Геокриология для бакалавров

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование дисциплины
Геокриология
Рекомендуется для направления подготовки – Геология 020700
Профиль подготовки - Гидрогеология и инженерная геология
Квалификация выпускника Бакалавр
DISCIPLINE PLAN
Name of the discipline
GEOCRYOLOGY
Recommended for training programme
020700 «Geology» Hydrogeology and engineering geology
Qualification (degree) Bachelor
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Цели освоения дисциплины Геокриология - приобретение знаний о физических,
математических, географических и геологических основах геокриологии, об основных
закономерностях формировании, распространения и развития многолетнемерзлых пород и
криогенных процессов. Предметом освоения являются геокриологические понятия и их
определения, причины формирования криолитосферы, общие условия залегания и
динамика многолетнемерзлых мерзлых пород, их состав, строение и основные свойства,
криогенные процессы и явления, а также условия и возможности хозяйственного
использования территорий в криолитозоне. Задачами этой дисциплины являются
определение места и роль многолетнемерзлых толщ в системе взаимодействующих
природных оболочек планеты; получение знаний об общих закономерностях
формирования различных типов сезонно- и многолетнемерзлых пород; приобретение
сведения об основных методах мерзлотных исследований и формирование навыков
лабораторной работы.
Goal of the study is an acquisition of knowledge of physical, mathematical, geographical,
geological foundations of geocryology, major concepts of formation, distribution and
development of permafrost and cryogenic processes.
Objectives of the study are to define a place and a role of permafrost in system of interacting
natural spheres of a planet; to receive knowledge of the general regularities of formation of
various types seasonal and perennial frozen soils; to get data on the main methods of permafrost
research.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Дисциплина Геокриология представляет собой дисциплину базовой части цикла
профессиональных дисциплин (Б-3) и относится к модулю Гидрогеология и инженерная
геология. Дисциплина Геокриология базируется на курсах цикла естественнонаучных
дисциплин (Б-2), входящих в модули Математика и Физика, Общая геология, и на
материалах цикла профессиональных дисциплин (Б-3) - Структурная геология,
Историческая геология, Геология четвертичных отложений, Геоморфология, читаемых в 1
– 4 семестрах. Студенты, обучающиеся по данному курсу на первом этапе, к 5 семестру
должны знать основы математического анализа, общего курса физики и курса Общая
геология. На втором этапе освоения данной дисциплины студенты должны владеть
материалом по курсам Грунтоведение, Гидрогеология
и получить навыки
экспериментальной работы в курсе лабораторных занятий, а также овладеть методикой
полевых методов гидрогеологических, инженерно-геологических и геокриологических
исследований на последующей специализированной практике.
Geocryology discipline represents discipline of a basic unit of a cycle of professional disciplines
(B-3) and belongs to the module of the Hydrogeology and engineering geology. The discipline is
based on courses of a cycle of the natural-science disciplines (B-2) of modules of the
Mathematics and the Physics, the General geology, and on materials of a cycle of professional
disciplines (B-3) - Structural geology, Historical geology, Geology of quarternary deposits, the
Geomorphology, read in 1 – 4 semester. The students who are training at this course at the first
stage, by the 5th semester have to know bases of the mathematical analysis, the general course of
physics and a course the General geology. At the second stage of development of this discipline
students have to know material at Grounds study courses, the Hydrogeology and to receive skills
of experimental work in a course of laboratory research, and also to seize a technique of field
methods of hydrogeological, engineering-geological and geocryologic research in the subsequent
specialized practice.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс освоения учебной дисциплины Геокриология направлен на формирование
элементов следующих компетенций:
а) общекультурных (ОК):
– способность к сотрудничеству и партнерству, владение развитой системой
философско-мировоззренческих,
социокультурных
и
нравственных
ценностей;
способность осознавать свою роль и предназначение в разнообразных профессиональных
и жизненных ситуациях; умение использовать нормативные правовые документы в своей
деятельности (ОК-1);
– способность ориентироваться в социально-экономической проблематике;
адаптироваться к новым профессиональным технологиям, социальным явлениям и
процессам, умение переоценивать накопленный опыт, анализировать собственные
достижения и перспективы самосовершенствования (ОК-2);
– умение уважительно и бережно относиться к историческому наследию и
культурным традициям своего народа и всего человечества (ОК-3);
– владение навыками управления коллективом, организации научноисследовательских и производственных работ (ОК-4);
– способность к самореализации, активной жизненной позиции и эффективной
– профессиональной деятельности; развитию целеустремленности и настойчивости
в достижении целей, самостоятельности и инициативности; способность принимать
ответственные решения, эффективно действовать в нестандартных обстоятельствах, в
ситуациях профессионального риска (ОК-5);
б) общенаучных:
– обладание знаниями о предмете и объектах изучения, методах исследования,
современных концепциях, достижениях и ограничениях естественных наук: физики,
химии, биологии, наук о земле и человеке, экологии; владение основами методологии
научного познания различных уровней организации материи, пространства и времени;
умение, используя междисциплинарные системные связи наук, самостоятельно
выделять
и
решать
основные
мировоззренческие
