироваться от нескольких метров на южной границе до колоссальных глубин в центральных частях криолитозоны.

Самый мощный слой вечной мерзлоты на планете образовался в плейстоцене (эпоха четвертичного периода) в Сибири и имеет глубину более 1500 м. Это свидетельствует о длительных периодах экстремально холодных условий и стабильном отрицательном тепловом балансе Земли.

Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты – 1370 метров – была зафиксирована в верховьях реки Вилюй в Якутии в феврале 1982 года. Эти данные, полученные в рамках глубокого бурения, являются ярким свидетельством масштабов и мощности криолитозоны, оказывая значительное влияние на глубинную геологию и освоение недр в этих регионах.

Инженерно-геологическое значен��е сезонного промерзания и оттаивания

Процессы сезонного промерзания и оттаивания грунтов имеют колоссальное инженерно-геологическое значение, особенно в регионах криолитозоны. Они являются ключевым фактором, определяющим надежность и долговечность любой инженерной инфраструктуры, будь то жилые здания, дороги, трубопроводы или промышленные объекты. Игнорирование этих процессов приводит к дорогостоящим деформациям, разрушениям и экологическим катастрофам.

Влияние на проектирование фундаментов

Определение глубины сезонного промерзания и оттаивания является фундаментальным этапом при проектировании зданий и сооружений. Это знание напрямую влияет на выбор типа и глубины заложения фундамента. Цель состоит в том, чтобы либо заложить фундамент ниже зоны сезонного промерзания, либо принять меры по минимизации воздействия пучения.

Расчетная глубина промерзания грунта для фундаментов ($d_{f}$) определяется по формуле:

df = kh dfh

Где:

• df — расчётная глубина заложения фундамента, м.
• dfh — нормативная глубина промерзания, м (полученная ранее по формуле d0 √M).
• kh — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (например, наличие подвала, отапливаемость здания). Для отапливаемых зданий kh может быть меньше 1, уменьшая расчетную глубину.

Согласно нормативным документам (СП 22.13330.2016), минимальную глубину заложения фундаментов во всех грунтах, кроме скальных, рекомендуется принимать не менее 0,5 м от поверхности наружной планировки. Однако в условиях пучинистых грунтов и значительных глубин промерзания, эта минимальная глубина может быть существенно увеличена или потребуются специальные конструктивные решения, такие как свайные фундаменты, заглубленные ниже критической отметки.

Воздействие на инфраструктуру

Криогенные процессы, особенно морозное пучение и морозобойное растрескивание, представляют прямую угрозу для инженерной инфраструктуры.

Морозобойное растрескивание создает скалывающие и растягивающие напряжения в промерзающих породах. Это приводит к:

• Повреждению покрытий автомобильных дорог и аэродромов: Образуются трещины, выбоины, происходит разрушение асфальтобетонного полотна, что требует постоянного ремонта и поддержания.
• Деформациям и разрушениям фундаментов, трещинам в стенах жилых и промышленных зданий: Неравномерные деформации из-за пучения или растрескивания могут привести к потере устойчивости конструкций.

Масштабы этой проблемы в России огромны. Более 40% инфраструктурных объектов в Российской Арктике разрушаются из-за деградации вечной мерзлоты, что приводит к многомиллионным убыткам. Например, участки трассы Чита – Хабаровск, получившие название «золотые километры», требуют постоянного ремонта из-за деградации мерзлоты и связанных с этим деформаций. Ещё одним трагическим примером является экологическая катастрофа в Норильске в мае 2020 года, связанная с разливом 20 000 тонн дизельного топлива. Предполагается, что одной из причин аварии стала деградация мерзлоты, которая привела к наклону и потере несущей способности свай фундамента резервуара.

Особенности прокладки коммуникаций

Прокладка линейных коммуникаций, таких как водопроводные и канализационные трубопроводы, также требует строгого учета глубины сезонного промерзания. Несоблюдение нормативных требований может привести к серьезным последствиям:

• Замерзание воды в трубах зимой: Это не только нарушает водоснабжение, но и может привести к разрыву труб и дорогостоящему ремонту.
• Деформация трубопроводов: Морозное пучение может привести к изгибу и разрыву труб, особенно в местах их сопряжения.

