Главная – Журналы – Криосфера Земли 2023 номер 2

Несмотря на низкие средние годовые температуры воздуха и малое количество атмосферных осадков, в некоторых условиях сплошной криолитозоны Центральной Якутии существуют субаэральные надмерзлотные водоносные талики. В статье приводится анализ сезонной и межгодовой динамики температуры пород в контрастных геокриологических условиях - на участках распространения мерзлоты с поверхности и надмерзлотных субаэральных таликов на ключевом участке Левая Шестаковка, расположенном в 20 км юго-западнее г. Якутска. Кровля многолетней мерзлоты на участке залегает на глубинах от 0.5 до 20 м. Самые высокие температуры пород характерны для площади распространения водоносных надмерзлотных таликов, приуроченных к пологим склонам, которые сложены песчаными отложениями и покрыты редким сосновым лесом. Мощность сезонномерзлого слоя достигает 3 м, а глубина нулевых годовых амплитуд варьирует от 6 до 12 м. Талые породы сохраняются за счет постоянной фильтрации подземных вод в них. Самая низкая температура пород характерна для маревого участка и поймы реки. Глубина сезонного протаивания изменяется от 0.5 до 1.0 м, глубина нулевых годовых амплитуд превышает 15 м. В последние годы отмечено медленное промерзание таликов снизу за счет слабовыраженного охлаждения толщи, подстилающей талые водоносные породы. За пределами развития таликов зафиксированы слабые разнонаправленные изменения температуры пород.

На основе наблюдений, проведенных в 2007-2011 гг. в период летней межени на 12 наиболее крупных реках Восточной Сибири (Лена, Алдан, Колыма, Вилюй, Индигирка, Яна, Витим, Оленёк, Олёкма, Анабар, Чара, Амга), охарактеризованы основные особенности химического состава и физических показателей их вод. Установлено, что для исследованных рек характерен благоприятный кислородный режим, относительно высокие показатели химического потребления кислорода и цветности, повышенная концентрация железа общего, иона аммония и невысокое содержание солей. На территории Восточной Сибири многолетняя мерзлота имеет повсеместное распространение. Мощность залегающего над ней слоя сезонного протаивания пород сильно варьирует на различных участках водосборов региона. С применением метода канонических корреляций определено, что содержание в водах исследованных рек ряда компонентов солевого состава (жесткости, ионов кальция, магния, гидрокарбонатов, сульфат-ионов и суммы солей) зависит от мощности сезонноталого слоя. При этом на участках водосборов с наиболее мощным сезонноталым слоем для рек характерна максимальная концентрация данных компонентов солевого состава. Это объясняется тем, что мерзлота образует барьер на пути проникновения поверхностного стока в глубокие минеральные горизонты, препятствуя насыщению воды ионами минеральных веществ.

Вопрос применения композитных материалов на основе льда для строительства инженерных сооружений в сложных метеоусловиях в настоящее время остается малоизученным. При этом использование льда как строительного материала обусловлено простотой и низкой стоимостью изготовления. В свою очередь, лед может быть усилен различными дополнительными элементами, позволяющими изменить его физико-механические свойства в составе композитного материала. В работе представлены результаты экспериментального исследования поведения ледяных балок, усиленных армирующими элементами, при чистом изгибе. Для усиления использованы продольные стержни с разными физико-механическими характеристиками из стеклопластика и полипропилена. Выполнено сравнение полученных результатов с ранее проведенными экспериментами по нагружению ледяных балок, усиленных стальной арматурой. Сделан вывод об эффективности использования предложенных материалов для улучшения механических характеристик ледяного покрова и изучено их влияние на поведение образцов. Отмечено положительное влияние полипропилена на деформируемость образцов и их несущую способность. Предложена схематизация диаграмм деформирования ледяных балок при усилении стальной и стеклопластиковой арматурой, полипропиленовыми стержнями. Анализируется перспективность применения стеклопластиковых и полипропиленовых стержней в составе композита на основе льда.

