Главная – Журналы – Криосфера Земли 2024 номер 3

Строение верхней части криолитозоны и рельеф северо-востока Западной Сибири обусловлены изменением природной обстановки в позднем неоплейстоцене и голоцене. В 2016-2021 гг. изучены разрезы отложений на разных элементах рельефа III озерно-аллювиальной равнины Пур-Тазовского междуречья - увалах и термокарстово-эрозионных ложбинах. В строении верхней части равнины выделены каргинско-сартанские аллювиальные, озерные, склоновые отложения и голоценовые торфяники. На основе стратиграфии и новых геохронологических данных на Пур-Тазовском междуречье выявлены последствия активизации неотектонических процессов в сартанский период и влияния климатических факторов на дифференциацию аккумулятивных и денудационных процессов в голоцене.

Целью исследования является первичный анализ данных о температуре многолетнемерзлых пород Верхнеколымского нагорья, полученных по данным измерений в 10 термометрических скважинах, пробуренных и оборудованных авторами в 2021-2022 гг. Скважины глубиной до 15 м расположены на высотах от 618 до 1182 м в различных ландшафтных условиях. Среднегодовая температура пород на глубине нулевых годовых амплитуд колеблется в пределах от -0.1 до -3.8 °С. Глубина сезонного оттаивания составила 0.9-2.6 м. Глубина нулевых годовых амплитуд составила 11.5 и 13 м в двух скважинах. В двух скважинах, расположенных в таликовых зонах, глубина промерзания зафиксирована на 2.6 и 3.6 м. Температурный режим пород в пределах одного района существенно различается, находясь в сложной зависимости от высоты местности, элемента рельефа, состава отложений, характера растительности и других факторов. На основе полученных данных и опыта проведения работ планируется развитие сети режимных наблюдений в Магаданской области. На части рассмотренных скважин уже проведен годовой цикл наблюдений за температурой пород, снежным покровом, температурой воздуха и осадками. Несмотря на короткие ряды наблюдений, вследствие отсутствия сведений о состоянии мерзлых пород для рассматриваемой территории публикация данных актуальна и своевременна.

Новая модель потенциала замерзания чистой воды (потенциала Воркмана-Рейнольдса) объяснила положительный электрический заряд льда относительно воды при кристаллизации тем, что протоны быстрее, чем гидроксид-ионы, захватывались многочисленными ловушками заряда во льду - междоузлиями. В эту модель внесены дополнения, позволяющие расширить применение модели от чистой воды до водных растворов с концентрацией примесей в материнском растворе 10^-4 моль/л и более. Дополнения учитывают способность примесных анионов и катионов выступать в роли акцепторов для протонов и гидроксид-ионов во льду. В результате захвата акцепторами равновесие концентраций протонов и гидроксид-ионов может значительно смещаться в пользу первых или вторых. Последнее радикально повлияет на кинетику заполнения ловушек заряда (междоузлий) протонами или гидроксид-ионами и на знак электрического заряда льда по отношению к раствору. В частности, модель объясняет отрицательный заряд льда при кристаллизации 10^-4 моль/л растворов KCl. Обсуждается применение модели к известным геокриологическим явлениям, таким как миграция влаги в мерзлых грунтах, морозное пучение, ускорение коррозии металлов.

На основе данных экспериментальных наблюдений 1999-2021 гг. на примере характерных участков Приокско-Террасного заповедника уточнена степень влияния снегонакопления на динамику глубины залегания уровней грунтовых вод c учетом изменчивости приземной температуры воздуха и осадков. Проведена оценка пространственной неоднородности сезонных и многолетних изменений метеорологических характеристик и глубины залегания уровня грунтовых вод. Регрессионный анализ показал наличие значимого влияния снегозапасов на многолетнюю динамику глубины залегания грунтовых вод как в снежный период (декабрь-апрель), так и во время их максимального подъема (май-июль) - при малой значимости влияния приземной температуры воздуха холодного периода, продолжительности оттепелей и их суммы положительных температур. Полученные закономерности могут быть использованы для уточнения особенностей региональных процессов водообмена и модельных алгоритмов соответствующего направления исследований.

Проведено экспериментальное и численное моделирование температурного режима и деформированного состояния геотехнической системы “земляное полотно и основание автомобильной дороги из мерзлого грунта”. Рассмотрены варианты нарушения температурного режима и предложено конструктивно-технологическое решение, способствующее термостабилизации грунтового основания под земляным полотном на подтопляемых участках. Решение заключается в использовании геоконтейнеров. Для изучения и оценки температурного режима конструкции автодороги проведена серия лабораторных экспериментов. Для учета в математической модели грунтового основания вязкоупругих свойств грунта получены временные функции деформаций грунтового основания с геоконтейнерами в выбранном температурном режиме.

Предлагаемый расчет учитывает особенности работы теплового насоса в составе поверхностного фундамента на многолетнемерзлых грунтах, которые заключаются в перетекании тепла из греющего контура теплового насоса в охлаждающий. Перетекание тепла снижает коэффициент преобразования низкопотенциального тепла в высокопотенциальное, однако в известных публикациях игнорируется. Расчет показывает также существенное влияние марки фреона в контуре “испарение-конденсация” холодильной машины на коэффициент преобразования.

3 февраля 2024 г. после тяжелой и продолжительной болезни ушел из жизни ветеран Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, кандидат технических наук Игорь Емельянович Гурьянов. Он был высококвалифицированным специалистом в области фундаментостроения и механики мерзлых грунтов, основоположником нового научного направления в геокриологии - инженерной криолитологии, автором двух первых основополагающих монографий по данной весьма перспективной тематике, членом Международной ассоциации по механике грунтов и фундаментостроению.