Согласно СП 40-102-2000, глубина заложения водопроводных труб должна превышать расчетную глубину промерзания грунта не менее чем на 0,5 м, считая до верха труб. Это обеспечивает надежную защиту от замерзания.

Для канализационных трубопроводов требования несколько отличаются, что связано с постоянным движением сточных вод и их более высокой температурой:

• Минимальная глубина заложения лотка для труб диаметром до 500 мм составляет 0,3 м.
• Для труб большего диаметра – 0,5 м меньше расчётной глубины проникания нулевой температуры, но не менее 0,7 м до верха трубы от поверхности земли (согласно СП 32.13330.2018).

Эти нормативы призваны обеспечить надёжность и безаварийную эксплуатацию жизненно важных коммуникаций в суровых условиях.

Изменение свойств грунтов при оттаивании

Процесс оттаивания грунтов также оказывает существенное негативное влияние на их механические свойства. При оттаивании высокольдистых грунтов происходит их разуплотнение, увеличение влажности и, как следствие, резкое снижение прочностных характеристик. Например, сопротивление сдвигу суглинков при оттаивании может уменьшаться примерно на 50%. Это критически важно для устойчивости склонов, земляных насыпей и несущей способности оснований, что может привести к оползням, просадкам и потере устойчивости сооружений.

Требования к инженерно-геологическим изысканиям

Учитывая все вышеперечисленные риски, инженерно-геологические изыскания в районах развития опасных геологических процессов, к которым несомненно относятся процессы сезонного промерзания и оттаивания, должны быть особенно тщательными и всесторонними. Отчётная документация должна соответствовать строгим требованиям, изложенным в таких нормативных документах, как СП 11-105-97 и СП 446.1325800.2019.

При проведении изысканий необходимо:

• Тщательно исследовать состав и свойства грунтов, определяя их пучинистость, льдистость и другие характеристики, влияющие на поведение при промерзании/оттаивании.
• Производить режимные наблюдения за динамикой температурного поля грунтов и уровнем грунтовых вод.
• Точно определять глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов, а также прогнозировать их изменения в перспективе, особенно в условиях меняющегося климата.

Только комплексный и научно обоснованный подход к инженерно-геологическим изысканиям может обеспечить безопасность и экономическую эффективность строительства и эксплуатации объектов в криолитозоне.

Методы исследования, мониторинга и прогнозирования сезонного промерзания и оттаивания

Для успешного решения инженерно-геологических задач в условиях криолитозоны необходимо применять комплекс методов исследования, мониторинга и прогнозирования процессов сезонного промерзания и оттаивания. Эти методы позволяют получить точные данные о состоянии грунтов, отслеживать их динамику и предвидеть будущие изменения.

Методы определения глубины сезонного промерзания

Определение глубины сезонного промерзания грунта является одной из ключевых задач при инженерно-геологических изысканиях. Существуют как расчетные, так и непосредственные методы.

Расчётные методы: Основаны на использовании нормативных документов, таких как СП. Они применяют специальные формулы, учитывающие климатические данные и тип грунта. Наиболее распространённой является уже упомянутая формула:

dfh = d0 √M

Где:

• dfh — нормативная глубина сезонного промерзания, м.
• d0 — безразмерный коэффициент, зависящий от типа грунта.
• M — сумма абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха за год в данном районе.

ГОСТ 24847-2017 устанавливает методы измерения глубины сезонного промерзания грунта для случаев, когда уровень подземных вод расположен ниже глубины сезонного промерзания, а также для определения максимальной сезонной глубины грунта с нулевой температурой.

Методы непосредственного измерения:

1. Проходка горных выработок (скважин, шурфов): Прямое наблюдение и измерение глубины мёрзлого слоя во время бурения скважин или рытья шурфов. Этот метод является наиболее точным, но трудоёмким и дорогостоящим.
2. Использование мерзлотомера Ратомского (МР): Это специализированный прибор, представляющий собой трубку с водой, которая замерзает вместе с грунтом. Глубина промерзания определяется по глубине замёрзшей части воды в трубке. Метод прост и экономичен, широко применяется для массовых наблюдений.

