Файл: Швецов П.Ф. Геотермические условия мезозойско-кайнозойских нефтеносных бассейнов.pdf

ют судить, какое количество тепла привносится в литосферу или выносится из нее кондукцией, поверхностной водой при инфиль­ трации ее и насколько повышается или понижается от этого сред­ няя годовая температура горных пород. Зная азимут и угол на­ клона поверхности данного участка суши, нетрудно определить различие в продолжительности облучения его и угле падения солнечных лучей к деятельному слою по сравнению с горизон­ тальной поверхностью. Та и другая величины необходимы наряду с альбедо поверхности для вычисления суммы поглощенной ра­ диации (за день, месяц, год). Количественное выражение зональ­ ного и поясного условия тривиально; оно заключается в указании широты и высоты местности. То же самое можно сказать о коли­ чественном выражении расположения данного участка относи­ тельно моря и больших водоемов.

По существу своему приведенная аксиома представляет собой

взаимообусловленности и соответствия всех ее компонентов (лито­

(Григорьев, 1963 г.).

В основе взаимодействия и взаимообусловленности компонен­ тов ландшафтной оболочки земного шара лежит обмен веществом и энергией между ними. Поэтому хотя между климатом и тем­ пературным режимом яруса земной коры с годовыми теплооборотамп (ЯГТО) существует соответствие, в действительности оно оказывается далеко не однозначным. Поэтому сравнение энергообменных циклов на разных широтах будет показательным и пло­ дотворным в научном отношении только в том случае, если иссле­ дованные участки суши занимают одинаковое положение в релье­ фе, располагаются на одинаковой или близкой высоте и сходны по петрографо-литологическим признакам. Выполнение такого требования хотя и затруднительно, но все же возможно с некото­ рыми допущениями.

После этого научно-методического отступления вернемся к на­ чалу рассмотрения теплообменных циклов на разных широтах в пределах материковой суши.

На экваторе и вблизи него совершаются только суточные энергообменные циклы в системе почва — атмосфера (и космос). Годовые циклы хотя и отмечаются, но характеризуются они нич­ тожными амплитудами изменения температуры почвы и призем­ ного воздуха, а потому не оказывают заметного влияния на ход

ирезультаты геофизических и геохимических процессов в почве

илитосфере. Амплитуда изменения средних месячных темпера­ тур воздуха не превышает 3°, в большинстве мест приэкваториаальной суши она меньше 2°. На континентальном участке Юж­

55

го режима воздуха в год равен 1,7° (Алисов, Полтораус, 1962). Решающую роль в интенсификации дроцессов гппергеиеза и формирования мощных кор выветривания играет инфильтрация обильных атмосферных осадков в почву и материнские породы (Страхов, 1963). Годовая сумма осадков превышает 1700 мм, причем наибольшее количество их выпадает с ноября по май. Средняя годовая температура воздуха здесь 27° С (400° К ), поч­ вы — почти такая же.

В континентальных тропиках уже четко выражены годичные энергообменные циклы, складывающиеся из многочисленного повторения не вполне симметричных кривых суточных прихо­ дов и расходов солнечной энергии. Годовая амплитуда средних

температуры почвы и горных пород до глубин 10—12 м по фор­ муле (3.5), полученной путем самого простого решения урав­ нения теплопроводности (3.1) с учетом идеализированных ус­ ловий на поверхности и свойств субстрата (Нерппн, Чудновскпй, 1967). Понижение температуры деятельного слоя до точек за­ мерзания воды в почвенно-грунтовой толще исключается не только в годичном, но и в историко-геологических циклах про­ должительностью в десятки миллионов лет. То и другое вполне вероятно в широтах 35—40° даже на низких равнинах, например в Каракумах Туркмении. Шпроты 35—40°, давно уже названные ревущими, заслужили особого внимания климатологов, геологов и гидрогеологов (Воейков, 1884; Лнчков, 1965).

На части пустынного пространства, названной Прпузбойскими Каракумами, осуществлены совсем недавно первые обстоятельные

тельного слоя пустыни (около 28%) по сравнению с залесенны­ ми областями той же широтной полосы. Средняя годовая темпе­ ратура воздуха около 14°, поверхности почвы 18, почвенно-грун­ товой толщи на глубине 2 м от 17 до 19°. Метеорологическая амплитуда средних месячных температур воздуха 30°, поверх­ ности почвы 35°; амплитуда суточных колебаний температуры деятельного слоя в декабре 7—8°, в июне 25—30, т. е. близка к годовой. Кривые средних месячных значений температуры воз­ духа и деятельного слоя почти совпадают и представляют сину­ соиду — крайние точки их располагаются на одинаковом рассто­ янии от оси колебаний.

В песчаной почвенно-грунтовой толще на глубинах от 0,5—1 до 6 м конденсируется воздушный пар, что дает 15—25 мм во­ ды в год дополнительно к атмосферным осадкам. Испарение из самого верхнего горизонта почвы толщиной 20—30 см намного

56

превышает количество выпадающих здесь осадков. Но осложне­ ния годичных энергообменных циклов упомянутыми изотермиче­ скими процессами, а также погодными факторами — резкими изменениями облачности и осадками не столь велики, чтобы из-за них нельзя было вычислять температуру почвы и грунта по

теплооборотами влажность песков около 1%. Подошва названно­ го яруса земной коры располагается на глубине 15 л(, что соот­ ветствует амплитуде годовых изменений температуры поверхно­ сти (35°) и термофизическим свойствам сухих песчаных образо­ ваний пустыни. Ниже идет интервал глубин с линейным нара­ станием температуры песков; градиент ее 0,070 град/м. С уче­ том малой теплопроводности песка при влажности его около 1 % плотность потока внутриземиого тепла в этой части пустыни по­ лучается близкой к средним значениям ее для всей суши, а

0,01 град/м, «что обусловлено соответствующим увеличением теплопроводности обводненных песков по сравнению со слабо­ влажными песками» (Огильви и Чубаров, 1963 г.).

