Бугры пучения

Бугры пучения — это локальные, часто сезонные, формы рельефа, возникающие в результате неравномерного промерзания и пучения грунта, преимущественно в областях распространения многолетней (вечной) мерзлоты, а также в зонах сезонного промерзания. Представляют собой куполообразные или конусообразные возвышения земной поверхности, сложенные льдистым грунтом, торфом или минеральным материалом, с ледяным ядром (гидролакколитом) или без него. Высота бугров пучения может варьироваться от нескольких десятков сантиметров до 30–40 метров, а диаметр — от нескольких метров до нескольких сотен метров. Являются одним из наиболее распространённых и динамичных криогенных (мерзлотных) образований, играющих важную роль в формировании ландшафтов тундры, лесотундры и тайги.

Классификация

Бугры пучения классифицируются по нескольким признакам: происхождению, составу слагающего материала, режиму существования и морфологии.

По происхождению и механизму образования

Выделяют два основных генетических типа:

• Инъекционные (гидролакколиты): образуются при напорном поступлении подземных вод (надмерзлотных или межмерзлотных) к промерзающему слою. Вода, замерзая, формирует линзу льда, которая приподнимает вышележащие породы. Характерны для районов с мощным слоем многолетнемерзлых пород, где существует гидростатический напор. Классический пример — булгунняхи (якутское название) или пинго (эскимосское название, распространённое в западной литературе).
• Миграционные (сегрегационные): возникают за счёт миграции влаги к фронту промерзания из нижележащих талых слоёв. Вода, не успевая отжаться, замерзает в виде тонких прослоек льда (шлёров), что приводит к увеличению объёма грунта и его вспучиванию. Такие бугры обычно невысоки (до 1–2 м) и широко распространены в зоне сезонного промерзания, в том числе на торфяниках.

По составу

• Торфяные бугры пучения: сложены торфом, который обладает высокой влагоёмкостью и низкой теплопроводностью. Часто содержат ледяное ядро. Характерны для болот и заболоченных территорий.
• Минеральные бугры пучения: сложены суглинками, супесями, песками, часто с включениями щебня. Типичны для дренированных участков и склонов.
• Ледяные бугры (гидролакколиты): ядро состоит преимущественно из чистого льда, а чехол — из тонкого слоя грунта. Наиболее крупные формы.

По режиму существования

• Сезонные (бугры сезонного пучения): возникают зимой в пределах слоя сезонного промерзания и полностью или частично разрушаются летом при оттаивании. Высота обычно не превышает 1–2 м. Характерны для дорожных насыпей, фундаментов и других инженерных сооружений, где вызывают деформации.
• Многолетние (бугры многолетнего пучения): существуют десятилетиями и столетиями, приурочены к зоне многолетней мерзлоты. Их высота может достигать десятков метров. Разрушаются при термоабразии, термокарсте или при изменении климатических условий.

Условия формирования

Для образования бугров пучения необходимо сочетание следующих факторов:

1. Наличие многолетнемерзлых или сезонно-промерзающих пород, которые служат водоупором.
2. Достаточное увлажнение грунта — наличие надмерзлотных вод, верховодки или атмосферных осадков.
3. Морозное пучение — процесс увеличения объёма грунта при замерзании воды, который зависит от гранулометрического состава (наиболее пучинисты глинистые грунты, наименее — пески).
4. Наличие напора подземных вод (для инъекционных бугров) — возникает, когда вода, зажатая между двумя мёрзлыми слоями, оказывается под давлением.
5. Слабый теплообмен — например, наличие торфяного покрова, который замедляет оттаивание и способствует накоплению холода.

Строение и морфология

Типичный бугор пучения имеет куполообразную или конусообразную форму с крутыми склонами (до 30–40°). В плане он может быть округлым, овальным или неправильным. На вершине часто наблюдаются трещины, образующиеся при растяжении грунта, а иногда — провалы (кратеры), возникающие при вытаивании ледяного ядра.

Внутреннее строение включает:

• Ядро: линза или пласт льда (чистого, с примесями грунта, или льдистого грунта). Мощность ядра может составлять от 10–20% до 90% высоты бугра.
• Чехол: слой минерального или торфяного грунта, покрывающий ядро. Мощность чехла обычно невелика (от нескольких десятков сантиметров до 1–2 м).
• Основание: подстилающие многолетнемерзлые породы, которые могут быть деформированы под весом бугра.

Распространение

Бугры пучения широко распространены в криолитозоне — области распространения многолетней мерзлоты, которая занимает около 65% территории России. Наибольшее количество крупных многолетних бугров (булгунняхов) встречается в Якутии, на севере Западной и Восточной Сибири, на полуостровах Ямал, Гыданский и Таймыр. В Канаде и на Аляске они известны как пинго. Сезонные бугры пучения встречаются повсеместно в зонах сезонного промерзания, в том числе в средней полосе России, на Урале и в Сибири.

Значение и влияние

Геологическое и ландшафтное

• Являются индикаторами мерзлотных условий и гидрогеологического режима.
• Участвуют в формировании микрорельефа тундры и лесотундры, создавая мозаичность ландшафтов.
• При разрушении (вытаивании ядра) образуют термокарстовые озёра и западины.

Инженерное

• Бугры пучения представляют серьёзную опасность для инфраструктуры в криолитозоне. Сезонное и многолетнее пучение грунта вызывает деформации и разрушения фундаментов зданий, дорожных покрытий, трубопроводов, линий электропередачи и аэродромов.
• При строительстве в районах распространения бугров пучения применяются специальные инженерные решения: сохранение многолетней мерзлоты (принцип I), замена пучинистых грунтов, устройство дренажа, теплоизоляция фундаментов, использование свайных конструкций.

Экологическое

• Разрушение бугров пучения может приводить к выбросу метана, законсервированного в ледяном ядре, что оказывает влияние на парниковый эффект.
• Являются местами обитания специфических видов растений и животных, адаптированных к экстремальным условиям.

Интересные факты

• Самый высокий известный бугор пучения в России — булгуннях Улахан-Тарын в Якутии, высота которого достигает около 40 метров, а диаметр — более 200 метров.
• В западной литературе для обозначения крупных многолетних бугров пучения часто используется термин пинго (от эскимосского pingu — «бугор»). В России и странах СНГ более распространён термин булгуннях (от якутского булгунньах — «вздутие»).
• Процесс пучения грунта может быть настолько интенсивным, что способен выталкивать из земли столбы и сваи, а также разрывать подземные коммуникации.

Источники

1. Ершов Э.Д. Общая геокриология. — М.: Изд-во МГУ, 2002.
2. Кудрявцев В.А. (ред.). Основы мерзлотоведения. — М.: Изд-во МГУ, 1991.
3. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. — М.: Изд-во МГУ, 1993.
4. French H.M. The Periglacial Environment. — 4th ed. — Wiley, 2017.
5. Большая российская энциклопедия: Бугры пучения. — М., 2005–2020.