и
методологические
естественнонаучные и социальные проблемы с целью планирования устойчивого
развития (ОНК-1);
– способность к поиску, критическому анализу, обобщению и систематизации
научной информации, к постановке целей исследования и выбору оптимальных путей и
методов их достижения (ОНК-2);
– способность анализировать и оценивать философские проблемы при решении
социальных и профессиональных задач (ОНК-3);
– владение методологией научных исследований в профессиональной области
(ОНК-5);
– владение фундаментальными разделами математики, необходимыми для решения
научно-исследовательских и практических задач в профессиональной области;
способность создавать математические модели типовых профессиональных задач и
интерпретировать полученные математические результаты, владение знаниями об
ограничениях и границах применимости моделей; способность использовать в
профессиональной деятельности базовые знания в области физики (ОНК-6);
в) инструментальных:
– готовность к работе на полевых и лабораторных геологических,
геофизических, геохимических приборах, установках и оборудовании (в соответствии с
профилем подготовки) (ИК-8);
г) системных:
– способность к творчеству, порождению инновационных идей, выдвижению
самостоятельных гипотез (СК-1);
– способность к поиску, критическому анализу, обобщению и систематизации
научной информации, к постановке целей исследования и выбору оптимальных путей и
методов их достижения (СК-2);
– способность к самостоятельному обучению и разработке новых методов
исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля
деятельности; к инновационной научно-образовательной деятельности (СК-3);
е) профессиональные компетенции:
общепрофессиональные:
научно-исследовательская деятельность:
– способность самостоятельно осуществлять сбор геологической информации,
использовать в научно-исследовательской деятельности навыки полевых и
лабораторных исследований (ПК-1);
– способность глубоко осмысливать и формировать диагностические решения
проблем геологии путем интеграции фундаментальных разделов геологии, геофизики,
геохимии, гидрогеологии и инженерной геологии, геологии горючих ископаемых,
экологической геологии и специализированных геологических знаний (ПК-2);
– способность самостоятельно ставить конкретные задачи научных
исследований и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования,
информационных технологий, с использованием новейшего отечественного и
зарубежного опыта (ПК-3);
– готовность в составе научно-исследовательского коллектива участвовать в
составлении отчетов, рефератов, библиографий и обзоров по тематике научных
исследований, в подготовке докладов и публикаций (ПК-4);
производственно-технологическая деятельность:
– способность применять на практике методы сбора, обработки, анализа и
обобщения фондовой, полевой и лабораторной геологической информации (ПК-5);
– способность проводить геологические наблюдения и осуществлять их
документацию на объекте изучения; осуществлять привязку своих наблюдений на
местности, составлять схемы, карты, планы, разрезы геологического содержания (ПК6);
– способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания
теории и методов геологических исследований при решении научно-производственных
задач (ПК-7);
– умение использовать углубленные специализированные профессиональные
теоретические и практические знания для проведения научных фундаментальных и
прикладных исследований (ПК-8);
– способность к профессиональной эксплуатации современного полевого и
лабораторного оборудования и приборов (в соответствии с профессиональной
подготовкой) (ПК-9);
– готовность использовать в практической деятельности знания правовых основ
недропользования, экономики, организации и планирования геологоразведочных работ,
в том числе, с учетом принципов рационального использования природных ресурсов и
защиты окружающей среды (ПК-10);
– способность свободно и творчески пользоваться современными методами
обработки
и
интерпретации
комплексной
геологической,
геофизической,
геохимической, гидрогеологической, инженерно-геологической, геокриологической,
нефтегазовой и эколого-геологической информации для решения научных и
практических задач, в том числе находящихся за пределами непосредственной сферы
деятельности (ПК-11);
профильно-специализированные компетенции:
– способность использовать профильно-специализированные знания в области
геологии, геофизики, геохимии, гидрогеологии и инженерной геологии, геологии и
геохимии горючих ископаемых, экологической геологии для решения научных и
практических задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-21);
–
способность
использовать
профильно-специализированные
знания
фундаментальных разделов физики, химии, экологии для освоения теоретических
основ геологии, геофизики, геохимии, экологической геологии (в соответствии с
профилем подготовки) (ПК-22);
– способность использовать профильно-специализированные информационные
технологии
для
решения
геологических,
геофизических,
геохимических,
гидрогеологических, инженерно-геологических, нефтегазовых и эколого-геологических
задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-23).
В результате освоения дисциплины Геокриология обучающийся должен:
Знать: радиационно-тепловой баланс и природу теплового поля Земли, условия
формирования сезонно- и многолетнемерзлых пород, классификацию сезонного
промерзания и протаивания, состав, строение и основные свойства мерзлых пород,
основные криогенные процессы и явления, условия формирования подземных под в
криолитозоне, иметь представления о динамике мерзлых толщ и их истории, методике
экспериментальных и полевых геокриологических исследований.
Уметь: оценивать возможность образования и деградации мерзлых толщ, ставить
основные задачи мерзлотной сьемки,
проводить первичную обработку полевого
материала и строить разрезы или карты мерзлых толщ, пользоваться методами и
программами для расчета теплового режима горных пород.