Методы определения глубины сезонного оттаивания

Определение глубины сезонного оттаивания также имеет критическое значение, особенно в районах многолетней мерзлоты, где оно напрямую влияет на устойчивость сооружений.

ГОСТ 26262-2014 устанавливает полевые методы определения глубины сезонного оттаивания песчаных, пылевато-глинистых, органо-минеральных и крупнообломочных грунтов в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов.

Температурный метод: Наиболее точный метод, основанный на результатах режимных наблюдений за ходом изменения температуры грунта по глубине слоя сезонного оттаивания и подстилающего многолетнемёрзлого грунта. Измерения проводятся с помощью термодатчиков, заглублённых на различные уровни. Глубина оттаивания определяется как граница, где температура грунта поднимается выше 0°C. Методы режимных наблюдений включают многократные измерения глубины промерзания грунта для определения динамики сезонного промерзания (замеры проводят через каждые 10 суток до полного оттаивания грунта).

Криотенкстурный метод: Основан на визуальном определении глубины сезонного оттаивания в мёрзлом грунте по изменению его криогенной текстуры (структуры льда и грунта) или по увеличению влажности, устанавливаемому при лабораторных исследованиях проб грунта.

Геофизические методы: Рекомендуются для определения глубины сезонного оттаивания, особенно на больших площадях или в труднодоступных местах. К ним относятся:

• Сейсморазведка: Использование распространения сейсмических волн, скорость которых сильно различается в мёрзлых и талых грунтах.
• Радиолокация (георадиолокация): Использование электромагнитных волн для картирования слоёв грунта и определения границ мёрзлых и талых зон.

Мониторинг криолитозоны

Систематический мониторинг температуры вечной мерзлоты в России имеет давнюю историю, начавшись ещё в 1950-х годах на гидрометеорологических станциях. Однако в последние годы, в свете изменения климата и участившихся аварий, связанных с деградацией мерзлоты, необходимость в более комплексной и современной системе мониторинга стала особенно острой.

В настоящее время в России создаётся единая государственная система мониторинга многолетней мерзлоты. Эта система призвана фиксировать процессы деградации вечной мерзлоты и прогнозировать её воздействие на инженерную инфраструктуру. В мае 2023 года в Салехарде был открыт первый пункт этой системы. К концу 2025 года планируется развернуть сеть из 140 таких пунктов по всей криолитозоне. Мониторинг включает технологическую модификацию существующих метеостанций Росгидромета, дополняя их специализированными датчиками температуры грунта.

Параллельно с развитием наземной сети, учёные Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН разрабатывают высокоразрешающую электромагнитную технологию для мониторинга состояния вечной мерзлоты. Предполагается, что эта технология будет более точной и информативной, чем традиционные тепловые методы, позволяя получать детальные данные о влажности, льдистости и тепловом состоянии грунтов.

Прогнозирование изменений

Прогнозирование изменения мощности слоя сезонного оттаивания и деградации многолетней мерзлоты в условиях меняющегося климата является одной из самых актуальных задач геокриологии.

Учёные в Новосибирске разработали методику на основе математического моделирования, позволяющую оценивать состояние почв в Арктике при изменении температуры и под влиянием внешних нагрузок. Эта методика уникальна тем, что учитывает взаимосвязанные процессы теплопередачи, механической деформации и фазовых переходов воды в грунт. Такой комплексный подход обеспечивает более точные и реалистичные результаты по сравнению с моделями, сосредоточенными на одной задаче, и позволяет прогнозировать долгосрочные изменения.

Существуют и другие методики, например, методика С.Н. Булдовича, которая предлагает расчёт для оценки риска увеличения слоя оттаивания и возможности деградации многолетнемёрзлых грунтов при техногенном воздействии. Эти прогностические модели крайне важны для стратегического планирования развития Арктических регионов, адаптации инфраструктуры и снижения рисков, связанных с таянием мерзлоты.

Подходы и технологии минимизации негативного воздействия

Для обеспечения устойчивости и безопасности инженерных сооружений в криолитозоне разработаны разнообразные подходы и технологии, направленные на минимизацию негативного воздействия процессов сезонного промерзания и оттаивания. Эти методы можно классифицировать по их принципиальному воздействию: изменение свойств грунта, адаптация конструкции, и активное управление тепловым режимом.

