Геокриология - Учебно-методические комплексы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
___________ Волосникова Л.М.
__________ _____________ 2011г.
ГЕОКРИОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021600.62
«Гидрометеорология»
очной формы обучения
«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы _______ Переладова Л.В.
«______»___________2011 г.
Рассмотрено на заседании кафедры
физической географии и экологии от
2011г. протокол №
.
Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем _________стр.
Зав. кафедрой ________ Хорошавин В.Ю.
«______»___________ 2011г.
Рассмотрено на заседании УМК эколого-географического факультета от ___2011г.
протокол №_______
Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _______Столярова О.А.
«______»_____________2011г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ______ Федорова С.А.
«______»_____________2011 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт математики, естественных наук и информационных
технологий
Кафедра геоэкологии
Переладова Л.В.
ГЕОКРИОЛОГИЯ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 021600.62
«Гидрометеорология», профиль «Гидрология»
очной формы обучения
Тюменский государственный университет
2011
Переладова
Л.В.
Геокриология.
Учебно-методический
комплекс. Рабочая программа для студентов направления 021600.62
«Гидрометеорология»,
профиль
«Гидрология»
очной
формы
обучения. Тюмень, 2011, ___ стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями
ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и
профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ:
Геокриология
[электронный
ресурс]
/
Режим
доступа:
http://www.umk3.utmn.ru., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой физической географии и
экологии. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского
государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой геоэкологии,
к.г.н. С.И. Ларин
© Тюменский государственный университет, 2011.
© Переладова Л.В., 2011.
1. Пояснительная записка
1.1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины состоит в том, чтобы дать
целостное
представление о многолетнемерзлых горных породах и процессах в
них протекающих.
Задачи дисциплины сводятся к следующему:
-дать представление о составе, строении, свойствах мерзлых
толщ,
особенностях
их
распространения
и
закономерностях
формирования,
- рассмотреть имеющиеся классификации многолетнемерзлых
горных пород,
- изучить особенности развития криогенных форм рельефа и
геокриологическое районирование территории России,
-научить студентов расчетам глубины зимнего промерзания и
летнего оттаивания грунтов, толщины льда на водном объекте и
допустимой нагрузки на него, возраста термокарстового озера и
скорости разрушения его берегов, прогнозу возможности образования
криогенных трещин.
1.2. Место дисциплины в структуре ООЛ бакалавриата
Для
успешного освоения дисциплины студент должен обладать
знаниями по геологии, геоморфологии, гидрогеологии, гидрологии,
климатологии
и
метеорологии,
ландшафтоведению,
«Геокриология»
в
математике,
учебном
плане
гидрохимии,
гидрофизике,
информатике.Дисциплина
направления
бакалавриата
«Гидрометеорология» относится к блоку «Дисциплины по выбору».
1.3. Компетенции выпускника ООП бакалавриата.
Дисциплина призвана сформировать у студентов следующие
общекультурные и профессиональные компетенции:
ОК-1 - владение культурой мышления, способность к обобщению,
анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её
достижения;
ПК-3 - владение базовыми общепрофессиональными теоретическими
знаниями о географии, географической оболочке, о теоретических
основах геоморфологии, метеорологии и климатологии, гидрологии,
биогеографии,
географии
почв
с
основами
почвоведения,
ландшафтоведении;
ПК-15 – разрабатывает прогноз погоды и климата, оценивает влияние
метеорологических факторов на состояние окружающей среды,
осуществляет
метеорологическую
экспертизу
промышленных
и
сельскохозяйственных объектов.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
- знать состав, строение, свойства мерзлых толщ, особенности их
распространения и
классификации, криогенные формы рельефа и
геокриологическое районирование территории России;
- уметь вычислять глубину зимнего промерзания и летнего оттаивания
грунтов, толщину льда на водном объекте и допустимую нагрузку на
него, возраст термокарстового озера и скорость разрушения его
берегов,
делать
прогноз
возможности
образования
криогенных
трещин;
- владеть терминологией дисциплины
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Семестр 8. Форма промежуточной аттестации - зачет.
трудоемкость дисциплины составляет 3
часов.
Общая
зачетных единицы,
108
3. Тематический план.
Таблица 1.
Тематический план
п/
№
1.
2.
3.
4.
1.
2.
Тема
Модуль 1
Предмет,
задачи
геокриологии
, место среди
других наук.
История
исследовани
я мерзлых
толщ
Понятие о
криосфере
Земли
Особенности
распростран
ения
многолетнем
ерзлых толщ
на
территории
России.
Закономерно
сти
возникновен
ия и
развития
многолетнем
ерзлых толщ
Всего
Модуль 2
Классификац
ия
многолетнем
ерзлых толщ
Состав,
строение и
свойства
Неде Лекц
ли
ии,
семес час.
тра
Практич
еские
занятия,
час.