Process of development of Geocryology is directed on formation of elements of the following
competences:
a) common cultural (CC):
ability to cooperation and partnership, awareness of the advanced system of philosophical and
ideological, social, cultural and moral values, the ability to understand their role and purpose in
various professional and life situations, the ability to use regulatory instruments in their work
(CC-1);
the ability to navigate in social and economic issues; adapt to new professional technologies,
social phenomena and processes, the ability to re-evaluate the accumulated experience, to
analyze their own achievements and prospects of self-improvement (CC-2);
the ability to respectfully and carefully treat the historical heritage and cultural traditions of their
people and humanity (CC-3);
possession of team management skills, the organization of scientific research and production
work (CC-4);
the ability to self-realization, active life position and effective professional activity; development
of determination and perseverance in achieving the objectives, independence and initiative;
ability to make decisions, to act effectively in unusual circumstances, in situations of
occupational risk (CC-5);
b) general science:
understanding the subject and objects of study, research methods, modern concepts,
achievements and limitations of natural sciences: Physics, Chemistry, Biology, Sciences of earth
and man, Ecology; foundations of methodology of scientific knowledge of different levels of
matter, space and time organization; the ability to highlight and solve the key philosophical and
methodological, scientific and social issues for sustainable development planning using the
interdisciplinary communication system of sciences, (GS-1);
the ability for search and critical analysis, generalization and systematization of scientific
information, to the formulation of the study purpose and choice of optimal ways and methods of
their achievement (GS-2)
the ability to analyze and evaluate the philosophical problems in addressing social and
professional issues (GS-3);
awareness of scientific research methodology in the professional field (GS-5);
understanding of the fundamental sections of Mathematics, necessary for solving scientific and
practical problems in the professional field; ability to create mathematical models of typical
professional tasks and interpret mathematical results, the control of knowledge about the
restrictions and limits of the models applicability; the ability to use fundamental Physics in the
professional activities (GS-6);
c) instrumental:
willingness to work with the geological, geophysical and geochemical instruments, installations
and equipment in the field and in the laboratory (in accordance with the profile training) (IC-8);
d) system:
creativity, the generation of innovative ideas, the nomination of independent hypotheses (SC-1);
ability for the search, critical analysis, generalization and systematization of scientific
information, to the formulation of the study purpose and choice of optimal ways and methods of
their achievement (SC-2);
ability for independent study and the development of new methods of research, changes in the
scientific and scientific-production activity profile; innovative scientific and educational
activities (SC-3);
e) professional competencies:
General, mandatory for all profiles of training (in accordance with the types of activity):
research activities:
ability to collect geological data, use and research skills of field and laboratory studies (PC-1);
ability to deeply comprehend and generate diagnostic decisions of problems of Geology
integrating fundamental branches of Geology, Geophysics, Geochemistry, Hydrogeology and
engineering Geology, Geology of fossil fuels, environmental Geology and specialized geological
knowledge (PC-2);
ability to independently set specific research tasks and solve them with means of modern
facilities, equipment, information technology, with the latest national and international
experience (PC-3);
readiness to be involved in the preparation of reports, essays, bibliography and reviews on the
subject of research, preparation of reports and publications within the research team (PC-4);
production and technological activities :
the ability to apply in practice the methods of collection, processing, analysis and synthesis of
the fund, field and laboratory geological data (PC-5);
the ability to conduct geological observations and carry out their documentation on the object of
study, to bind their observations on the ground, to make charts, maps, plans, geological sections
(PC-6);
ability to practice basic general professional knowledge of the theory of geological research
methods in solving scientific and industrial problems (PC-7);
the ability to use specialized professional extended theoretical and practical knowledge to carry
out fundamental and applied scientific research (PC-8);
the ability to use modern professional field and laboratory equipment and instruments (in
accordance with the profile training) (PC-9);
preparedness to use in the practice knowledge of the legal foundations of subsoil use, economics,
organization and planning of exploration work, taking into account the principles of sustainable
use of natural resources and protection of the environment (P-10);
the ability to freely and creatively use the modern methods of processing and interpretation of
complex geological, geophysical, geochemical, hydrogeological, geotechnical, geocryological,
oil and gas and environmental geological information to solve scientific and practical problems,
including those beyond the immediate sphere of activity (PC-11);
profile-specialized competences are:
the ability to use profile and specialized knowledge in the fields of Geology, Geophysics,
Geochemistry, Hydrogeology and engineering Geology, Geology and Geochemistry of fossil
fuels, environmental Geology to solve scientific and practical problems (in accordance with the
profile training) (PC-21);
the ability to use profile and specialized knowledge of the basic branches of Physics, Chemistry,
Ecology for the development of theoretical fundamentals of Geology, Geophysics,
Geochemistry, environmental Geology (in accordance with profile training) (PC-22);
the ability to use profile and specialized informational technology for the solution of geological,
geophysical, geochemical, hydrogeological, geotechnical, oil and gas and environmental
geological issues (in accordance with the profile training) (PC-23).
As a result of development of discipline of Geocryology the trainee has to:
To know: radiation and thermal balance and the nature of a thermal field of Earth, condition of
formation seasonal and perennial frozen soils, classification of a seasonal freezing and thawing, a
structure and the main properties of frozen soils, the main cryogenic processes and the
phenomena, conditions of formation of underground waters in cryolithozone, to have ideas of
dynamics of permafrost and its history, a technique of experimental and field geocryologic
studies.