Предотвращение морозного пучения

Основная задача при борьбе с морозным пучением – либо устранить пучинистые свойства грунта, либо предотвратить замерзание грунта в зоне фундамента, либо уменьшить глубину промерзания.

1. Устранение пучинистых свойств грунта:
   • Замена пучинистого грунта на непучинистый: Это самый простой и надёжный, хотя и дорогостоящий, метод. Пучинистый грунт в зоне промерзания (или под фундаментом) полностью или частично удаляется и заменяется на гарантированно непучинистый материал. К таким материалам относятся песок средний, крупный или гравелистый, а также щебень или гравий. Важным условием является отсутствие в этих материалах примесей глинистых частиц более 15%, поскольку даже небольшое количество глины может придать грунту пучинистые свойства.
2. Методы, направленные на недопущение замерзания грунта или уменьшения глубины промерзания:
   • Утепление грунта вблизи фундаментов отапливаемых сооружений: Создание теплоизолирующего слоя (например, из пенополистирола, керамзита) по периметру фундамента или отмостки снижает теплопотери от здания в грунт и препятствует глубокому промерзанию.
   • Искусственный подогрев грунта: Применение греющего кабеля или циркуляции теплоносителя в коммуникациях может поддерживать положительную температуру грунта вокруг сооружений, предотвращая его замерзание.

Модификация фундаментов и несущих конструкций

В случаях, когда избежать пучения невозможно или нецелесообразно, применяются конструктивные решения, которые позволяют фундаменту и сооружению адаптироваться к деформациям или снизить смерзание грунта с фундаментом.

• Устройство уширения фундамента в нижней части: Создание «анкерного» уширения (например, в виде расширенной подошвы или буронабивных свай с уширением) помогает увеличить сопротивление выдергиванию фундамента силами пучения. Заглублённая и расширенная часть фундамента оказывается ниже зоны активного пучения, что обеспечивает его устойчивость.
• Использование удлинённых свай: Свайные фундаменты являются эффективным решением в пучинистых грунтах. Сваи заглубляются ниже нормативной глубины промерзания, опираясь на непучинистые или устойчивые слои грунта. При этом важно предусмотреть меры по снижению касательных сил пучения, действующих по боковой поверхности свай (например, обмазка специальными составами, использование обсадных труб).

Физико-химическое укрепление промерзающих и оттаивающих грунтов

Применение методов физико-химического укрепления позволяет модифицировать свойства грунтов, делая их менее восприимчивыми к криогенным процессам. Сущность этих методов и технологии предпостроечной подготовки таких грунтов подробно описаны в Руководстве по технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов (Стройиздат, 1977).

К таким технологиям относятся:

• Введение вяжущих веществ: Цементация, силикатизация, битумизация или смолизация грунтов изменяет их структуру, увеличивает прочность и снижает водопроницаемость, тем самым уменьшая пучинистость.
• Электрохимическое закрепление: Воздействие электрического тока в сочетании с введением химических растворов изменяет состав поровой воды и связывает частицы грунта.
• Тепловая обработка: Спекание или обжиг грунтов (например, в основаниях дорог) может создавать прочный и непучинистый слой.

Способы оттаивания мерзлых пород

В некоторых случаях, особенно при проведении земляных работ в зимний период или необходимости ускоренной подготовке основания, требуется искусственное оттаивание мёрзлых пород. Для этого применяются тепловые, химические и механические методы.

