Главная – Журналы – Криосфера Земли 2025 номер 3

Представлены результаты теоретического анализа и лабораторных исследований разнонаправленного деформационного процесса пучения промерзающих грунтов на примере широко распространенного в слое сезонного промерзания-оттаивания на территории России суглинка легкого песчанистого. Развиты представления о характерных зонах промерзающего грунта, а именно, добавлена зона криогенной контракции, обоснован механизм ее образования и показана роль в криогенном пучении грунтов. Результаты важны для физической постановки математической модели промерзания и пучения глинистых грунтов с учетом тепломассопереноса, разнонаправленных деформаций применительно к основам геокриологического прогноза устойчивости зданий и сооружений в области распространения пучинистых грунтов в холодных регионах России.

Многолетние исследования береговой зоны двух арктических морей, Лаптевых и Восточно-Сибирского, позволили оценить темпы разрушения их берегов, а также выявить особенности развития геоморфологических, в основном криогенных, береговых процессов. В исследуемом регионе эрозионные типы морских берегов доминируют. Они отличаются высокими темпами разрушения, достигая 25 м в год на участках, сложенных льдистыми многолетнемерзлыми породами. В береговой зоне этих морей автором были выделены 123 сегмента, каждый из которых характеризуется специфическими составом пород, слагающих берег, а также морфологией и динамическим режимом. Установлено, что средние многолетние темпы отступания берегов морей Лаптевых и Восточно-Сибирского отличаются наибольшими скоростями разрушения по сравнению с берегами других арктических морей.

Рассмотрен химический состав родниковых вод центральной части Чарской котловины и его трансформация за последние 40 лет. Современный химический состав родников - гидрокарбонатный преимущественно магниево-кальциевый с минерализацией 36-162 мг/л и содержанием фтора 0.01-4.0 мг/л. Впервые приводятся данные по составу стабильных изотопов кислорода и водорода в родниковых водах урочища “Пески”. Их осредненный состав следующий: δ¹⁸O = (-16.95 ± 0.69) ‰, δD = (-130.20 ± 4.42) ‰, d_exc = (5.40 ± 1.38) ‰. Результаты химического и изотопного анализов указывают на участие ледниковых вод хребта Кодар в формировании родников урочища. Эти родники формируются при смешении надмерзлотных вод эоловых и озерно-аллювиальных отложений с более минерализованными подмерзлотными водами флювиогляциальных отложений. Степень участия вод разных водоносных комплексов отражается в содержании фтора и изотопном составе родников. Для вод первого водоносного комплекса характерен утяжеленный изотопный состав и меньшие содержания фтора (около 0.4-2.0 мг/л), воды второго комплекса имеют легкий изотопный состав и концентрации фтора 2.0-4.0 мг/л и более. За последние 40 лет уменьшение минерализации, а также содержания Na⁺ + K⁺, Cl^-, F^- в родниковых водах косвенно указывают на увеличение доли в их питании ледникового стока.

Представлены фактические данные измерений содержания метана в мерзлых отложениях и подземных льдах на участках западного сектора Российской Арктики, расположенных от западного побережья Ямала до Западного Таймыра. Приведено криолитологическое строение мест отбора образцов с выделением стратиграфо-генетических комплексов отложений и подземных льдов. Показано, что в отложениях, сформированных в периоды более холодного климата, содержание метана в целом ниже, чем в отложениях более теплых периодов. Незначительные различия отмечены в содержании метана в дисперсных породах разного литологического состава. Содержание метана в полигонально-жильных льдах разного возраста практически не меняется. Содержание метана в пластовых льдах зависит от происхождения, состава и условий промерзания вмещающих отложений, а также сильно зависит от конкретного места отбора пробы, достигая максимума в 24 мл/кг.

Рассматривается новая конструкция сверхглубинного напорного сезонно-действующего охлаждающего устройства, принцип действия которого заключается в напорном режиме течения хладагента за счет разности плотностей столбов жидкости в газожидкостной смеси. Разработана математическая модель функционирования системы, которая позволяет оценить многие параметры работы, ключевыми из которых являются температура в испарителе, массовые расходы и скорости течения хладагента в разных фазах, а также глубина закипания хладагента в испарителе. Проведены численные эксперименты, которые показали, что модель адекватно отражает реальные условия эксплуатации системы при существенном варьировании внешних условий, таких как температура окружающей среды и значения удельных тепловых нагрузок на испаритель сезонно-действующего охлаждающего устройства. Параметры определены для разных глубин испарительной части. Одним из основных показателей эффективности функционирования сверхглубинного напорного сезонно-действующего охлаждающего устройства стала максимальная температура хладагента в испарителе, которая оказалась наиболее чувствительной к изменениям удельной тепловой нагрузки и температуры воздуха. Динамика температуры хладагента и ее распределение по длине испарителя определяют возможность системы поддерживать необходимый температурный режим мерзлых грунтов.

В неоплейстоцене в областях источника и стока радиационного тепла Северного полушария проявляется эффект разделения интенсивности сезонного облучения по фазам изменения интенсивности годового облучения. Средние значения интенсивности летнего облучения в фазе увеличения годового облучения превосходят ее средние значения в фазах уменьшения годового облучения. Средние значения интенсивности зимнего облучения в фазах увеличения годового облучения уступают ее значениям в фазах уменьшения годового облучения. Эффект фазового разделения по-разному проявляется в областях источника и стока радиационного тепла. В областях источника тепла фазовое разделение интенсивностей летнего и зимнего облучения в среднем в стадиях высокоамплитудных колебаний  400-тысячелетнего цикла превышает фазовое разделение в стадиях низкоамплитудных колебаний. В областях стока радиационного тепла в среднем фазовое разделение интенсивностей летнего и зимнего облучения в стадии низкоамплитудных колебаний превышает фазовое разделение в стадиях высокоамплитудных колебаний. Значения фазового разделения интенсивности летнего облучения в стадиях высокоамплитудных и низкоамплитудных колебаний по пятиградусным широтным зонам изменяются разнонаправленно, интенсивности зимнего облучения - однонаправленно. Наиболее заметно фазовое разделение проявляется в области стока радиационного тепла Северного полушария (область распространения криолитозоны) в летнее полугодие в стадию низкоамплитудных колебаний  400-тысячелетнего цикла. Это характерно для начала неоплейстоцена (солярная эпоха 16), лихвинского межледниковья (солярные эпохи 8 и 9) и настоящего времени (солярная эпоха 1).

5 июля 2025 г. 85-летний юбилей отмечает академик РАН Владимир Павлович Мельников. Рассмотрены основные вехи научной биографии В.П. Мельникова. Проведен анализ его вклада в создание холистического образа криосферы Земли и формирование новых направлений криологии.