Самостоят
ельная
работа,
час
Из них в
интеракт
ивных
формах,
час
Ит
ого
час
ов
по
тем
е
Итого
количе
ство
балло
в
1
1
3
4
0-3
1
1
1
2
0-1
2
2
4
9
4
15
0-13
3
2
2
7
3
11
0-10
3
6
6
20
7
32
0-27
4
2
1
3
0-6
5-6
4
4
8
0-7
3
3.
4.
5.
1.
2.
3.
4.
многолетнем
ерзлых толщ
Процессы,
протекающие
в
замерзающи
х, мерзлых и
оттаивающих
породах
Сезонное
промерзание
и оттаивание
пород
Криогенные
геологически
е процессы и
явления
Всего
Модуль 3
Районирован
ие области
многолетнем
ерзлых
пород
Подземные
воды и
талики
области
распростран
ения
многолетнем
ерзлых
пород
Экологически
е проблемы,
охрана
природы и
рационально
е
природополь
зование в
криолитозон
е.
Мерзлотная
съемка,
картировани
еи
мерзлотный
прогноз
Всего
Итого
Из них в
7
2
5
2
7
0-3
8
2
4
10
4
16
0-14
9-10
4
4
10
6
18
0-16
7
14
8
30
15
52
0-46
11
1
1
2
0-3
11
1
1
2
0-1
12
1
18
0-18
12
1
2
0-5
4
12
4
24
6
10
7
7
1
10
24
10
10
60
13
7
29
29
24
108
0-27
0-100
интерактивн
ых формах
Таблица 2.
Виды и формы отдельных оценочных средств в период текущего
0-1
Составление
электронных
карт
электронные
практикумы
комплексные
ситуационные
задания
0-3
0-1
0-1
0-2
0-2
0-2
0-2
0-2
0-1
0-4
0-4
0-6
0-1
0-2
0-2
0-2
0-4
эссе
0-1
реферат
тест
программы
компьютерног
тестирования
Информаци
онные
системы и
технологии
0-2
0-2
0-2
Технические
формы
контроля
контрольная
работа
Письменные работы
практическая
работа
коллоквиум
номенклатура
Модуль 1
1.Предмет,
задачи
геокриологи
и, место
среди
других наук.
История
исследован
ия мерзлых
толщ
2.Понятие о
криосфере
Земли
3.Особеннос
ти
распростран
ения
многолетне
мерзлых
толщ на
территории
России.
4.Закономер
ности
возникновен
ия и
развития
многолетне
мерзлых
толщ
Всего
Модуль 2
1.Классифик
ация
многолетне
мерзлых
толщ
2.Состав,
строение и
собеседовани
е
Устный опрос
№ темы
Итого количество
баллов
контроля
0-2
0-2
0-2
0-2
0-4
0-2
0-13
0-10
0-2
0-27
0-1
0-2
0-6
0-1
0-2
0-7
свойства
многолетне
мерзлых
толщ
3.Процессы,
протекающи
ев
замерзающи
х, мерзлых и
оттаивающи
х породах
4.Сезонное
промерзани
еи
оттаивание
пород
5.Криогенны
е
геологическ
ие процессы
и явления
Всего
Модуль 3
1.Райониров
ание
области
многолетне
мерзлых
пород
2.Подземны
е воды и
талики
области
распростран
ения
многолетне
мерзлых
пород
3.Экологиче
ские
проблемы,
охрана
природы и
рациональн
ое
природопол
ьзование в
криолитозон
е.
4.Мерзлотна
я съемка,
картировани
еи
мерзлотный
прогноз
Всего
Итого
0-2
0-1
0-1
0-3
0-2
0-4
0-2
0-2
0-2
0-4
0-2
0-2
0-8
0-8
0-8
0-4
0-3
0-4
0-14
0-2
0-4
0-16
0-6
0-8
0-46
0-1
0-2
0-1
0-2
0-2
0-2
0-2
0-1
0-1
0-2
0-1
0-2
0-2
0-2
0-1
0-2
0-2
014
0-2
0-2
0-2
014
0-2
016
0-4
011
0-3
0-2
010
0-1
0-1
0-2
0-8
0-2
0-2
0-2
012
0-18
0-4
0-5
0-6
0-8
0-27
0-100
Таблица 3.
Планирование самостоятельной работы студентов
№
Модули и темы
Виды СРС
Недел
Объе
Кол-
обязательн
дополнитель
я
м
во
ые
ные
семес
часо
балл
тра
в
ов
Модуль 1
1.
2.
3.
4.
Предмет, задачи
геокриологии, место
среди других наук.
История исследования
мерзлых толщ
Понятие о криосфере
Земли
Особенности
распространения
многолетнемерзлых
толщ на территории
России.
Контрольна
тест
1
3
0-3
1
1
0-1
2
9
0-6
я работа
тест
Реферат,
тесты
контрольна
я работа
Закономерности
возникновения и
развития
многолетнемерзлых
толщ
Всего по модулю 1:
реферат
Контрольная 3
7
0-4
20
0-14
работа
3
Модуль 2
1.
