Аннотация: Приводятся результаты применения георадиолокационного профилирования для исследования почв и подстилающих пород полигональных болот Пур-Тазовского междуречья (Север Западной Сибири), функционирующих в естественных и антропогенно-нарушенных условиях. Район исследований относится к южной тундре с преимущественно сплошным распространением многолетнемерзлых пород. Строительство автодорог на Севере России является одним из главных факторов антропогенного воздействия на тундровые геосистемы криолитозоны, воздействуя на температурные режимы почв и глубину залегания многолетнемерзлых пород. Методами георадиолокационного профилирования определены особенности пространственной дифференциации глубины залегания многолетнемерзлых пород на участке полигональных болот, пересекаемых насыпной автодорогой федерального значения. Георадиолакационное профилирование позволило определить конфигурацию глубины залегания кровли многолетнемерзлых пород как на естественных, так и антропогенно-нарушенных участках полигональных болот. Максимальное понижение кровли многолетнемерзлых пород определяется в основании дорожной насыпи и не превышает глубину три метра. Несмотря на глубокое залегание кровли ММП под дорожной насыпью, мощность талых погребенных торфяных горизонтов здесь аналогична таковой сезонноталого слоя ненарушенных торфяных полигонов. Особенности пространственной дифференциации глубины залегания многолетнемерзлой кровли на участках полигональных болот, пересекаемых насыпной автодорогой на Севере Западной Сибири аналогичны таковым, характерным для регионов со сплошной низкотемпературной криолитозоной. Метод ручного зондирования кровли многолетнемерзлых пород использовался для верификации результатов георадиолокационного профилирования в пределах ненарушенных участков.

Ключевые слова: полигональные болота, георадар, многолетнемерзлые породы, сезонноталый слой, тундровые почвы, автодорога, ручное зондирование, антропогенные нарушения, южная тундра, Западная Сибирь

Abstract: The results of the application of geo-radar profiling for the study of soils and underlying rocks of polygonal bogs of the Pur-Taz interfluve (North of Western Siberia), functioning in natural and anthropogenic disturbed conditions, are presented. The research area belongs to the southern tundra with a predominantly continuous distribution of permafrost rocks. The construction of highways in the North of Russia is one of the main factors of anthropogenic impact on the tundra geosystems of the cryolithozone, affecting the temperature regimes of soils and the depth of permafrost. The features of spatial differentiation of the depth of occurrence of permafrost rocks on the site of polygonal swamps intersected by a federal highway were determined by the methods of geo-radar profiling. Georadiolactic profiling made it possible to determine the configuration of the depth of the permafrost roof both in natural and anthropogenic disturbed areas of polygonal swamps. The maximum lowering of the permafrost roof is determined at the base of the road embankment and does not exceed a depth of three meters. Despite the deep occurrence of the MMP roof under the road embankment, the thickness of the thawed buried peat horizons here is similar to that of the seasonally shallow layer of undisturbed peat polygons. The features of spatial differentiation of the depth of the permafrost roof in the polygonal swamps intersected by the bulk highway in the North of Western Siberia are similar to those characteristic of regions with a continuous low-temperature cryolithozone. The method of manual probing of the permafrost roof was used to verify the results of geo-radar profiling within undisturbed areas.

Keywords: Western Siberia, southern tundra, anthropogenic disturbances, highway, manual sensing, tundra soils, seasonally small layer, permafrost rocks, georadar, polygonal swamps

Аннотация: Одним из важных параметров, определяющих технические решения при проектировании автомобильных дорог в криолитозоне, является глубина оттаивания грунтов дорожного основания. Целью работы являлась количественная оценка степени влияния льдистости грунтовых оснований дорог в криолитозоне на глубину их сезонного оттаивания. Для анализа использовалась классическая формула расчета глубины оттаивания для тел плоской симметрии, полученная при решении однофазной задачи Стефана. Результаты численных расчетов представлены в виде 2D и ЗD графиков, которые позволяют наглядно оценить влияние льдистости грунта и степени его изменения в период эксплуатации дороги на глубину оттаивания дорожного основания. Установлено, в частности, что степень изменения глубины оттаивания при одинаковом значении увеличения льдистости в разных диапазонах (например, с 10 до 20% и с 30 до 40%) для рассмотренного типичного случая грунтового основания криолитозоны, уменьшается почти в 1,3 раза. Показано, что, чем больше начальная льдистость грунта, тем степень уменьшения глубины оттаивания при изменении льдистости на постоянную величину будет меньше. Построен 3Dграфик для определения глубины оттаивания грунтов деятельного слоя дорожного основания в широком диапазоне возможного изменения льдистости в период эксплуатации автомобильной дороги. Наличие графика позволяет оперативно оценить возможные варианты изменения глубины оттаивания и принять правильное, обоснованное техническое решение при проектировании. Например, обосновать необходимость использования специального теплозащитного слоя в дорожной одежде. Дальнейшие направления исследований в данной области должны быть направлены на изучение влияния влажности (льдистости) дисперсных грунтов на глубину оттаивания дорожных оснований с учетом зависимости плотности и теплопроводности грунта от льдистости.