1. Тепловые методы:
   • Рефлекторные печи и паровые иглы: Традиционные методы, использующие открытый огонь (в печах) или горячий пар, подаваемый через систему перфорированных труб (паровые иглы), заглублённых в грунт.
   • Термоэлектрические маты: Современные электрические нагревательные элементы, уложенные на поверхность грунта. Они способны прогревать грунт на глубину 60-80 см за 20-32 часа, что делает их эффективными для локального и относительно быстрого оттаивания.
   • Гидравлические станции: Применяют нагретый жидкий теплоноситель (например, воду или антифриз), который циркулирует по гибким рукавам, уложенным на оттаиваемой площади. Такие станции могут обеспечивать оттаивание площадей до 400 м² со скоростью 30-60 см/сутки, что позволяет эффективно подготавливать большие участки.
   • Электролитические и омические нагреватели: Использование электрического тока для прямого нагрева грунта (омический) или для электролиза воды с выделением тепла (электролитический).
2. Химические методы:
   • Введение растворов солей: Принцип основан на понижении температуры замерзания воды при растворении в ней солей (эффект криоскопии). Например, введение 25-процентного раствора хлорида натрия (NaCl) с расходом 8 кг соли на 1 м³ мёрзлого грунта позволило разморозить его на глубину 1,3 м за 10 дней.
   • Водно-спиртовые растворы: Также используются для значительного понижения температуры замерзания грунтов. Их применение, например, при добыче золота дражным методом, позволяет продлить сезон промывки, предотвращая замерзание воды и грунта.
3. Механические методы:
   • Рыхление верхних слоев грунта: Этот метод не столько оттаивает, сколько предотвращает глубокое промерзание или ускоряет оттаивание. Механическое рыхление (например, с помощью бульдозеров или рыхлителей) нарушает структуру грунта, увеличивает его пористость, образуя воздушные поры. Это уменьшает теплопроводность грунта, создавая эффект теплоизоляции, что препятствует глубокому промерзанию и способствует более быстрому оттаиванию весной.

Выбор конкретного метода или их комбинации зависит от типа грунта, глубины промерзания, требуемой скорости оттаивания, объёма работ, доступности ресурсов и экономических соображений.

Заключение

Сезонное промерзание и оттаивание пород – это не просто природные явления, а фундаментальные геокриологические процессы, которые формируют облик огромных территорий Земли, и в частности, значительной части России. От чёткого понимания их сущности, факторов влияния, физических механизмов и проявления в виде разнообразных криогенных форм рельефа зависит устойчивость как природных экосистем, так и всей инженерной инфраструктуры.

Мы рассмотрели, как климатические условия, тип и влажность грунта, растительный и снежный покров, а также географическое положение в совокупности определяют интенсивность и глубину этих процессов. Особое внимание было уделено сложным физическим механизмам, таким как фазовые переходы воды, миграция влаги, вызывающая морозное пучение, и критическое изменение теплофизических свойств грунтов, включая роль незамерзшей воды. Детальный анализ криогенных форм рельефа – от морозного пучения и термокарста, приводящих к образованию озер и кратеров, до солифлюкции, морозобойного растрескивания и наледей – подчеркивает динамичность и деструктивный потенциал этих процессов.

Инженерно-геологическое значение сезонного промерзания и оттаивания сложно переоценить. Оно напрямую влияет на проектирование фундаментов, безопасность линейных коммуникаций и общую устойчивость объектов инфраструктуры, что подтверждается многочисленными примерами деградации сооружений в Арктике и соответствующими нормативными требованиями. В ответ на эти вызовы современная геокриология и инженерная геология предлагают разнообразные методы исследования, мониторинга и прогнозирования, включая расчетные формулы, полевые измерения, геофизические методы и передовые системы мониторинга многолетней мерзлоты в России.

Перспективы дальнейших исследований и разработок в области геокриологии и инженерной геологии связаны с углублением понимания долговременных эффектов изменения климата на криолитозону, разработкой более точных прогностических моделей и созданием инновационных, экономически эффективных и экологически безопасных инженерных решений. В условиях продолжающегося освоения Арктики и других криогенных регионов, комплексный подход к решению проблем, связанных с сезонным промерзанием и оттаиванием, становится не просто желательным, но жизненно необходимым для обеспечения устойчивого развития и безопасности человеческой деятельности на этих уникальных территориях.