Классификация
многолетнемерзлых
толщ
тест
Компьютерн
4
1
0-3
5-6
4
0-5
ое
тестировани
е
2.
Состав, строение и
свойства
многолетнемерзлых
толщ
Контрольна
я
тест
Компьютерн
работа, ое
тестировани
е
3.
4.
Процессы,
протекающие в
замерзающих,
мерзлых и
оттаивающих породах
Сезонное
промерзание и
оттаивание пород
Контрольна
я
7
5
0-3
8
10
0-4
9-10
10
0-6
работа,
тест
Реферат,
контрольна
я работа
5.
Криогенные
геологические
процессы и явления
контрольна
я
Компьютерн
работа, ое
реферат
тестировани
е
Всего по модулю 2:
7
30
0-21
Модуль 3
1.
2.
3.
4.
Районирование
области
многолетнемерзлых
пород
Подземные воды и
талики области
распространения
многолетнемерзлых
пород
Экологические
проблемы, охрана
природы и
рациональное
природопользование в
криолитозоне.
Мерзлотная съемка,
картирование и
мерзлотный прогноз
Всего по модулю 3:
тест
11
1
0-1
тест
11
1
0-1
12
7
0-8
12
1
0-1
10
0-11
Реферат,
Компьютерн
контрольна
ое
я работа
тестировани
е, тест, эссе
тест
ИТОГО:
4.
Разделы
60
дисциплины
и
междисциплинарные
0-46
связи
с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
Наименование
Темы дисциплины необходимые для изучения
п/
п
обеспечиваемых обеспечиваемых (последующих) дисциплин
(последующих)
М
М
М
М
М
М
М
М
М
М
М
М
дисциплин
1
1
1
2
2
2
2
2
3
3
3
3
Т2 Т3 Т4 Т1 Т2 Т3 Т4 Т5 Т1 Т2 Т3 Т4
1. Гидрологические +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Гидроэкологичес +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
прогнозы
2.
Ландшафтногидрологический
анализ
3.
Водный баланс
речных
водосборов
4.
Экологогидрологические
расчеты
5.
кие проблемы
Тюменского
региона
5. Содержание дисциплины.
МОДУЛЬ 1.
1. ПРЕДМЕТ, ЗАДАЧИ ГЕОКРИОЛОГИИ, МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ
НАУК. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ТОЛЩ.
Предмет
мерзлые
изучения
породы».
геокриологии.
Общее
Определение
«многолетне
мерзлотоведение,
инженерное
мерзлотоведение, агробиологическое мерзлотоведение, региональное
мерзлотоведение.
Этапы
развития
геокриологии.
Методы
исследования.
2. ПОНЯТИЕ О КРИОСФЕРЕ ЗЕМЛИ.
Определение «криосфера». Виды льдов криосферы Земли. Лед в
мерзлых
породах.
Подразделение
мерзлых
пород
по
продолжительности их существования, по глубине промерзания, по
степени разобщенности, по условиям залегания, по составу.
3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ
ТОЛЩ ПО ТЕРРИТОРИИ РОССИИ.
Южная граница распространения сплошной, с островами таликов и
островной
многолетней
распространения
мерзлых
мерзлоты.
толщ.
Высотная
Мерзлотные
зоны
поясность
Западно-
Сибирской равнины.
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ МЕРЗЛЫХ
ТОЛЩ.
Гипотезы
развития
многолетнемерзлых
толщ.
Формирование
многолетнемерзлых толщ в зависимости от радиационно-теплового
баланса поверхности. Развитие мерзлых толщ
ритмичности
колебания теплообмена на
в зависимости от
поверхности. Влияние
нижних граничных условий на развитие мерзлых толщ.
МОДУЛЬ 2.
1. КЛАССИФИКАЦИИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ТОЛЩ.
Подразделение мерзлых толщ по геолого-структурной обстановке,
рельефу,
составу
горных
пород,
широте
местности,
континентальности климата, среднегодовым температурам пород,
длине периода колебания температур на поверхности, соотношению
средних и экстремальных температур пород, величине теплового
потока снизу, величине льдистости мерзлых толщ, характеру влияния
конвективного теплообмена, характеру распространения по площади,
по вертикали, по криогенному генезису, криогенному строению,
количеству циклов промерзания, по мощности, по динамике мерзлых
толщ.
2. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ
ТОЛЩ.
Состав мерзлых дисперсных пород: скелет минеральный, органноминеральный
и
органический;
твердая
фаза
воды
-
лед
и
кристаллогидраты; жидкая фаза воды – связанная вода и растворы
солей; газообразная составляющая – пар и газы. Строение мерзлых
дисперсных
пород:
структура
и
текстура.
Генетические
типы
многолетнемерзлых пород. Мощности и вертикальное строение
многолетнемерзлых пород Западно-Сибирской равнины. Свойства
мерзлых
толщ:
теплопроводность,
фильтрационная
теплоемкость,
влажность
способность,
температуропроводность,
(льдистость),
объемный
водопроницаемость,
вес
(плотность),
электрические свойства.
3. ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ЗАМЕРЗАЮЩИХ, МЕРЗЛЫХ И
ОТТАИВАЮЩИХ ПОРОДАХ.
Миграция парообразной и жидкой воды в
замерзающих и мерзлых
породах. Физические предпосылки миграции воды
и льдовыделения
в породах. Пучение промерзающих и оттаивающих дисперсных пород.
Физико-химические процессы в промерзающих и мерзлых дисперсных
породах: окислительно-восстановительные и обменные реакции,
коагуляция
и
пептизация
коллоидных
и
глинистых
частиц,
диспергирование песчаных и более крупных отдельностей породы,
тиксотропия. Морозобойное трещинообразование в горных породах.
4. СЕЗОННОЕ ПРОМЕРЗАНИЕ И ОТТАИВАНИЕ ПОРОД.
Понятия «сезонное промерзание пород», «сезонное оттаивание
пород», «потенциальное сезонное промерзание», «потенциальное
сезонное
оттаивание»,
«перелетки».
Географическое,
теплофизическое и техническое направления в изучении сезонного
промерзания и оттаивания горных пород. Классификации типов
сезонного промерзания и сезонного оттаивания
горных пород по
среднегодовой температуре пород, в зависимости от величины
амплитуды колебания температуры на поверхности почвы, по составу
пород, по влажности пород. Влияние радиационно-теплового баланса,
снежного покрова, рельефа и экспозиции склонов, речных потоков,
пресных и соленых озер, заболоченности, состава, влажности и
теплофизических
характеристик
пород,
растительного
покрова,
инфильтрации летних осадков, надмерзлотных вод, хозяйственного
освоения территории на формирование температурного режима и
глубину сезонного промерзания и сезонного оттаивания пород.
Динамика процесса сезонного промерзания и сезонного оттаивания
горных пород. Широтная и высотная зональность сезонного
промерзания и сезонного оттаивания горных пород.
5. КРИОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ.
Понятие
«криогенные
определение
(мерзлотные)
явления,
процессы».
морфология
и
Термокарст:
географическое
распространение, причины возникновения, прогноз. Выпучивание
(вымораживание) твердых тел. Бугры пучения, их разновидности.
Полигонально-жильные
структуры.
Пятна-медальоны
и
мелкополигональные структурные формы. Криогенные склоновые
процессы: криогенная десерпция, курумы, солифлюкция (медленная и
быстрая).
Наледи:
понятие,
их
геологическая
деятельность,
противоналедные мероприятия.
МОДУЛЬ 3.
1. РАЙОНИРОВАНИЕ ОБЛАСТИ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД.
Понятие «геокриологическое районирование». Задачи, факторы
мерзлотного
районирования.
Характеристика
субаэральной,
субгляциальной, шельфовой и океанической криолитозон.
2. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ТАЛИКИ ОБЛАСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД.
Взаимодействие подземных вод и мерзлых толщ горных пород.
Подразделение и характеристика подземных вод криолитозоны: воды
сезонно талого слоя, подмерзлотные воды, межмерзлотные и внутримерзлотные воды. Гидрохимические процессы при
охлаждении
горных
пород.
Талики,
их
промерзании
классификация
и
и
характеристика.
3.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОБЛЕМЫ, ОХРАНА
ПРИРОДЫ
И
РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРОРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В КРИОЛИТОЗОНЕ.
Антропогенное воздействие на многолетнемерзлые породы и
ландшафты
криолитозоны.
Устойчивость
мерзлых
пород
к
техногенезу. Активизация криогенных
процессов при техногенезе.
Принципы разработки природоохранных мероприятий в районах
добычи
полезных
ископаемых
и
интенсивного
строительства.
Принципы строительства на многолетнемерзлых грунтах. Приемы
рационального
природопользования
на
стадиях
изыскания,
строительства и эксплуатации инженерных сооружений.
МЕРЗЛОТНАЯ
4.
СЪЕМКА,
КАРТИРОВАНИЕ
И
МЕРЗЛОТНЫЙ ПРОГНОЗ.
Определение «мерзлотная съемка». Методологические положения
мерзлотной съемки. Схема производства мерзлотной съемки. Методы
исследования, применяемые при мерзлотной
съемке. Масштабы
мерзлотной съемки и мерзлотных карт. Принципы
составления и
содержание мерзлотных карт. Мерзлотный прогноз: естественно исторический, техногенный и инженерно-геокриологический. Методы прогноза.
6. Планы практических работ
Практическая работа № 1.
Расчет глубины затухания колебаний температур в горных
породах по теме 3 модуля 1.
Задание: Рассчитать глубину затухания колебаний температуры за
сутки, за месяц, за год и за 25 лет на дренируемых песчаных грунтах (а=0,003) и на заболоченном глинистом участке (а=0,001). Сделать письменно выводы.