Ключевые слова: автомобильная дорога, многолетняя мерзлота, прогноз, глубина оттаивания, льдистость, 3Д график, проектирование, степень изменения, температура, расчет

Abstract: One of the important parameters determining technical solutions in the design of highways in the cryolithozone is the depth of thawing of the soils of the road base. The aim of the work was to quantify the degree of influence of the iciness of the soil foundations of roads in the cryolithozone on the depth of their seasonal thawing. For the analysis, the classical formula for calculating the thawing depth for bodies of plane symmetry, obtained by solving the single-phase Stefan problem, was used. The results of calculations are presented in the form of 2D and 3D graphs, which allow us to visually assess the effect of the iciness of the soil and the degree of its change during the operation of the road on the depth of thawing of the road base. It was found, in particular, that the degree of change in the depth of thawing at the same value of the increase in ice content in different ranges (for example, from 10 to 20% and from 30 to 40%) for the considered typical case of the ground base of the cryolithozone decreases by almost 1.3 times. It is shown that the greater the initial iciness of the soil, the degree of decrease in the depth of thawing when the iciness changes by a constant value will be less. A 3D graph was built to determine the depth of thawing of the soils of the active layer of the road base in a wide range of possible changes in ice content during the construction and use of the highway. The availability of a schedule allows to quickly assess possible options for changing the depth of thawing and make a correct, informed technical decision when designing the road. For example, when assessing the need to use a special heat-protective layer in road clothing. Further directions of research in this area should be aimed at studying the effect of humidity (iciness) of dispersed soils on the depth of thawing of road foundations, taking into account the dependence of the density and thermal conductivity of the soil on the iciness.

Keywords: degree of change, designing, 3D graph, iciness, thawing depth, forecast, permafrost, automobile road, temperature, calculation

Аннотация: Предметом исследования является новая периодизация голоцена в применении к северным районам Российской криолитозоны. Рассмотрены: критерии современного выделения трех календарных периодов голоцена; сопоставление со схемой Блитта-Сернандера; сопоставление с трехчленным делением голоцена для Российской Арктики, предложенное Ю.К.Васильчуком. В 2008 г. Международной комиссией по стратиграфии (IUGS) граница между голоценом и неоплейстоценом была установлена на рубеже около 11 700 калиброванных лет назад (кал. л. н.). В 2018 г. дополнительно к известному делению Блитта-Сернандера голоцен был разделён IUGS на три яруса: гренландский (от 11 700 до 8200 кал. лет назад), северогриппианский (от 8200 до 4200 кал. лет назад) и мегхалайский (начало 4200 кал. лет назад). Установлены особенности развития полигонально-жильных массивов в течение трех периодов голоцена и реконструированы среднеянварские температуры воздуха для четырех ключевых регионов российской криолитозоны – севера Европейской части России, севера Западной Сибири, низовий р.Колымы и востока Чукотки. Показано, что с учетом нового деления голоцена гренландский и северогриппианский периоды голоцена (между 11,7 и 4,2 тыс. лет назад) – стадия наиболее активного развития торфяников и одновременного формирования в них повторно-жильных льдов. Мегхалайский период голоцена характеризовался заметным снижением развития торфяников, но сингенетический рост повторно-жильных льдов продолжался в пределах формирующихся пойм и лайд, особенно в пределах оторфованных участков. Реконструированные среднеянварские температуры воздуха для четырех ключевых регионов российской криолитозоны показали, что гренландский и северогриппианский периоды голоцена характеризовались немного более высокими значениями (в среднем на 1-2оС выше), чем мегхалайский, исключение составляет восточная Чукотка, для которой отмечено повышение среднеянварской температуры воздуха в течение мегхалайского периода.