To be able: to estimate possibility of formation and degradation of permafrost, to set the main
tasks of permafrost research, to carry out preprocessing of a field material and to create maps of
permafrost, to use methods and programs for calculation of a thermal mode of soils.
4. Структура и содержание дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины Геокриология составляет 7 зачетных единиц, 252 часа.
Курс читается в 5-м (4 зач. ед. – 144 ч) и 6-м (3 зач. ед. – 108 ч) семестрах. Курс включает
в себя лекции (84 ч) и практикум – лабораторные и практические занятия (48 ч). На
самостоятельную работу студентов отводится 120 ч, в том числе на подготовку к экзамену
– 36 ч. В конце 5-го семестра – зачет, в конце 6-го семестра – экзамен.
The of discipline of Geocryology has 7 test credits or 252 hours. The course is given in 5th (4
credits – 144 h) and 6th (3 credits – 108 h) semesters. The course includes lectures (84 hours)
and laboratory work (48 hours). Self-studies are 120 hours, including exam preparation of 36
hours. Exam is at the end of 6th semester.
4.1. Структура преподавания дисциплины
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов
и трудоемкость (в часах)
№
п/п
Раздел дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Формы текущего
контроля (по неделям
семестра) Форма
промежуточной
аттестации (по
семестрам
Контрольная работа.
Прием лабораторных
задач.
Контрольная работа.
Индивидуальный
рием лабораторных
задач.
Контрольная работа.
Контрольная работа.
4.1. Discipline structure
№
Discipline section
1.
Introduction
Thermal, physical, chemical and mechanical
2. processes in freezing and thawing soils, and their
appearances in cryolithozone
Content, cryogenic structure and properties of
3.
frozen soils
4. Seasonal freezing and thawing of soils
5. Permafrost management. Permafrost forecast.
6. Theory of permafrost formation
7. Zonal and regional distribution of taliks
8. Underground waters in cryolithozone
9. Permafrost evolution in the Earth history
10. Methods of permafrost studies
Interim assessment
11. 5th semester
6th semester
12. SUMMARY:
Semes
ter
Week
of
semest
er
Types of work including self-study (hours)
Lectures Practical
Seminars
Self-studies
classes
5
5
1
1-6
2
16
2
16
2
16
5
7-11
13
13
13
5
5
6
6
6
6
6
11-13
14-16
1-2
3-4
5-8
8-10
11-12
8
9
6
6
10
8
6
8
9
8
9
6
6
10
8
6
5
6
84
48
36
120
Forms of current
performance
control (by weeks
of semester)
Forms of interim
assessment (by
semesters)
Examination
Tests
Examination
Tests
Examination
Examination
Examination
Final exam
252
4.2. Содержание дисциплины
Введение
Геокриология как раздел учения о криосфере Земли.
Геокриология и криология
планет. Мёрзлые горные породы - естественноисторические геологические образования.
Распространение мёрзлых пород на земном шаре. Методические основы геокриологии.
История геокриологии.
1. Теплофизические, физико-химические и механические процессы в промерзающих,
мёрзлых и протаивающих породах и их проявление в криолитозоне
Энергетический
баланс
Земли
и
его
составляющие.
Парниковый
эффект.
Термодинамические условия образования и развития сезонно- и многолетнемёрзлых пород.
Теплопередача и температурное поле в горных породах. Уравнение теплопроводности.
Понятие о задаче Стефана. Основы теории кристаллизации воды и таяния льда. Фазовые
превращения воды в мёрзлых породах. Промерзание и протаивание горных пород и осадков.
Методы решения задач о промерзании и протаивании пород.
Влагоперенос и льдовыделение в промерзающих и протаивающих породах.
Теплофизические и физико-механические условия формирования подземного льда. Основные
типы криогенных структур. Структурообразование в промерзающих и протаивающих
породах. Структурные связи в мёрзлых породах.
Химические реакции и процессы в промерзающих и протаивающих породах. Физикохимические и механические процессы в промерзающих и протаивающих породах. Физикомеханические процессы в мёрзлых породах, вызванные изменением температуры и действием
внешней нагрузки.
Криогенные процессы и явления. Морозное пучение дисперсных пород и формы его
проявления.
Морозобойное
растрескивание,
полигонально-жильные
структуры
и
полигональный микрорельеф. Термокарст, условия и причины его развития. Термоэроэия и
термоабразия. Склоновые процессы и явления: гравитационные, связанные с деятельностью
воды, других геологических агентов. Процессы, связанные с деятельностью ледников.
2. Формирование состава, криогенного строения и свойств мёрзлых пород
Осадочное породообразование в криолитозоне. Криогенное выветривание скальных
пород и дисперсных отложений; преобразование рыхлых отложений в породу.
Состав и строение мёрзлых пород. Особенности минерального и химического состава
мёрзлых пород. Органическое вещество и газы в мерзлых породах. Микроорганизмы в
мерзлых породах и их роль. Текстурные особенности мёрзлых пород. Микростроение
мёрзлых пород.
Свойства
мёрзлых
механические и другие).
пород
(физические,
теплофизические,
влагообменные,
Особенности криогенных типов горных пород (эпикриогенных, синкриогенных и
парасинккриогенных). Состав и строение основных геолого-генетических типов осадочных
пород в криолитозоне. Природные льды как мономинеральные горные породы, их генезис и
распространение.