Расчетная формула:
h  2 ap ;
где h-глубина затухания температурных колебаний (м);
а-коэффициент теплопроводности (изменяется от 0,001 до 0,003)
– количество тепла, проходящее за 1 с через 1 кв. см на глубину
1см при градиенте температур 1°/1 см;
р-период колебания температуры (в часах).
Практическая работа № 2.
Особенности распространения многолетнемерзлых толщ на
территории Западно-Сибирской равнины по теме 4 модуля 1.
Задание 1: Проанализировать карту мощности
многолетнемерзлых
пород Западно-Сибирской равнины. Результаты анализа
представить в виде таблицы:
Мощность ММТ, м
Районы распространения
Задание 2: Изучить схему распределения среднегодовых температур
многолетнемерзлых пород Западно–Сибирской равнины
Результаты представить в табличной форме:
Преобладающие температуры
Районы распространения
ММП, C
Задание 3: По карте выявить генетические типыльда и степень льдистости верхней 10-метровой части разреза многолетне мерзлых толщ Западно-Сибирской равнины. Результаты
оформить в виде следующей таблицы:
Типы льда
Степень льдистости
Эпикриогенные Слабая
Средняя
Сильная
Районы распространения
Синкриогенные Слабая
Средняя
Сильная
Задание 4: В тетради сделать вывод о том, как изменяются мощность,
среднегодовые
температуры
и
степень
льдисости
многолетнемерзлых пород на территории Западно-Сибирской равнины с севера на юг и с запада на восток.
Практическая работа № 3.
Расчет глубины летнего оттаивания мерзлых горных пород по
формулам Стефана и Джуликиса (мощность сезонно талого
слоя) по теме 4 модуля 2.
Задание: Рассчитать глубины оттаивания многолетнемерзлых пород
по формулам Стефана и Джуликиса применительно к пунктам Уренгой, Тамбей и Салехард при условии оттаивания
торфа с влагонасыщенностью 0,8. Сделать выводы.
Средние месячные температуры воздуха за июнь-сентябрь.
Пункт
Месяц
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Тамбей
0,7
5,2
6,2
2,5
Уренгой
8,4
15,4
11,3
5,2
Салехард
7,3
13,3
10,9
4,9
Расчетные формулы: формула Стефана Yc  48  K f  F f  L
где Yс – глубина протаивания многолетнемерзлых пород по
Стефану (см);
Кf - теплопроводность талой породы (ккал/м час 0С),
Кf = 0,52 ккал/м час 0С;
Ff - индекс протаивания (число градусо-дней с положительными
температурами в течение года);
L - скрытая теплота парообразования (кал/г),
L =54,4 кал/г
формула Джуликиса: Yd  48K f  Ff  Q1
где Yd - глубина протаивания мерзлой толщи по Джуликису (см);
Кf - теплопроводность талой породы (кал/см час 0С),
Кf =5,2 кал/см час 0С;
Ff - индекс протаивания (число градусо-часов с положительными
температурами в течение года);
Ql – скрытая объемная теплота парообразования (кал/см),
Ql=70 кал/см.
Практическая
работа №4.
Расчет глубины зимнего промерзания грунтов по уравнению
Стефана и по уравнению Джуликиса по теме 4 модуля 2.
Уравнение Стефана дает среднее значение максимальных глубин
промерзания грунтов на открытой площадке без растительности и
снега в течение 10 лет.
Задание: Рассчитать глубины
Формулам
зимнего
промерзания грунтов по
Стефана и Джуликиса применительно к пунктам
Тамбей, Уренгой и Салехард. В тетради сделать вывод.
Средние месячные температуры воздуха за холодный период.
Пункт
Месяц
янв.
февр.
март
апр.
май
окт.
нояб.
декаб.
Тамбей
- 24,6
- 26,2
- 24,0
- 16
- 7,3
- 6,1
- 15,5
- 20,7
Уренгой
- 26,4
- 26,4
- 19,2
- 10
- 2,6
- 6,3
- 18,2
- 24
Салехард - 24,5
- 23,4
- 18,6
- 10
- 1,9
- 4,6
- 15,6
- 21,5
Расчетные формулы: формула Стефана: X с  48  K t  Ft  L
где Хс-глубина промерзания грунта по Стефану (см);
Кt –теплопроводность мерзлой почвы (ккал/час м 0С),
Кt =1,47 ккал/час м 0С;
Ft - индекс промерзания (число градусо-часов ниже 0 0С в течение
года);
L -скрытая энергия замерзания воды в почве (кал/г), L =54,4 кал/г.
формула Джуликиса: X D 
48  Ft  K t
QL
где ХD - глубина промерзания грунта по Джуликису (см);
Кt - теплопроводность мерзлой почвы (кал/см час 0С),
Кt = 14,7 кал/см час 0С;
Ft - индекс промерзания (число градусо-часов ниже 0 oС в течение
года);
QL – скрытая объемная теплота замерзания воды (кал/см ),
QL = 70 кал/см.
Практическая
работа №5.
