Главная – Журналы – Криосфера Земли 2025 номер 2

Основное внимание в статье уделено распределению пористости неконсолидированной части различных типов торосов как сыпучей среды. Оценка пористости получена в результате обработки записей скорости термобурения торосов. Рассмотрена изменчивость пористости торосов, обусловленная в процессе торосообразования действием силы тяжести и силы Архимеда. Выявлено, что распределение пористости в парусах однолетних дрейфующих торосов и торосов в припае примерно одинаковое, а в киле распределение у торосов в припае смещено в сторону меньших значений. Пористость паруса торосов, блоки в которых более продолговатые и тонкие, выше, чем у сложенных из более толстого льда. Тенденция к уменьшению осредненной пористости паруса и киля торосов с расстоянием от поверхности льда в глубь тороса сохраняется при увеличении возраста тороса, но становится менее выраженной.

С использованием технологии низкочастотной ядерной магнитно-резонансной (ЯМР) релаксометрии проведены экспериментальные исследования фазовых превращений в мерзлых гидратосодержащих образцах мелкозернистого песка при их взаимодействии с замороженными солевыми растворами. Полученные результаты подтверждают, что количество жидкой воды в исследуемых образцах в результате солепереноса и диссоциации порового гидрата закономерно увеличивается во времени. Помимо диссоциации порового гидрата и увеличения количества переохлажденной воды, наблюдается обратный процесс, связанный с вымерзанием порового раствора в результате понижения концентрации ионов соли. Было выявлено закономерное продвижение фронта повышенного содержания жидкой фазы воды в грунтовых системах в направлении миграции солей. При этом скорость данного фронта в рассмотренных образцах определялась не только концентрацией контактирующего раствора, но и начальным содержанием жидкой фазы и условиями существования порового гидрата. Таким образом, движение фронта жидкой воды в мерзлых песках, содержащих метастабильные гидраты, происходило примерно на 30-40 % быстрее, чем в аналогичных грунтах, содержащих стабильные гидраты. Разработанная методика ЯМР-анализа мерзлых пород открывает большой потенциал как для мерзлотных и газогидратных исследований в целом, так и для оценки вклада неравновесной и равновесной жидкой воды в механизм миграции ионов солей в мерзлых и гидратосодержащих породах в частности.

Проанализированы образцы криоконитов и моренного материала, отобранные на поверхности ледника Восточный Мугур (горный массив Монгун-Тайга, юго-восточный Алтай). Результаты метагеномного анализа свидетельствуют о существенных различиях микробиоты криоконитов на разной высоте ледника: на максимальной высоте отмечалось абсолютное доминирование актинобактерий из семейства Kineosporiaceae, ближе к краю уже преобладали актинобактерии из семейства Microbacteriaceae. В криоконитах обнаружены бактерии, имеющие широкую экологическую амплитуду, а также экстремофильность (представители семейств Kineosporiaceae и Geodermatophilaceae), что, вероятно, указывает на разные пути попадания микроорганизмов в криокониты и на возможные различия во времени их нахождения в данных местообитаниях. Актинобактерии наиболее адаптированы к экстремальным условиям, складывающимся в криоконитах ледника Восточный Мугур, что способствует накоплению первичной биомассы и формированию органоминеральных субстанций в ледниковых “стаканах”. При приближении к краю ледника растет таксономическое разнообразие и доля микроорганизмов с широкой экологической амплитудой, что, вероятно, объясняется переносом по воздуху частиц моренного материала, оседающих в криоконитах. В поверхностном моренном материале на краю ледника супердоминантами оказались уже протеобактерии (представители семейства Sphingomonadaceae), что может быть связано с процессами первичного почвообразования.

Расчетом примеров при температуре мерзлых грунтов -3 и -6 °С как численным, так и аналитическим методами показано, что для аналитического описания процесса протаивания мерзлого грунта в период работы скважины может быть использована постановка задачи в форме Лейбензона с заданием точного решения по температуре в неограниченной части пространства. Решение для радиуса протаивания такой задачи записывается в виде, близком к автомодельному. Получено точное аналитическое решение уравнения, описывающего изменение размеров талика при его обратном промерзании. Показано, что время обратного промерзания талика зависит не только от его размера, но и от истории его формирования. Установлено, что существует значение пограничной температуры грунта, ниже которого время замерзания талика меньше, чем время его образования. При температуре грунта выше пограничного значения соотношение между этими временами имеет обратный характер. На заключительных этапах проектирования конструкций крепи скважин рекомендовано ориентироваться на результаты численных расчетов параметров процессов протаивания и обратного промерзания, выполненных с помощью качественных программных продуктов. Точность аналитического метода не вполне соответствует требованиям точности прогноза при проектировании, однако он позволяет достаточно надежно отследить тенденции в эволюции параметров процессов, сохраняет порядок расчетных величин и обеспечивает высокую скорость их оценки. Это позволяет рекомендовать использование аналитического метода для оперативных оценок процессов протаивания и обратного промерзания на подготовительных этапах изысканий под строительство и при проектировании конструкций крепи скважин, при мониторинговых исследованиях, а также на этапах отладки стандартных вычислительных программ под конкретную задачу.

Выполнена оценка изменчивости средних и экстремальных сезонных значений толщины снега Восточно-Европейской равнины с учетом региональных особенностей метеорологического режима. Уточнено соответствующее общим закономерностям распределение средних значений и крайних - 5 и 95 % - персентилей (минимальных и максимальных экстремумов). Выявлено многолетнее уменьшение средних значений и экстремумов толщины снега при увеличении температуры воздуха и осадков. Соответственно результатам регрессионного анализа, зависимость многолетней динамики толщины снега от метеорологических характеристик в большей степени проявляется для максимальных экстремумов, наиболее значимый вклад в изменение снежного покрова выявлен для хода осадков. Разностные интегральные кривые фиксируют для всех характеристик наличие двух отрицательных фаз в 1985-1995 и 2005-2015 гг., что соответствует многолетним особенностям атмосферной циркуляции. По данным реперных метеорологических станций оценивается точность расчетов толщины снега реанализом ERA 5-Land: относительная ошибка достигает 45-50 %, коэффициенты линейных трендов различаются в 1.5-3 раза, что необходимо учитывать при использовании расчетных значений.

В регионах с умеренным и холодным климатом высота и тепловые свойства снежного покрова играют ключевую роль в формировании теплового режима земной поверхности и “городского острова тепла”. В статье приведены результаты лабораторных и полевых исследований характеристик снежного покрова в Екатеринбурге в сезон 2023/24 г. В лабораторных условиях методом игольчатого зонда изучена теплопроводность снега при различной плотности, в том числе снега, загрязненного типичными для Екатеринбурга поллютантами. Построена региональная зависимость теплопроводности снега от плотности. В естественных условиях, на площадке геотермического полигона Института геофизики УрО РАН, проводились измерения высоты и вертикального распределения плотности снежного покрова. По этим данным и с учетом полученной зависимости плотность-теплопроводность построены временные разрезы изменений плотности, теплопроводности, температуропроводности и тепловой активности снежного покрова в сезон 2023/24 г.

7 марта 2025 г., на 80-м году жизни, не дожив нескольких месяцев до юбилея, скоропостижно скончался Станислав Викторович Губин - доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела криологии почв Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. Станислав Викторович останется в памяти как замечательный ученый, мерзлотный почвовед и опытный полевик.