Ключевые слова: низовья Колымы, север Западной Сибири, Европейский Север России, полигонально-жильные массивы, среднеянварская температура воздуха, мегхалайский период, северогриппианский период, гренландский период, новое деление голоцена, восточная Чукотка

Abstract: The subject of the study is a new formal subdivision of Holocene epoch applied to the northern regions of the Russian permafrost. The following criteria are considered: criteria for the modern allocation of three calendar periods of the Holocene; comparison with the Blitt-Sernander scheme; comparison with the three-term division of the Holocene for the Russian Arctic, proposed by Yu.K.Vasilchuk. In 2008, the International Commission on Stratigraphy (IUGS) established the boundary between the Holocene and the Neo-Pleistocene at the turn of about 11,700 calibrated years ago (cal. l. n.). In 2018, in addition to the well-known Blitt-Sernander division, the Holocene was divided by IUGS into three tiers: Greenland (from 11,700 to 8,200 cal. years ago), North Grippian (from 8200 to 4200 cal. years ago) and Meghalayan (beginning 4200 cal. years ago). The features of the development of polygonal vein arrays during three Holocene periods were established and the average January air temperatures for four key regions of the Russian cryolithozone were reconstructed - the north of the European part of Russia, the north of Western Siberia, the lower reaches of the Kolyma River and the east of Chukotka. It is shown that, taking into account the new division of the Holocene, the Greenland and North Grippian periods of the Holocene (between 11.7 and 4.2 thousand years ago) are the stage of the most active development of peat bogs and the simultaneous formation of re–vein ice in them. The Meghalayan Holocene period was characterized by a marked decrease in the development of peatlands, but syngenetic growth of re-vein ice continued within the emerging floodplains and laids, especially within the torn-off areas. The reconstructed average January air temperatures for four key regions of the Russian cryolithozone showed that the Greenland and North Grippian periods of the Holocene were characterized by slightly higher values (on average 1-2 °C higher) than the Meghalayan, with the exception of eastern Chukotka, for which an increase in the average January air temperature during the Meghalayan period was noted.

Keywords: eastern Chukotka, polygonal ice wedges, average January air temperature, The European North of Russia, north of Western Siberia, lower Kolyma River, meghalayan period, The Northern Grippian period, Greenland period, new division of the Holocene

Аннотация: Объектом исследования являются процессы метаморфизма мёрзлых пород, включая структурную перестройку, а также пластические и хрупкие деформации подземных льдов. В геокриологии многими специалистами отмечается важность рассмотрения процессов деформирования мёрзлых пород. При этом сами деформированные породы не выделяются в отдельную категорию, что затрудняет изучение развития криогенных геосистем после их формирования. Основным методом, используемым в данной статье, является анализ результатов предыдущих исследований различных авторов по рассматриваемой теме. Теоретической основой предлагаемого подхода являются положения, разработанные в рамках механики мерзлых грунтов и структурного ледоведения. Синтез анализируемых материалов осуществлялся на базе геосистемного подхода. В предлагаемой работе впервые был проведён сравнительный анализ деформаций строения различного рода криогенных образований. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена необходимостью изучения закономерностей деформирования мёрзлых пород в естественных условиях. В теоретическом отношении, это важно для более глубокого понимания процессов происходящих в криолитозоне. Для практических целей, работы в данном направлении позволят более точно оценивать возможность развития опасных инженерно-геологических процессов при техногенных воздействиях на мёрзлые породы. Изменения строения мёрзлых пород продолжается и после формирования первичной структуры. Деформации, то есть нарушения первичного сложения, являются неотъемлемой частью строения мёрзлых пород. Данные о деформациях первичного криогенного строения несут информацию об истории развития уже сформировавшихся криогенных геосистем. Необходима разработка классификации текстурно-структурных деформаций криогенного строения мёрзлых пород, в которой следует выделять особый тип – метаморфизованных ледяных образований. Необходима разработка методов структурно-деформационного анализа позволяющих устанавливать связи между наблюдаемыми деформациями криогенного строения и процессами, происходящими в мёрзлых породах.

