Одно из своеобразных явлений областей развития мерзлых горных пород — бугры пучения с чисто ледяным или льдистым ядром в центре. Их называют также гидролакколитами (водными лакколитами) по аналогии с магматическими образованиями — лакколитами, которые связаны с внедрениями расплавленной магмы в земные недра и имеют грибообразную или караваеобразную форму — верхняя поверхность выпуклая, нижняя плоская, иногда от нее отходит вниз своеобразная вертикальная ножка (подводной канал). Высота гидролакколитов колеблется от первых до нескольких десятков метров, что намного меньше, чем настоящих лакколитов, таких, как гора Аю-Даг (Медведь-гора) в Крыму, горы вокруг г. Пятигорска (Машук, Бештау, Железная и другие).
Возникновение бугров пучения связано с особенностями гидрогеологического режима областей развития мерзлых толщ и внедрением в промерзающие или уже мерзлые горные породы подземных вод или плывунных водно-грунтовых смесей, находящихся под давлением. Характерна приуроченность бугров пучения к районам распространения глинистых и торфяно-глинистых отложений, подстилаемых песками и песчано-гравийно-галечными смесями, независимо от их происхождения. Пучение происходит в местах выхода к дневной поверхности подземных вод, а также при промерзании чаш талого грунта, находящихся над мерзлыми толщами под озерами, после осушения озерных водоемов. Поскольку заозеренность на тундровых равнинах Севера достигает 50% территории и более, легко представить себе, как часто создаются ситуации, благоприятные для возникновения бугров пучения. Спущенные плоскодонные крупные озерные котловины называются в Якутии аласами, в Западной Сибири хасыреями. В обоих районах они имеют исключительно широкое распространение. Среди бугров пучения выделяются сезонные и многолетние, которые различаются по форме, размерам и способу образования.
Сезонные бугры пучения имеют слабовыпуклую в разрезе и округлую в плане форму, размеры их небольшие: высота не превышает обычно 2—3 м, ширина 3—5 м. Они образуются в осенне-зимний сезон и следующим летом, как правило, разрушаются, иногда они существуют в течение нескольких лет. Рост бугров начинается, когда промерзают насыщенные грунтовыми водами углубления в кровле вечномерзлых горных пород, существующие там, где в силу каких-либо причин летнее протаивание оказалось повышенным, а также при замерзании потоков надмерзлотных подземных вод. Они приурочены главным образом к подножиям обводненных склонов, плоскодонным заболоченным долинам небольших речек и ручьев, под которыми имеются подземные водные потоки.
Неравномерное промерзание водоносных горизонтов осенью и зимой приводит к уменьшению живого сечения грунтового подземного потока, возникновению в нем гидродинамического напора и выдавливанию кровли уже промерзших слоев вверх. Внедряющаяся при этом в образовавшуюся полость вода замерзает — так образуются небольшие бугры с ледяными ядрами. По мере развития процесса осенне-зимнего промерзания и утолщения мерзлой кровли она оказывает все возрастающее сопротивление внедрению воды и рост бугров пучения прекращается. Растущие бугры пучения всегда подстилаются талыми водоносными отложениями или водяными линзами, имеющимися в мерзлых толщах, вода которых обладает гидравлическим напором. На завершающих стадиях роста бугров их выпуклая мерзлая кровля лопается. Обычно это происходит весной, когда вследствие повышения температуры прочность мерзлой кровли снижается. Из ядра бугра вытекает вода, и внутри него возникают воздушные полости или камеры с ледяными сводами высотой до 3 м. В лопнувших сезонных буграх пучения, летом начинающих активно таять и разрушаться, хорошо видно их внутреннее строение.
Лед бугров обычно очень чистый, прозрачный, обладает вертикальной столбчатостью, его крупные призматические кристаллы достигают 16 см в поперечнике. Иногда во льду отмечаются остатки растений, почвы, торфа, куски грунта, особенно частые по периферии ледяной линзы, иногда галька и даже валуны, вмерзшие в лед из подстилающих отложений, а затем поднятые вверх в процессе последующего пучения и наращивания льда вверх. После полного протаивания сезонных гидролакколитов на их месте возникают небольшие озерки.