Понижение температуры верхнего горизонта почвы до минус 2° на глубине 0,05 м и 0° на глубине 0,5 м от поверхности не влечет каких-либо существенных изменений физико-механиче­ ских свойств субстрата; они, как и снегопады, кратковременны, редко повторяются даже в самые холодные месяцы (декабре и январе). При средней влажности 3% — близкой к максимальной

значение, особенно для интенсивности термофизического вывет­ ривания горных пород нашего юга, имеет огромная амплитуда суточных колебаний температуры деятельного слоя. Значение этого параметра в рассматриваемом процессе отмечается всеми геологами, геоморфологами и геохимиками, хотя чаще всего бе­ рется амплитуда суточных колебаний температуры воздуха. Раз­ личие амплитуд изменений температуры той и другой среды бу­ дет показано в следующей главе по данным наших измерений в Гиссарском хребте.

Здесь следует только привести данные об изменении сум­ марных суточных значений прямой солнечной радиации с увели­ чением высоты над уровнем моря (табл. 5). Особенно быстро

•57

Т а б л и ц а 5

Средние суточпые величины прямой радиации для трех месяцев на разных высотах над уровнем моря для Европы па 47°

возрастает дневная солнечная радиация, нагревающая деятель­ ный слой, с ростом высоты от 500 до 2000 м; в этом же интерва­ ле высот отмечается резкое понижение температуры воздуха и уменьшение амплитуды суточных колебаний ее, что подчерки­

чениях и амплитудах суточных колебаний температуры воздуха далеко не достаточны для определения интенсивности физическо­ го выветривания скалистых горных пород на высотах более

500м.

Ввысоких горах малых широт амплитуда суточных колеба­ ний температуры поверхности почвы и горных пород вне уча­ стков с ледяным и снеговым покровом больше амплитуды годо­

вых колебаний температуры в Верхоянске и Якутске. Поэтому именно в тридцатых и сороковых широтах отмечается наряду с тектонической мобильностью земной коры, непрерывно вздыма­ ющейся под влиянием внутренней энергии, исключительно ин­ тенсивное физическое выветривание — подготовка не только крупнообломочного, но зернистого и пылеватого материала, сно­ симого в низменности, перегруженные новейшими геологически­ ми образованиями. Здесь же гораздо чаще, чем в других местах, образуются селевые потоки; исходный материал для них готовит­ ся быстро и скапливается в большом количестве на склонах, падающих под углом 25—30°. Необходима только атмосферная влага, чтобы элювиально-делювиальный слой дресвы пришел в движение.

Своеобразие эиергообменных циклов и их гидрогеотермиче­ ских следствий в умеренном поясе проследим на примере анали­ за обыкновенных данных метеорологической станции в окрест­

58

лений в районах с глубоко промерзающим в холодный сезон почвенно-грунтовым комплексом при наличии устойчивого в те­ чение шести месяцев снежного покрова высотой до 40 см. Имен­ но данные по Барнаулу послужили фактической основой для известной статьи А. И. Воейкова «Периодичны ли колебания климата и повсеместны ли они на Земле», впервые опублико­ ванной в 1909 г.

Радиационный баланс участка, включающего Барнаульскую гидрометеорологическую станцию, около 32 ккал/см2 ■год; он со­ ответствует среднему зональному значению данной полосы ши­ рот в центральных частях Азиатского материка. Площадка от­ крытая и представляет собой сухую степь с песчаной почвой. Отметки поверхности площадки около 160 м над уровнем моря. Как видим, перед нами микроландшафт с простейшим почвен­ но-грунтовым комплексом, промерзание которого не влечет сложных криогенных явлений.

Средняя годовая температура воздуха за 55 лет оказалась равной + 1,0° С; такой же была она в десятилетие 1928—1937 гг., а в предыдущее и последующее десятилетия на 0,4° выше. Наи­ большие отклонения от многолетних средних месячных отрица­ тельные (за исключением апреля) — от 5,5 до 10,5 в зимние месяцы и от 3,9 до 4,3 в летние. Таким образом, «похолодания» бывали чаще, чем «потепления».

Годовое количество осадков 480 мм, из них 60% выпадало в теплый сезон (с апреля по октябрь), тогда как в Каракумах наибольшая часть их приходится на холодный сезон. Устойчи­ вый снежный покров образуется в конце октября, средняя тол­ щина его в ноябре 8 см, декабре 27, январе 32, феврале 36 и в марте 34 см, после чего он начинает подтаивать и уплотняться, сохраняясь в течение всего апреля. Плотность снега зимой ред­

2.Значительное превышение средней годовой температуры почвы над средней годовой температурой воздуха (на 4,6°), объ­ ясняющееся обычно (Кудрявцев, 1954) наличием снежного по­ крова в осенне-зимний холодный сезон;

3.Промерзание (а не порстое охлаждение) в осенне-зимний

сезон и протаивание (а не простое нагревание) почвы весной, т. е. изотермические энергоемкие процессы, с которыми связано глубокое своеобразие почвенно-грунтовой толщи как физико-гео­ логической и геохимической системы.

59