Расчет возраста и скорости разрушения берегов
термокарстового озера по теме 5 модуля 2.
Задание 1: Рассчитать
возраст термокарстового озера по формуле
Стефана при различных сочетаниях глубины и среднегодовой температуры талика.
Сделать вывод о том, как в
зависимости от возраста термокарстового озера изменяются глубина и среднегодовая температура талика.
Расчетная формула:  
h2 L
,
2t
где
τ - возраст озера (по формуле получаем в часах,
после чего переводим в годы);
h - глубина талика (м), Н=5 м.,15 м.,20 м.;
L - скрытая теплота таяния-замерзания воды в грунте
(ккал/м), L = 41000 ккал/ м.;
λ - теплопроводность талого грунта (ккал/м час 0С),
λ =1,5 ккал/м час 0С);
t – средне-годовая температура в талике (0С),
t = +1oС,+3oС, +5oС.
Задание 2: Рассчитать скорость разрушения берегов термокарстового
озера различного возраста и ширины. Как зависит скорость
разрушения берегов термокарстового озера от возраста.
Расчетная формула:
V 
B

,
где
V – скорость разрушения берегов (м/ год);
В – ширина озера (м, км), В = 500 м., 1км., 3 км);
τ – возраст озера (данные из задачи 1).
Практическая
работа № 6.
Прогноз образования криогенных трещин по теме 5 модуля 2.
Задание: Выявить возможность образования криогенных трещин
при различных
условиях.



Расчетная формула: E  Eo  1 



Е – напряжение,
E
t 2   0
 E1
1  
давление,
2
2

   2   12

 


  02  1   2   12
усилие,




 , где



необходимое
для
образования трещин (МПа);
Ео – начальное напряжение в грунтах (МПа),
Е0= 220МПа ,360 МПа;
t2 – величина
вторичных
(шестисуточных)
амплитуд
температуры поверхности грунта (0С); t2 = 1,50С, 2,20С,
t1 – средняя многолетняя температура поверхности грунта за
самый холодный месяц (0С);
t1 = -110С, -17,50С (в формуле берется по модулю);
Е1 – максимально возможное напряжение (МПа) в песках
Е1 = 700 МПа,1120 МПа.
ω – частота колебаний на некоторой глубине, принимаемая в
зависимости от расчетного периода (1/с),
ω = 6∙10-6 1/с;
τ1 – расчетный период (с), τ1 = 10 ч = 0,036∙106с;
τ0 = 0
Образование трещин возможно,если выполняется следующее
условие :
1     
E    t1
≤1
ν – коэффициент
твердости
грунта,
ν = 0,35
для песков
при влажности 11% и температуре -11 0С;
σ – коэффициент давления (МПа), σ = 0,3 МПа для песков при
влажности 11% и температуре -110С;
α - частота
колебаний
температур
на
некоторой глубине
(1/град), α = 30∙10-61/град для песков при влажности 11% и
температуре -110С.
Практическая работа № 7.
Оценка грузоподъемности льда по теме 3 модуля 3.
Расчеты необходимы для гидротехнического строительства,
строительства дорог, зимников, для расчетов нагрузок на снежный
покров.
Задание 1: Рассчитать толщину льда на водном объекте, необходимую для перемещения транспортного средства заданной
массы.
Расчетные формулы: H k  11 Q - колесные машины;
H г  9 Q - гусеничные машины, где
Н - толщина льда на водном объекте (см);
Q - полный вес машины (т),
Qколесные = 2т, 6т, 10т, 15т, 112т.
Qгусеничные= 4т, 10т, 20т, 40т, 112т.
Задание 2: Рассчитать допустимую нагрузку от колесного и гусеничного транспорта на пресноводный и морской лед при различной его толщине.
Расчетная формула: P 
B
 h2  K  S ,
N
где
Р – допустимая нагрузка на лед (т);
В – коэффициент распределения нагрузки на льду,
В = 100 для колесного транспорта,
В = 120 для гусеничного транспорта;
N – коэффициент запаса прочности , N=1,6;
h – наименьшая толщина льда без снежного покрова на
линии трассы (м) , h = 0,3м; 0,6м; 1,5м;
К – температурный коэффициент, К = 0,8;
S – коэффициент, учитывающий соленость
водном объекте, для
пресноводного
для морского льда S = 0,7.
воды
льда
в
S =1,
7. Учебно
работы
методическое
-
студентов.
контроля
обеспечение
самостоятельной
Оценочные средства для текущего
успеваемости,
промежуточной
аттестации
по
итогам освоения дисциплины.
7.1. ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Антропогенное воздействие на многолетнемерзлые породы и
ландшафты криолитозоны.
2. Устойчивость мерзлых пород к техногенезу.
3.
Активизация криогенных процессов при техногенезе.
4. Принципы разработки природоохранных мероприятий в районах
добычи полезных ископаемых и интенсивного строительства.
5. Принципы строительства на многолетнемерзлых грунтах.