Многолетние бугры пучения имеют значительно более крупные размеры, чем сезонные. Они возникают в местах выхода на дневную поверхность подмерзлотных и межмерзлотных напорных подземных вод, достигая высоты 10—12, а иногда и 15—17 м. Но наиболее эффектны те бугры пучения с ледяными ядрами, которые вырастают на днищах спущенных или полуспущенных озерных котловин — аласов и хасыреев. Среди этих бугров встречаются гиганты высотой 40—50 и даже 70 м, имеющие в поперечнике от нескольких десятков до 200—300 м. Они широко распространены на заозеренных пространствах севера Западно-Сибирской низменности, равнинах Якутии, где получили местное название булгунняхов, а также на севере Северной Америки, где употребляется их эскимосское название — пинго.
В дельте р. Маккензи пинго детально изучены известным канадским мерзлотоведом Д. Р. Макеем. В ядре таких огромных бугров залегают обычно линзы чистого, белого, монолитного льда, подошва которого опущена на 5—10 м ниже окружающей местности. Образование крупных бугров пучения типа пинго и булгунняхов происходит при всестороннем промерзании спущенных или спускаемых озерных котловин, когда водоемы в них уже почти полностью осушаются и начинается процесс заболачивания их дна. Под плоским заболоченным днищем котловин находятся талые котлованы, образовавшиеся еще под озерами вследствие отепляющего воздействия наполнявших их вод. После осушения начинается промерзание их спущенного днища, объемы талого котлована сокращаются, поскольку он окружен наступающими на него мерзлыми толщами. Потоки холода направлены как сверху от дневной поверхности, так и снизу и с боков от мерзлых толщ. В результате возникает замкнутый со всех сторон объем талых водоносных отложений, своего рода огромный водно-грунтовый пузырь в мерзлой толще, постоянно сокращающийся в размерах, т. е. замерзающий со всех сторон. Как известно, при замерзании воды в замкнутых объемах возникают большие давления.
Вода и водно-грунтовые талые смеси, находящиеся под высоким давлением, ищут выход и находят его, внедряясь в направлении наименьшего сопротивления. Иногда они могут внедриться в сторону, если в толщах были горизонтально ориентированные ослабленные зоны — более рыхлые или раздробленные горные породы, пустоты и т. д. В этих случаях образуются пластовые внедрения подземных вод и водно-грунтовых смесей, превращающиеся при замерзании в лед и ледогрунт. Но чаще всего зона наименьшего сопротивления находится вверху, поскольку толщина новообразованной мерзлоты поверх талого пузыря здесь еще невелика. Под действием напора снизу мерзлые слои начинают изгибаться и подниматься, подпирающие их воды и водно-грунтовые смеси, попадая в зону отрицательных температур, замерзают. Подача вод и водно-грунтовых смесей наверх под напором происходит в процессе роста крупного бугра пучения неоднократно, поскольку после внедрения очередной порции давление в «котле» сбрасывается. По этой причине в ядрах многолетних бугров пучения ледяные залежи имеют весьма сложное строение.
Установлено, что под ледяными ядрами растущих пинго и булгунняхов находятся линзы напорных вод. Например, над устьями некоторых скважин, пробуренных в пределах ядер пинго, появлялись фонтаны воды до 3 м высотой. Иногда излияния воды или плывуна происходят по трещинам в куполе бугра, который превращается в «гидровулкан» или «грязевой вулкан». Известны случаи взрывов бугров в результате скопления газов внутри них, образующихся при разложении органического вещества, всегда в изобилии присутствующего в озерно-болотных отложениях. Взрывы сопровождаются выбросами обломков мерзлой кровли, фонтанами воды или жидкой грязи в несколько метров высотой.
Скорость роста крупных бугров пучения превышает иногда 0,5 м в год, но обычно они растут медленно со скоростью 1,5—2,5 см в год и процесс роста, по оценкам разных авторов, продолжается от нескольких десятков до нескольких сотен или даже одной — полутора тысяч лет. На заключительных стадиях развития крупных бугров пучения с ледяным ядром кровля их лопается и растрескивается, в ней возникают радиальные трещины, расходящиеся от центра к периферии бугра. Вдоль трещин в глубь бугра летом проникают теплый воздух, дождевая влага, и ледяное ядро начинает таять. Со временем на его месте возникает глубокая воронка, заполненная водой.
