ИСТИНА

Планируемые натурные исследования гидродинамических процессов в прибрежной зоне морей Северного Ледовитого океана и лабораторное моделирование направлены на выявление воздействия цикличных изменений уровня моря (приливы-отливы, сгонно-нагонные явления, трансгрессии-регрессии) на изменения уровня грунтовых вод. Периодические многолетние и кратковременные (суточные) изменения уровня моря и грунтовых вод в криолитозоне могли служить причиной образования внутригрунтовых ледяных тел различной мощности. Моделирование предполагаемого механизма формирования пластового льда в лабораторных условиях позволит изучить закономерности формирования ледяных залежей такого генезиса и оценить вероятность подобного сценария возникновения массивных ледяных тел в толщах приморских низменностей в прошлом (поздний плейстоцен и голоцен). При проведении полевых и лабораторных исследований предполагается уделить особое внимание изучению структуры и состава льда и распределению газовых, жидких и твердых включений в нём, а также вариациям изотопного состава, что позволит получить новую информацию, необходимую для установления механизмов формирования ледяных тел и источника водных масс, сформировавших ледяные залежи.

Целью проведённых по проекту работ являлась проверка возможности формирования ледяных пластов в грунтах (пластовых льдов) на прибрежных территориях полярных морей в результате периодических естественных колебаний уровня грунтовых вод под воздействием приливно-отливных явлений. Работы включали в себя изучение гидродинамических процессов в прибрежной зоне на двух участках побережья Белого Моря (Поньгома и Мезенская губа), анализ естественных высокольдистых грунтов и залежей подземного льда на Уральском берегу Байдарацкой губы и на Ямале, лабораторное и теоретическое моделирование формирования ледяных пластов при периодическом колебании уровня грунтовой воды. Предпосылкой постановки такой задачи стало отсутствие общепризнанного объяснения наличия пресных и ультрапресных пластовых льдов во вмещающих породах обычно морского происхождения и значительного расхождения в изотопном составе пластовых льдов и морской воды, при географическом распространении большинство залежей пластовых льдов, обнаруженных на когда-либо прибрежных территориях. Механизмом, объединяющим возможность формирования пластового льда из грунтовой пресной воды в прибрежных отложениях представленных, согласно описанным ранее характерным особенностям пластовых комплексов, чередованием глинистых и песчаных (водопроницаемых) слоёв, при соответствующих климатических условиях, может быть предложен подпор грунтовой воды приливными волнами, обеспечивающий «контакт» воды с границей мёрзлого (промерзающего) грунта или водонепроницаемого горизонта, благоприятный для её замораживания. Результатом полевых исследований на берегу Белого Моря (Поньгома) стало подтверждение влияния режима морских приливов (высотой до 2 метров) на колебания уровня грунтовых вод, заметные, согласно измерению уровня воды в шурфах, на расстоянии десятков метров от уреза морской воды. Аналогичное влияние ожидалась, но не была обнаружено на береговых участках, сложенных глинистыми и оторфованными грунтами, в зоне формирования прибрежной территории под воздействием приливно-отливных явлений с амплитудой до 9 метров (Мезенская губа, Белое Море). Проведённые полевые исследования показали сильную сезонную изменчивость зависимости уровня грунтовых вод от приливно-отливных явлений, связанную с величиной и неравномерностью внутригрунтового стока, вплоть до исчезновения проявления приливного сигнала на расстоянии от уреза воды. Была обнаружена значительная роль формирования водонепроницаемого сезонно-мёрзлого слоя у поверхности грунта в проникновении сигнала. Таким образом, связь между режимом морских приливов и колебаниями уровня грунтовых вод должна быть различна для территорий сложенных грунтами разного механического состава, определяться величиной внутригрунтового стока и активностью приливно-отливных явлений, и существенно меняется при разных условиях промерзания. Изучение мощных залежей подземного льда в обнажении на Уральском берегу Байдарацкой губы указало на их полигенетичность. Однако анализ структурных особенностей льда позволил предположить участие и предложенного механизма в формировании пластов. Залежей пластовых льдов в районе полевых исследований на Ямале, р. Юрибей в 2007 г. не было обнаружено. Лабораторные исследования представляли собой моделирование изменения уровня грунтовой воды, периодически поступающей в направлении снизу вверх, при однонаправленном промерзании двухслойного образца (мёрзлая глина как верхний слой и песок как нижний) с верхней его поверхности. Высокольдистый горизонт и ледяной прослой толщиной до 1,5 см сформировался вблизи границы между слоями за несколько десятков циклов колебаний уровня воды. Расположение и форма кристаллов и газовых включений соответствовали структурным особенностям инъекционного льда при небольших объёмах поступающей воды и были аналогичны структуре льда природных пластовых залежей. Результаты проведённых работ подтвердили возможность формирования льдонасыщенных горизонтов при периодическом изменении уровня грунтовых вод, с приливно-отливными явлениями как возможной причиной такого периодического изменения. Реализация такого механизма формирования пластовых залежей связана с сочетанием ряда геологических, гидрологических и термических условий, однако долгопериодные изменения уровня моря на фоне постепенного изменения климата предполагают возможность действия такого механизма в определенные периоды прошлого и объясняют современное распространение залежей пластовых льдов на больших территориях и значительном удалении от современного Арктического побережья.