3. Сезонное промерзание и протаивание горных пород
Типы сезонного промерзания и протаивания по В.А. Кудрявцеву. Влияние природных
факторов и условий на формирование температурного режима и глубину сезонного
промерзания и протаивания пород. Динамика процессов сезонного промерзания и сезонного
протаивания горных пород.
4. Температурный режим горных пород при хозяйственном освоении территории.
Геокриологический прогноз.
Естественная динамика мерзлых толщ. Виды, цели и задачи прогноза. Принципы и
приёмы управления мерзлотным процессом. Основы инженерной геокриологии.
5. Закономерности формирования и развития толщ мёрзлых горных пород
Мёрзлые породы как результат зональности, высотной поясности и тепло- и
массообменных процессов на земной поверхности и в атмосфере.
Понятие криолитозоны. Состав, строение и мощность криолитозоны. Влияние
граничных условий на формирование мощности и температурного режима мёрзлых толщ.
6. Зональные и региональные особенности формирования геокриологических
условий
Талики в криолитозоне. Причины и условия существования и эволюции таликов.
Зональные, высотно-поясные и региональные особенности распространения таликов.
7. Подземные воды в криолитозоне
Мёрзлые толщи как криогенные водоупоры, типизация подземных вод в криолитозоне.
Особенности питания стока и разгрузки подземных вод в криолитозоне. Взаимодействие
подземных вод и мёрзлых толщ.
Основные особенности криогенного преобразования гидрогеологических структур:
артезианских и адартезианских бассейнов, гидрогеологических массивов. Естественная
защищённость подземных вод в криогидрогеологических структурах; защита подземных вод
криолитозоны от загрязнения и истощения.
Типизация наледей. Наледи как регулятор стока подземных вод, геологическая
деятельность наледей. Борьба с негативным воздействием наледей на инженерные
сооружения.
8. Эволюция криолитозоны в истории Земли
Причины образования и эволюции криолитозоны, связь с динамикой климата и
оледенениями. Основные этапы появления оледенений и мерзлоты в истории Земли. История
развития мерзлоты в позднем кайнозое. Эволюция криолитозоны в нижнем, среднем и
позднем плейстоцене. Позднеплейстоценовый термический минимум и голоценовый
термический оптимум; их влияние на современное состояние криолитозоны Евразии.
Общность и различие эволюции мерзлоты Евразии и Северной Америки.
9. Методы полевых геокриологических исследований
Геокриологическая съёмка как основной метод изучения мерзлотных условий.
Ландшафтно-ключевой метод геокриологической съёмки.
Методы
изучения
температурного
режима
пород,
мощностей
криолитозоны,
льдистости и криогенного строения мёрзлых пород. Наблюдения в буровых скважинах,
изучение керна и обнажений мёрзлых толщ, геофизические методы исследований. Виды и
масштабы геокриологических съёмок и карт: инженерно-геокриологических, мерзлотногидрогеологических, эколого-геокриологических и других. Принципы и приёмы управления
температурным режимом горных пород. Основы рационального использования и охраны
геологической среды в криолитозоне.
4.3. Содержание практикума
Раздел 1. Лабораторные методы изучения состава, строения и свойств
промерзающих, мерзлых и оттаивающих пород.
1.1. Лабораторный эксперимент в геокриологии.
1.2. Методы изучения криогенного строения и физических свойств мерзлых пород.
1.3. Промерзание (протаивание) горных пород и методы его лабораторного
изучения.
1.4. Лабораторные методы исследования механических свойств мерзлых пород.
1.5. Фазовый состав мерзлых пород.
1.6. Теплофизические свойства мерзлых пород.
Раздел 2. Методы расчета температурного режима и глубины сезонного
протаивания и промерзания пород.
2.1. Радиационно-тепловой баланс поверхности Земли.
2.2. Влияние влажности пород на глубину сезонного протаивания и промерзания.
2.3. Влияние снежного покрова на температурный режим пород, глубину сезонного
протаивания (промерзания).
2.4. Влияние растительного покрова на температурный режим пород, глубину
сезонного протаивания (промерзания).
2.5. Влияние состава (теплопроводности) пород на среднегодовую температуру
пород в подошве слоя сезонного протаивания (промерзания).
2.6. Влияние водного покрова на температурный режим донных отложений и их
сезонное протаивание (промерзание).
2.7. Влияние инфильтрации летних атмосферных осадков на температуру пород и
глубину сезонного протаивания.
2.8. Потенциальное сезонное протаивание и промерзание пород.
2.9. Классификация типов сезонного промерзания и протаивания В.А. Кудрявцева.
Раздел 3. Расчетные методы инженерно-геологических исследований в
криолитозоне.
3.1. Мелиорация мерзлых грунтов как оснований сооружений.
3.2. Тепловое взаимодействие инженерных сооружений с мерзлыми грунтами.
3.3. Механическое взаимодействие инженерных сооружений с мерзлыми грунтами.
5. Рекомендуемые образовательные технологии
При реализации программы дисциплины Геокриология используются различные
образовательные технологии – во время аудиторных занятий (180 часов) занятия проводятся в
виде лекций с использованием ПК и компьютерного проектора, а самостоятельная работа
студентов подразумевает работу над рефератом под руководством преподавателя (20 часов) и
работу студента в компьютерном классе или библиотеке Геологического факультета (40
часов).