Изложены исходные посылки прогнозной модели изменения температурного режима массива мерзлых грунтов при обводнении его поверхности. Теплообмен поверхности грунта с атмосферой через водный покров небольшой глубины (до 1 м) описывается эффективным коэффициентом теплообмена, который учитывает интенсивность перемешивания водного слоя в летнее время. Приведены результаты расчета двух параметров нового термического состояния мерзлого массива (температуры на глубине нулевых годовых амплитуд и максимальной глубины сезонного протаивания), возникающего в результате обводнения. Выполнен также анализ скорости перехода к новому состоянию. Показано, что при интенсивном перемешивании водного слоя в летнее время происходит существенное отепление грунтов основания. При отсутствии перемешивания для малых глубин водоема возможно его охлаждающее действие, которое для более глубоких водоемов сменяется отеплением, более слабым, чем в случае перемешивания. Этот анализ выполнен для наименее изученного элемента природно-технической системы “насыпь-водоем-мерзлое основание” с целью контроля корректности расчетной процедуры в более сложном случае двумерного процесса. Приведены результаты численного моделирования динамики температурного поля в мерзлом основании насыпи дорожного полотна при наличии неглубокого водоема вблизи одного из ее откосов. При интенсивном перемешивании водного слоя в летнее время происходит значительное отепление основания насыпи и откосов. Если же процесс перемешивания исключен каким-либо способом, то начальное температурное состояние в основании дороги может быть сохранено в течение всего срока ее эксплуатации. Предложены достаточно простые технические способы устранения процесса перемешивания водного слоя.

Проведен анализ параметров снежного покрова на территории средней и южной таежных подзон европейского Северо-Востока России (Республика Коми). Исследования проведены во II-III декадах марта в 2005-2007 и 2014-2015 гг. на открытых ровных пространствах и в межкроновых пространствах древостоев. Исследования проводились в одних и тех же пунктах мониторинга, что позволило сделать корректный анализ пространственных и временных различий. Путем маршрутных наблюдений осуществлены замеры высоты снежной толщи, по результатам взвешивания при известном объеме образца рассчитаны величины плотности и влагозапаса. Полученные данные сравнивались с данными замеров на станциях Росгидромета. Построены карты-схемы пространственного распределения параметров снежного покрова. Показано влияние ландшафта на снегонакопление: увеличение высоты снежного покрова в “окнах” леса, уплотнение и понижение высоты снега на открытых участках. Широкое территориальное распределение пунктов замеров позволило оценить влияние долготы местности на параметры снежного покрова, что обусловлено особенностями рельефа. Показано влияние рельефа на снегонакопление, особенно сильное вдоль Уральских гор по восточной границе региона, где происходит интенсивное конденсирование и накопление осадков. Выявлено увеличение к востоку в предгорьях высоты снежного покрова и влагозапаса, при этом отмечена зона увеличения плотности снега по западной границе региона. Полученные данные натурных работ согласуются как с многолетними наблюдениями других авторов, так и с данными метеостанций в периоды исследования.

Проведен сравнительный анализ статистических распределений площадей термокарстовых озер в пределах различных генетических типов поверхностей эрозионно-термокарстовых равнин - участков, расположенных на волнистых междуречьях, и участков пониженных поверхностей, занятых хасыреями (аласами), нередко образующими слившиеся массивы. С использованием количественных критериев и космических снимков на материале восьми участков, находящихся в разных физико-географических условиях (Ямал, Тазовский полуостров, Колымская низменность, долина Пенжины), установлено существование статистически значимых различий распределений площадей термокарстовых озер в пределах разных генетических типов поверхностей. На основе статистического анализа показано, что распределение площадей термокарстовых озер является интегрально-экспоненциальным. Это позволяет сделать вывод, что на каждом из двух типов поверхности в пределах эрозионно-термокарстовых равнин устанавливается динамическое равновесие в процессах возникновения, роста и спуска термокарстовых озер. При существенных различиях наблюдается коррелированность значений параметров распределений площадей термокарстовых озер на основной водораздельной поверхности эрозионно-термокарстовых равнин и площадей вторичных озер в хасыреях.

Приводятся сведения о жизни и деятельности выдающегося ученого М.И. Сумгина, рассматривается его вклад в становление и развитие мерзлотоведения - молодой науки о мерзлых горных породах и сопутствующих криогенных явлениях.