Список использованной литературы

1. Ершов Э.Д. Общая геокриология. М.: Недра, 1990.
2. Мерзлотоведение / Ред. В.А. Кудрявцев. М.: МГУ, 1981.
3. Общее мерзлотоведение (геокриология) / Ред. В.А. Кудрявцев. М.: МГУ, 1978.
4. Сумгин М.И. Вечная мерзлота почвы в пределах СССР. 2 изд. М. — Л., 1937.
5. Теплофизические свойства талых и мерзлых грунтов, загрязненных дизельным топливом // Cyberleninka.ru. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/teplofizicheskie-svoystva-talyh-i-merzlyh-gruntov-zagryaznennyh-dizelnym-toplivom (дата обращения: 11.10.2025).
6. Сезонное промерзание и оттаивание горных пород // Studbooks.net. URL: https://studbooks.net/1359368/geografiya/sezonnoe_promerzanie_ottaivanie_gornyh_porod (дата обращения: 11.10.2025).
7. Криогенные (мерзлотные) процессы и явления // Fireman.club. URL: https://fireman.club/inseklopedia/kriogennye-merzlotnye-processy-i-yavleniya/ (дата обращения: 11.10.2025).
8. Многолетняя мерзлота // Encyclopedia.ru. URL: https://encyclopedia.ru/articles/mnogoletnyaya-merzlot (дата обращения: 11.10.2025).
9. ГОСТ 26262-2014. Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200115591 (дата обращения: 11.10.2025).
10. Определение глубины сезонного промерзания грунта // Prom-terra.ru. URL: https://prom-terra.ru/glubina-sezonnogo-promerzaniya-grunta/ (дата обращения: 11.10.2025).
11. Криогенные процессы // Большая российская энциклопедия — электронная версия. URL: https://old.bigenc.ru/geology/text/2112461 (дата обращения: 11.10.2025).
12. ГОСТ 24847-2017 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания (с Поправкой). URL: https://docs.cntd.ru/document/1200159495 (дата обращения: 11.10.2025).
13. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. URL: https://docs.cntd.ru/document/9007449 (дата обращения: 11.10.2025).
14. Методика прогнозирования значений сезонно-талого слоя в районах распространения многолетнемерзлых грунтов с учетом их деградации при климатическом потеплении // Вестник НИЦ «Строительство». URL: https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/100 (дата обращения: 11.10.2025).
15. Инженерно-геологические изыскания в строительстве. БНТУ. URL: http://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/35165/inzhenerno-geologicheskie_izyskaniya_v_stroitelstve.pdf (дата обращения: 11.10.2025).
16. СП 446.1325800.2019 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ. URL: https://docs.cntd.ru/document/556133276 (дата обращения: 11.10.2025).
17. Сравнительное исследование влияния сезонного промерзания-оттаивания на взаимосвязь поверхностных и подземных вод // НИР | ИСТИНА. URL: https://istina.msu.ru/projects/9398869/ (дата обращения: 11.10.2025).
18. Численное моделирование процесса миграции влаги в зависимости от скорости промерзания грунтов // Инженерно-строительный журнал. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/chislennoe-modelirovanie-protsessa-migratsii-vlagi-v-zavisimosti-ot-skorosti-promerzaniya-gruntov (дата обращения: 11.10.2025).
19. Меры борьбы с морозным пучением // Sground.ru. URL: https://sground.ru/fundament/mery-borby-s-moroznym-pucheniem.html (дата обращения: 11.10.2025).
20. Руководство по технологии физико-химического укрепления промерзающих и оттаивающих грунтов. М.: Стройиздат, 1977. 64 с.
21. Способ оттаивания мерзлых горных пород и грунтов // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sposob-ottaivaniya-merzlyh-gornyh-porod-i-gruntov (дата обращения: 11.10.2025).
22. Анализ методов оттаивания мерзлых пород // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-metodov-ottaivaniya-merzlyh-porod (дата обращения: 11.10.2025).
23. О зависимости процесса промерзания грунтов от влажности // КиберЛенинка. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-zavisimosti-protsessa-promerzaniya-gruntov-ot-vlazhnosti (дата обращения: 11.10.2025).
24. RU2602460C1 — Способ оттаивания мерзлых горных пород и грунтов // Google Patents. URL: https://patents.google.com/patent/RU2602460C1/ru (дата обращения: 11.10.2025).
25. Механика грунтов. Пермский национальный исследовательский политехнический университет. URL: http://pstu.ru/files/3268/mekhanika_gruntov_2015_ponomarev_ab.pdf (дата обращения: 11.10.2025).