At implementation of the program of discipline Geocryology various educational
technologies are used – during classes (180 hours) presentations are given in the form of lectures
with a personal computer and a computer projector, interactive classes, and independent work of
students means work on the paper under the leadership of the teacher (20 hours) and work of the
student in a computer class or library of Geological faculty (40 hours).
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации
по итогам освоения дисциплины
В течение преподавания курса Геокриология в качестве форм текущего контроля
успеваемости студентов используются такие формы, как контрольные работы по темам, а
также оценка реферата. По итогам обучения в 5-м семестре проводится зачет, а по итогам
обучения в 6-ом семестре во время весенней экзаменационной сессии проводится экзамен, на
который выделяется 36 часов.
Marking for current performance control and interim assessment during and at the
end of the course
The current performance is estimated during examinations on subjects, and also a written
assessment is used. The current performance in 5th semester is estimated on interim examination,
and 6th semester ends by the final exam.
Контрольные вопросы и задания для текущего контроля успеваемости и
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Контрольные вопросы и задания:
1. Предмет геокриологии. Научные направления геокриологии.
2. Основные этапы освоения Арктики и истории геокриологии.
3. Энергетический баланс Земли.
4. Составляющие радиационно-теплового баланса поверхности Земли.
5. Парниковый эффект.
6. Механизмы переноса тепла в горных породах. Температурное поле горных пород.
Геотермический градиент.
7. Уравнение теплопроводности. Начальные и граничные условия.
8. Температурные волны в массиве пород. Законы Фурье. Глубина нулевых амплитуд
(суточных, годовых, многолетних) в массиве горных пород.
9. Промерзание - протаивание пород. Процессы, происходящие при замерзании воды и
таянии льда в породах.
10. Задача теплопроводности при наличии фазовых переходов (Задача Стефана).
11. Методы решения задач промерзания-оттаивания пород. Формула Стефана, учет
покровов на поверхности пород.
12. Процессы промерзания-оттаивания влаги в горных породах. Фазовые переходы
свободной и связанной воды в лед. Зависимость содержания незамерзшей воды от
температуры.
13. Кристаллизация воды и порового раствора.
14. Механизмы переноса влаги в промерзающих и мерзлых породах.
15. Перенос ионов легкорастворимых солей при промерзании.
16. Физико-механические процессы в мерзлых породах, вызванные изменением
температуры. Температурные деформации и морозобойное растрескивание пород.
17. Физико-механические процессы в мерзлых породах, вызванные действием внешней
нагрузки. Реологический характер деформирования. Упругий, вязкий и пластический
тип деформирования мерзлых пород.
18. Льдовыделение при промерзании пород в песчаных и глинистых породах.
19. Промерзание в «закрытой» и «открытой» системах.
20. Пучение и осадка пород при промерзании и оттаивании.
21. Структурные преобразования горных пород при промерзании.
22. Классификация криогенных текстур.
23. Органическое вещество и микроорганизмы в мерзлых породах.
24. Физические свойства мерзлых пород.
25. Электрические и акустические свойства пород.
26. Теплофизические свойства горных пород.
27. Механические свойства мерзлых пород.
28. Деформационные и прочностные характеристики мерзлых пород.
29. Состав мерзлых пород.
30. Сезонное промерзание и протаивание.
31. Классификация типов сезонного промерзания и протаивания пород В.А. Кудрявцева
32. Влияние природных факторов на формирование температурного режима и глубину
сезонного промерзания и протаивания пород.
33. Влияние снежного покрова на температурный режим и глубину сезонного промерзания
и протаивания пород.
34. Влияние растительного покрова на температурный режим и глубину сезонного
промерзания и протаивания пород.
35. Влияние «температурной сдвижки» на среднегодовую температуру пород.
36. Влияние летних атмосферных осадков на среднегодовую температуру пород.
37. Влияние водоемов на температурный режим донных осадков.
38. Потенциальное сезонное промерзание и потенциальное сезонное оттаивание пород.
39. Распространение многолетнемерзлых пород на территории России.
40. Влияние граничных условий на формирование мощности и температурного режима
мёрзлых толщ.
41. Зависимость мощности и температурного режима многолетнемёрзлых толщ от
геологических факторов и процессов.
42. Криогенные процессы и явления. Криогенное выветривание.
43. Морозное пучение дисперсных пород и его практическое значение.
44. Морозобойное растрескивание и полигонально-жильные образования.
45. Термокарст.
46. Склоновые криогенные процессы и явления.
47. Криогенные процессы и явления, связанные с деятельностью воды
48. Зональные и региональные факторы формирования геокриологических условий.
49. Современное распространение криолитозоны на Земле.
50. Синкриогенные и эпикриогенные многолетнемерзлые породы.
51. Криогенное строение синкриогенных пород.
52. Криогенное строение эпикриогенных пород.
53. Общие положения по рациональному использованию мерзлых пород при освоении
криолитозоны.
54. Преобразования природной среды при освоении крупных территорий криолитозоны.
55. Рациональное использование криолитозоны при дорожном строительстве,
строительстве линий электропередач (ЛЭП) и аэродромных покрытий.