6. Приемы
рационального
изыскания,
природопользования
строительства
и
эксплуатации
на
стадиях
инженерных
сооружений.
7. Методологические положения мерзлотной съемки.
8.
Схема производства мерзлотной съемки.
9. Методы исследования, применяемые при мерзлотной съемке.
10. Масштабы мерзлотной съемки и мерзлотных карт.
11. Принципы составления и содержание мерзлотных карт.
12. Мерзлотный прогноз.
7.2.ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Предмет и задачи геокриологии, ее место среди других наук.
История исследования мерзлых толщ.
2. Понятие о криосфере Земли. Гипотезы развития
многолетнемерзлых толщ.
3. Особенности распространения многолетнемерзлых толщ по
территории России и Западно-Сибирской равнины, в частности.
4. Закономерности формирования многолетнемерзлых толщ.
5. Классификации многолетнемерзлых толщ.
6. Состав мерзлых дисперсных пород.
7. Строение многолетнемерзлых пород.
8. Свойства мерзлых толщ.
9. Процессы, протекающие в замерзающих, мерзлых и оттаивающих
породах.
10. Понятия «сезонное промерзание» и «сезонное оттаивание» горных
пород, их классификация.
11. Влияние природных и антропогенных факторов на глубину сезонно
го промерзания и оттаивания пород.
12. Термокарст, вымораживание твердых тел, бугры пучения.
13. Полигонально-жильные структуры, пятна-медальоны, криогенные
склоновые процессы.
14. Наледи и способы борьбы с ними.
15. Геокриологическое районирование. Типы криолитозоны.
16. Подземные воды области распространения многолетнемерзлых
пород. Талики.
17. Роль многолетнемерзлых пород при освоении территории, в формировании природных ландшафтов.
18. Принципы рационального природопользования в условиях
криолитозоны.
19. Мерзлотная съемка и картирование, мерзлотный прогноз.
20. Расчет глубины затухания колебаний температур в горных
породах.
21. Расчет глубины летнего оттаивания мерзлых пород.
22. Расчет глубины зимнего промерзания грунтов.
23. Расчет скорости разрушения берегов термокарстового озера.
24. Расчет возраста термокарстового озера.
25. Прогноз образования криогенных трещин.
26. Расчет допустимой нагрузки на лед.
27. Расчет толщины льда на водном объекте, необходимой для перемещения транспортного средства заданной массы.
8. Образовательные технологии.
Тема: Особенности распространения многолетнемерзлых толщ на
территории России.
Экскурсия в Институт криосферы Земли. Встреча с ведущими
специалистами Института криосферы Земли.
Тема: Закономерности возникновения и развития многолетнемерзлых
толщ
Деловая игра «Происхождение многолетней мерзлоты »
Тема: Состав, строение и свойства многолетнемерзлых толщ
Работа в группах. Обсуждение результатов.
Тема:
Процессы,
протекающие
в
замерзающих,
мерзлых
оттаивающих породах. Сезонное промерзание и оттаивание пород
Выполнение индивидуальных расчетов. Обмен опытом.
и
Тема: Криогенные геологические процессы и явления
Ролевая игра «Роль техногенного фактора в активизации криогенных
геологических процессов »
Тема: Экологические проблемы, охрана природы и рациональное
природопользование в криолитозоне.
Разбор
конкретных
техногенно-геокриологических
ситуаций
с
использованием разрезов земной коры. Обсуждение результатов в
рамках круглого стола «Особенности природопользования в условиях
криолитозоны».
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины.
9.1. ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1.Вакулин А.А. Основы геокриологии. Тюмень: ТюмГУ, 2011.
2.Вакулин А.А. Основы геокриологии. Тюмень: ТюмГУ, 2008.
3. Общее мерзлотоведение.\ Под ред. В.А. Кудрявцева. М.: Изд-во
МГУ,1978.
4. Общее мерзлотоведение.\ Под ред. П.И.Мельникова. М: Наука,
1974.
5. Переладова Л.В. Рациональное природопользование в условиях
криолитозоны. Тюмень: изд-во ТюмГУ, 2008.
9.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Андреев С.В. К вопросу о борьбе с антропогенными криопэгами.//
Рациональное
природопользование
в
криолитозоне.
Якутск,1990,с.127-131
2. Баулин В.В., Белопухова Е.Б. и др. Геокриологические условия
Западно-Сибирской низменности. М.: Наука,1967.
3. Вечная мерзлота и освоение нефтегазоносных районов/ Мельников
Е.С., Гречищев С.Е. М.: ИОС, 2002.
4. Власов В.П., Перльштейн Г.З., Попов Ю.А. Проблемы устойчивости
сооружений на северо-востоке России.// Криосфера Земли , 1999,
т.3,№2,с.66-70.
5. Гарагуля Л.С., Гордеева Г.И., Хрусталев Л.Н. Районирование
территории
криолитозоны
по
степени
влияния
техногенных
геокриологических процессов на экологические условия.//Криосфера
Земли,1997,т.1,№1,с.30-38.