Ключевые слова: многолетнемёрзлые породы, криогенные текстуры, пластические деформации, разрывные деформации, течение льда, диссоциация газогидратов, фильтрация газа, стадии развития, сегрегационные льды, инъекционные льды

Abstract: The object of the study is the processes of metamorphism of frozen rocks, including structural restructuring, as well as plastic and brittle deformations of underground ice. In geocryology, many experts note the importance of considering the processes of deformation of frozen rocks. At the same time, the deformed rocks themselves do not stand out in a separate category, which makes it difficult to study the development of cryogenic geosystems after their formation. The main method used in this article is the analysis of the results of previous studies by various authors on the topic under consideration. The theoretical basis of the proposed approach is the provisions developed within the framework of the mechanics of frozen soils and structural ice science. The synthesis of the analyzed materials was carried out on the basis of a geosystem approach. In the proposed work, for the first time, a comparative analysis of structural deformations of various kinds of cryogenic formations was carried out. The relevance of the topic under consideration is due to the need to study the patterns of deformation of frozen rocks in natural conditions. Theoretically, this is important for a deeper understanding of the processes occurring in the cryolithozone. For practical purposes, work in this direction will allow us to more accurately assess the possibility of the development of dangerous engineering-geological processes with man-made impacts on frozen rocks. Changes in the structure of frozen rocks continue after the formation of the primary structure. Deformations, that is, violations of the primary addition, are an integral part of the structure of frozen rocks. Data on deformations of the primary cryogenic structure provide information about the history of the development of cryogenic geosystems that have already been formed. It is necessary to develop a classification of textural and structural deformations of the cryogenic structure of frozen rocks, in which a special type should be distinguished - metamorphosed ice formations. It is necessary to develop methods of structural and deformation analysis that allow establishing links between the observed deformations of the cryogenic structure and the processes occurring in frozen rocks.

Keywords: dissociation of gas hydrates, ice flow, breaking deformations, plastic deformations, cryogenic textures, permafrost rocks, gas filtration, stages of development, segregation ice, injectable ice

Аннотация: Предметом исследования является соотношение содержания углерода и азота в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах и в современных почвах в районе Батагайского оврага, север Якутии. Исследовано содержание углерода и азота, а также отношения этих элементов в генетических горизонтах почвенного покрова, едомных отложениях и в сингенетических повторно-жильных льдах верхнего едомного комплекса Батагайского мегаоврага. Исследованные почвы относятся к светлоземам иллювиально-железистым мерзлотным и подзолам иллювиально-железистым постпирогенным мерзлотным. Для изучения содержания углерода и азота опробованы повторно-жильные льды первого и второго ярусов верхнего едомного комплекса. Наиболее высокие значения соотношения содержания углерода и азота получены в верхнем горизонте светлозема иллювиально-железистого мерзлотного в окрестностях Батагайского мегаоврага. Среднее значение содержания углерода в повторно-жильных льдах Батагайской едомы составляет 0.13 моль, максимум - 0.36 моль, минимальное содержание углерода -0,06 моль, среднее содержание азота составляет 0.04 моль, максимум – 0.12 моль, минимум 0.02 моль. Для всего массива данных повторно-жильного льда значение С/N в среднем равно 3.90, максимум - 6.96, минимум 1.05 моль.

Ключевые слова: долина Яны, почва, поздний плейстоцен, едома, повторно-жильный лед, Батагай, многолетнемерзлые породы, азот, углерод, Якутия

Abstract: The content of carbon and nitrogen, as well as the carbon-to-nitrogen ratio in the genetic horizons of the soil cover, yedoma deposits and in organic residues in syngenetic ice wedges (IW) of the upper IW complex of the Batagay megaslump were studied. The studied soils belong to the silty-loam Spodic Cryosol (Dystric,Humic) and post-pyrogenic Spodic Cryosol (Dystric,Humic). To study the carbon and nitrogen content, ice wedges of the first and second tiers of the upper IW complex were tested. The highest values of the C/N ratio were obtained in the upper horizon of the silty- loam Spodic Cryosol (Dystric, Humic) near the Batagay megaslump. The average value of the carbon content in the ice wedges of the Batagay yedoma is of 0.13 mol, the maximum is 0.36 mol, the minimum carbon content is 0.06 mol, the average nitrogen content is of 0.04 mol, maximum 0.12 mol, minimum 0.02 mol. For the entire data array of ice wedges, the value of C/N is of average 3.90, maximum 6.96, minimum 1.05.

Keywords: Yakutia, Yana River Valley, Batagay, soil, late Pleistocene, ice wedge, yedoma, permafrost rocks, nitrogen, carbon