56. Рациональное использование криолитозоны при строительстве и эксплуатации
сооружений.
57. Агробиологические виды освоения криолитозоны.
58. Принципы использования ММП в качестве оснований инженерных сооружений. Типы
фундаментов.
59. Принципы использования ММП в качестве оснований инженерных сооружений.
Способ обеспечения устойчивости сооружения по 1 принципу (сохранение мерзлого
состояния) и путем предварительного промораживания грунтов.
60. Принципы использования ММП в качестве оснований инженерных сооружений.
Способ обеспечения устойчивости сооружения по 2 принципу (при допущении
оттаивания) и путем предварительного оттаивания.
61. Методы мелиорации мерзлых пород как оснований сооружений.
62. Методы прогноза геокриологических условий при освоении криолитозоны.
Вопросы к экзамену по Геокриологии
1. Температурное поле в горных породах. Механизмы переноса тепла в горных
породах.
2. Уравнение теплопроводности и задача Стефана для промерзающих и
протаивающих пород.
3. Периодически установившийся температурный режим в породах без фазовых
переходов. Законы Фурье.
4. Фазовый состав влаги в мерзлых породах. Фазовые превращения воды в
дисперсных породах. Зависимость содержания незамерзшей воды и льда от
состава, строения и свойств мерзлых пород.
5. Процессы, происходящие при замерзании воды и таянии льда в горных
породах. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса.
6. Приближенные формулы расчета глубин промерзания и протаивания. Формула
Стефана.
7. Механизмы влагопереноса в дисперсных породах.
8. Механизмы миграции влаги к фронту промерзания. Промерзание по типу
“закрытой или открытой системы”.
9. Физико-химические и механические процессы в промерзающих и
протаивающих породах.
10. Физико-механические процессы в мерзлых породах, вызванные изменением
температуры и действием внешней нагрузки.
11. Теплофизические и физико-механические условия формирования криогенных
текстур. Классификация типов криогенных текстур.
12. Морозное пучение дисперсных пород.
13. Криогенные процессы и явления. Криогенное выветривание.
14. Морозобойное растрескивание и полигонально-жильные образования.
15. Термокарст, причины и условия его образования. Формы проявления
термокарстовых процессов в рельефе.
16. Термоэрозия и термоабразия.
17. Склоновые криогенные процессы и явления.
18. Ледники и мерзлота: особенности взаимодействия, геологическая деятельность.
19. Состав мерзлых пород.
20. Физические и теплофизические свойства мерзлых пород
21. Прочностные и деформационные свойства мерзлых пород
22. Радиационно-тепловой баланс поверхности Земли.
23. Глобальные изменения климата и парниковый эффект.
24. Современные представления о формировании и развитии многолетнемерзлых
толщ горных пород.
25. Глубина сезонного промерзания и протаивания пород. Классификация типов
сезонного промерзания и протаивания пород В.А. Кудрявцева
26. Влияние снежного покрова на формирование температурного режима и
глубины сезонного промерзания и протаивания пород
27. Влияние растительного покрова на формирование температурного режима и
глубины сезонного промерзания и протаивания пород
28. Влияние «температурной сдвижки» и инфильтрации летних атмосферных
осадков на среднегодовую температуру пород
29. Влияние водных покровов на температурное поле горных пород
30. Распространение многолетнемерзлых пород и строение криолитозоны.
31. Зональные и региональные факторы формирования геокриологических условий.
32. Влияние граничных условий на формирование мощности мерзлых толщ.
Зависимость мощности многолетнемерзлых толщ от геологических факторов и
процессов.
33. Синкриогенные и эпикриогенные многолетнемерзлые породы; особенности их
криогенного строения
34. Прогноз геокриологических условий при освоении криолитозоны.
35. Принципы строительства инженерных сооружений на многолетнемерзлых
грунтах и способы обеспечения устойчивости оснований фундаментов.
36. Мелиорация мерзлых пород как оснований сооружений.
37. Общие положения по рациональному использованию мерзлых пород при
освоении криолитозоны.
38. Природные широтные зональности: климатическая и мерзлотно-температурная.
Геокриологическая секториальность.
39. Южная и северная геокриологическая зоны: условия и причины их образования,
возраст и современное строение криолитозоны в их пределах.
40. Причины климатической и мерзлотно-температурной высотной поясности и их
типы.
41. Талики в криолитозоне: понятия, причины образования и существования
42. Классификация таликов по условиям существования.
43. Субаэральные радиационно-тепловые талики; особенности распространения
разных подтипов таких таликов в зависимости от особенностей климата и
зонального положения региона.
44. Особенности преобразования подземных вод под влиянием формирования
мерзлых толщ; мерзлые толщи как криогенные водоупоры
45. Основные категории подземных вод по отношению к мерзлым толщам горных
пород.
46. Основные черты криогенного преобразования артезианских и адартезианских
бассейнов.
47. Особенности криогенного преобразования гидрогеологических массивов и
адмассивов.
48. Влияние вертикальной гидрохимической поясности на строение криолитозоны
49. Наледи как характерный тип водопроявлений в криолитозоне. Геологическая
деятельность наледей и борьба с ними.
50. Приемы реконструкции древних мерзлотных обстановок на Земле.