6.
Гребенец
В.И.
Исследование
техногенного
подтопления
и
засоления грунтов в Норильском промышленном районе.//Криосфера
Земли,1998,т.2,№1,с.44-47.
7.
Давиденко
Н.М.
Проблемы
экологии
нефтегазоносных
и
горнодобывающих регионов Севера России. Новосибирск: Наука,
1998.
8. Данилов И.Д. Подземные льды. М.: Недра,1990.
9. Ефремов В.Н., Дедюкина Н.Д. Поиск и оконтуривание зон
углеводородного
загрязнения
мерзлых
грунтов.//
Криосфера
Земли,2005,т.9,№4,с.42-48.
10. Журавлев И.И., Мотенко Р.Г., Ершов Э.Д. Формирование
теплофизических
свойств
мерзлых
дисперсных
пород
при
их
загрязнении нефтью и нефтепродуктами.//Геоэкология. Инженерная
геология. Гидрогеология. Геокриология. 2005,№1,с.50-60.
11. Каменский Р.М. Мониторинг природно-технических систем в
криолитозоне.//Криосфера Земли,1999,т.3,№4,с.3-8.
И.В.,
12.Климовский
Готовцев
С.П.,
Шепелев
В.В.
Гидрогеокриологические условия полигона подземного захоронения
дренажных
вод
трубки
«Удачная».//Криосфера
Земли.
2002,т.4,№3,с.45-50.
13.
Кондратьев
В.Г.
Деформация
дорог
на
сильнольдистых
вечномерзлых грунтах и методы их предотвращения.// Криосфера
Земли,2002,т.4,№3,с.69-81.
14. Кривощеков В.С. Естественная устойчивость пологих тундровых
склонов
при
нарушении
покрова
под
действием
тепловой
мелиорации.//Криосфера Земли.1998,т.2,№2,с.18-25.
15.
Макаров
В.Н.
Экогеохимические
проблемы
в
криолитозоне.//Рациональное природопользование в криолитозоне.
Якутск,1990,с.55.
16. Некрасов И.А. Вечна ли вечная мерзлота? М.: Недра, 1991.
17. Павлов А.В., Хрусталев Л.Н., Микушина О.В. Прогноз температуры
воздуха и грунтов в связи с оценкой надежности вечномерзлых
оснований
сооружений.//Геоэкология.
Инженерная
геология.
Гидрогеология. Геокриология.2005,№3,с.219-226.
18. Попенко Ф.Е., Петров А.Ф., Петрова С.Б. Влияние техногенных
нагрузок
на
мерзлые
четвертичные
отложения//
Рациональное
природопользование в криолитозоне. Якутск,1990, с.79.
19.
Рогатина
Н.П.
Динамика
мерзлотных
параметров
при
хозяйственном освоении месторождения «Медвежье».// Региональные
и инженерные геокриологические исследования. Якутск,1985,с.106110.
20. Романовский Н.Н. Холод Земли. М.: Просвещение,1985.
21. Русаков Н.Л., Феклистов В.Н. Использование пенных экранов для
регулирования
теплового
режима
криолитозоны.//Рациональное
природопользование в криолитозоне. Якутск,1990,с.86.
22. Федоров А.Н. Роль вырубок в развитии мерзлотных ландшафтов
Центральной Якутии.//Региональные и инженерные геокриологические
исследования. Якутск,1985,с.111-117.
23. Хренов Н.Н. Проблемы обеспечения надежности газопроводов в
криолитозоне Западной Сибири.//Криосфера Земли,2005,т.9,№1,с.8188.
24. Хрусталев Л.Н. Приложение теории надежности к задачам
инженерной геокриологии.//Криосфера Земли,1997,т.1,№2,с.12-17.
25. Хрусталев Л.Н. Проблемы инженерной геокриологии на рубеже 21
века.//Криосфера Земли. 2000, т.4,№1,с.3-10.
26. Чжан Р.В., Мелкозеров Г.В. Грунтовые мелиоративные каналы
Якутии
и
их
техногенное
территорию.//Рациональное
влияние
на
прилегающую
природопользование
в
к
ним
криолитозоне.
Якутск,1990,с.35-36.
27. Чувилин Е.М., Микляева Е.С. Полевой эксперимент по оценке
нефтяного
загрязнения
верхних
горизонтов
многолетнемерзлых
пород.//Криосфера Земли.2005,т.9,№2,с.60-66.
28. Швецов П.В., Ковальков В.П. Геокриология и проблемы освоения
Севера. М.: 1987.
9.3. ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
http:// www.vseslova.ru/
http://geoman.ru/
http://geological.narod.ru/
10.Технические
средства
и
материально-техническое
обеспечение дисциплины
- аудитория с мультимедийным оборудованием;
- ЭВМ;
-
фотоматериалы
криогенных
форм
криотекстур;
- геокриологические разрезы земной коры.
рельефа,
криоструктур
и