Помимо бугров пучения, связанных с напорными подземными водами и плывунными водно-грунтовыми массами, — гидролакколитов, существуют бугры пучения, образующиеся в результате послойного (шлирового) льдовыделения в глинистых и торфяно-глинистых отложениях. Процесс их формирования выглядит следующим образом. В местах первичных повышений, даже таких незначительных, как кочки и небольшие бугорки, поверхность в течение долгой зимы выхолаживается сильнее, чем вокруг, поскольку снег с них обычно сдувается сильными зимними ветрами. В охлажденные места подтягивается вода из соседних участков, и здесь происходит дополнительное, большее по сравнению с окружающими пространствами льдовыделение. Под кочками и бугорками образуется более густая сеть более толстых ледяных слойков, чем вокруг. Они начинают пучиться вверх. Поскольку пучение происходит вследствие подсасывания (миграции) влаги в грунтах, эти формы называют миграционными буграми пучения. Как и гидролакколиты, они могут быть сезонными и многолетними.
Крупные миграционные многолетние бугры пучения обычно связаны с торфяниками. В природе известны две разновидности торфяных бугров — плоско- и выпукло-бугристые. Первые образуют площадные скопления, вторые встречаются в виде одиночных форм, цепочек, небольших групп. Плоские торфяные бугры — результат расчленения вдоль морозобойных трещин единых массивов мерзлых торфяников. К этим трещинам когда-то были приурочены ледяные жилы, затем они вытаяли и единый торфяной массив распался на прямоугольные плосковершинные блоки-останцы, разделенные узкими глубокими понижениями-канавами между ними. Со временем прямые углы блоков сглаживаются и приобретают лепешковидную форму, расширяются и понижения между ними, теряющие форму канав и становящиеся плоскодонными ложбинами. Эти ложбины преобладают по площади над блоками между ними, которые имеют вид отдельных холмиков. Особенно интенсивное отчленение бугров от основных массивов плоских или плоскобугристых торфяников происходит по их периферии. Возвышающиеся над окружающей болотистой местностью в виде холмиков одиночные бугры или их группы начинают выхолаживаться интенсивнее, чем окружающие плоскодонные понижения, которые надежно укрыты от зимних морозов скапливающимся здесь снегом.
К охлажденным буграм интенсивнее подтягивается влага из соседних участков, т. е. из понижений, очень сильно к тому же водонасыщенных. Дополнительная, избыточная влага в пределах бугров послойно кристаллизуется, превращается в слои подземного льда, и первоначально плосковершинные холмы-останцы начинают пучиться. Так образуются крупные торфяные бугры выпуклой формы, высота которых достигает 10—15 м.
Внутри крупных выпуклых торфяных бугров пучения прослеживаются частые прослойки-шлиры подземного льда толщиной 1—3, иногда 5—7 см. Подсчитано, что если сложить толщину отдельных прослоек льда, как это сделал В. П. Евсеев для тофяных бугров пучения на севере Западной Сибири, то она окажется равной или близкой высоте бугра. И чем больше прослоек-шлиров льда до глубины 8—12 м от поверхности, тем больше высота бугра. В ядрах наиболее крупных торфяных бугров лед преобладает над торфом и минеральными частицами, которые иногда как бы взвешены и плавают в нем. И выпуклые, и плоские торфяные бугры развиты лишь в южных районах криолитозоны, в лесотундре и северной тайге, т. е. там, где достаточно глубоко летнее протаивание грунтов. Бугры оказывают охлаждающее влияние на окружающие пространства в радиусе до 50 м. Естественно, что охлаждающее влияние более крупных по высоте и объему бугров больше, так как они уходят своим основанием на значительную глубину.
В зоне островного распространения мерзлых толщ непосредственно под буграми находятся обычно талые отложения. Мерзлыми являются только сами бугры, которые, как насосы, засасывают в себя и здесь превращают в лед влагу из окружающих заболоченных и потому сильно обводненных грунтов. Таким образом, мерзлые глыбы льдистых бугров как бы плавают среди талых отложений. Достигнув определенного предела в своем развитии, торфяные бугры прекращают дальнейший рост, поверхность на их вершинах иссушается и покрывается трещинами — проводниками тепла в мерзлые льдистые недра бугров. Они начинают протаивать и разрушаться.
Источник: И.Д. Данилов. Подземные льды. Издательство «Недра». Москва. 1990