51. Основные этапы формирования покровных оледенений и мерзлоты в истории
Земли.
52. История развития мерзлоты в позднем кайнозое.
53. История развития криолитозоны в позднем плиоцене – среднем плейстоцене.
54. История развития криолитозоны в позднем плейстоцене и голоцене.
Позднеплейстоценовый термический минимум, голоценовый оптимум - их
воздействие на современную криолитозону.
55. Цель и задачи геокриологической съемки.
56. Этапы проведения геокриологической съемки.
57. Метод ландшафтного микрорайонирования.
58. Метод ключевых участков при геокриологической съемке.
59. Маршрутные исследования при геокриологических исследованиях.
60. Наблюдения в скважинах при геокриологической съемке.
61. Методика измерения температуры в скважинах.
62. Методы изучения строения криолитозоны.
63. Методы определения мощности многолетнемерзлых пород.
64. Применение геофизических методов при геокриологической съемке.
65. Изучение строения и мощности криолитозоны геофизическими методами.
66. Полевые исследования при изучении слоев сезонного промерзания и сезонного
оттаивания пород.
67. Методы определения глубины сезонного промерзания или оттаивания пород.
68. Полевые методы изучения влажности, льдистости и плотности мерзлых пород.
69. Полевые методы изучения влажности и плотности (объемной массы) мерзлых
пород.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература:
Ершов Э.Д. Общая геокриология. М., Недра, 1990.
Лабораторные методы исследований мерзлых пород. / Ред. Э.Д. Ершов. М., МГУ, 1985.
Мерзлотоведение. / Ред. В.А.Кудрявцев. М., МГУ, 1981.
Методика мерзлотной съемки. / Ред. В.А. Кудрявцев. М., МГУ, 1979.
Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М., МГУ, 1993.
Романовский Н.Н. Подземные воды криолитозоны. / Ред. В.А. Всеволожский. М.,
МГУ, 1983.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Для материально-технического обеспечения дисциплины Геокриология используются:
лаборатория физики, химии и механики мерзлых пород кафедры геокриологии,
компьютерный класс, полевая измерительная аппаратура, специализированная аудитория с
ПК и компьютерным проектором, библиотека Геологического факультета МГУ
For discipline material support includes: use of the department laboratory of physics,
chemistry and mechanics of frozen soils, computer class, field measuring equipment, a special
classroom for interactive studies with the personal computer and a computer projector, library of
Geological faculty of the Moscow State University
9. Краткое содержание дисциплины Геокриология
Освоение дисциплины Геокриология направлено на приобретение знаний о
физических, математических, географических и геологических основах геокриологии, об
основных
закономерностях
формировании,
распространения
и
развития
многолетнемерзлых пород и криогенных процессов. Предметом освоения являются
геокриологические понятия и их определения, причины формирования криолитосферы,
общие условия залегания и динамика многолетнемерзлых пород, их состав, строение и
основные свойства, криогенные процессы и явления, а также условия и возможности
хозяйственного использования территорий в криолитозоне. Освоение этой дисциплины
позволяет получить знания об общих закономерностях формирования различных типов
сезонно- и многолетнемерзлых пород; приобрести сведения об основных методах
мерзлотных исследований.
Discipline development is directed on acquisition of knowledge of physical,
mathematical, geographical and geological fundamentals of geocryology, the main regularities of
formation, distribution and development of permafrost and cryogenic processes. Subjects of
studies are geocryological concepts, the reasons of formation of a cryolithosphere, the
description of permafrost content, structure and the main properties, cryogenic processes and the
phenomena, and also conditions and possibilities of economic use of the permafrost territories. It
allows gaining knowledge of various types seasonal and perennial soils; to know the methods the
permafrost research.
10. Учебно-методические рекомендации для обеспечения самостоятельной работы
студентов
Примерные темы рефератов по разделам дисциплины
1.
История освоения Арктики и развития геокриологии
2.
Роль отечественных ученых в геокрилогии
3.
Радиационно-тепловой баланс поверхности Земли
4.
Глобальное изменение климата и его возможные причины
5.
Ж.Фурье и его вклад в теорию передачи тепла и геокриологию
6.
Подземные льды и условия их залегания
7.
Криогенные текстуры мерзлых пород
8.
Криогенные процессы и явления
9.
В.А.Кудрявцев и его вклад в геокриологию
10.
Подземные воды в криолитозоне
11.
Эволюция криолитозоны в истории Земли
12.
Ландшафтно-ключевой метод в мерзлотной сьемке
Разработчики:
МГУ им. М.В. Ломоносова,
геологический факультет
Заведующий
кафедрой
геокриологии
(495)9391281, brouchkov@geol.msu.ru
МГУ им. М.В. Ломоносова,
геологический факультет
(495)9391713, volokhov@geol.msu.ru
Старший
преподаватель
А.В. Брушков
С.С. Волохов
Эксперты:
МГУ имени М.В. Ломоносова, Заместитель
Геологический факультет, кафедра заведующего
геокриологии
кафедрой
Г.И.Гордеева
Тюменский
государственный Заведующий
нефтегазовый
университет, кафедрой, академик
кафедра криологии Земли
В.П.Мельников
Программа одобрена на заседании Ученого совета Геологического факультета МГУ
(протокол № от
)