Главная – Журналы – Криосфера Земли 2024 номер 4

В эпоху современных климатических изменений в Западной Сибири с поверхности происходит деградация многолетнемерзлых пород, проявляющаяся в повышении их температуры, сокращении площади распространения и уменьшении мощности. Для установления темпов сокращения площади распространения многолетнемерзлых пород была создана картографическая модель прогнозируемого изменения положения их южной границы к середине XXI столетия. На основе учета температуры, льдистости, состава пород и строения разреза проведено ранжирование участков южной части криолитозоны по очередности многолетнего оттаивания пород верхней 10-метровой части толщи. Установлено, что ожидаемое изменение южной границы криолитозоны Западной Сибири будет носить неравномерный характер и зависеть от местных условий, связанных с криолитогенной основой ландшафта.

Рассмотрен результат ретроспективной верификации модели прогноза прочности водонасыщенных осадочных пород, слагающих в Южной Якутии основания инженерных сооружений. Модель разработана для условий г. Нерюнгри. Исходными данными для модели служила мера затухания гармонического поля вертикального магнитного диполя, определенная методом дистанционного индуктивного зондирования на частоте 1.125 МГц. Ошибки модели близки к допустимой ошибке лабораторной оценки средней прочности образцов пород, равной ±20 %. С вероятностью около 70 % ошибки модели в разных условиях строительства и эксплуатации инженерных сооружений составляют ±(16.8-33.5) %. Общая ошибка модели при принятой вероятности равна 27.2 % с максимальным разбросом единичных значений в сторону завышения лабораторной прочности слабых пород на 120.5 % или занижения прочности крепких пород на 86.8 %. Точнее всего (ошибки 22.8 и 21.9 %) задача прогноза прочности решается в условиях преимущественного распространения пород средней (15-50 МПа) и прочной (50-120 МПа) категорий. Полученная статистика доказывает региональный статус модели с практическим применением в Южной Якутии в областях распространения мерзлых высоко- и низкотемпературных осадочных пород с целью быстрого и экономичного решения задачи районирования застраиваемых территорий по категории прочности скально-полускальных грунтов.

Цель работы состояла в уточнении гидрогеологических условий малоизученной северо-восточной части Лено-Амгинского междуречья. Для этого проведен анализ архивных (1965-1995 гг.) и опубликованных данных о подмерзлотных водах и мощности многолетнемерзлых пород на территории Чурапчинского и Таттинского районов Республики Саха (Якутия), с привлечением новых результатов полевых исследований (2009-2022 гг.). Основой для исследования послужили результаты бурения на подмерзлотные воды 19 поисковых скважин глубиной 450-650 м. Показано различие пьезометрических напоров и дана характеристика химического состава подмерзлотных вод юрского и среднекембрийского водоносных комплексов. Обосновывается смещение ранее установленной границы между этими водоносными комплексами на 50-80 км севернее. Выделена зона с особыми мерзлотно-гидрогеологическими условиями, приуроченная к Татта-Томпонскому тектоническому разлому. Предположительно, дизъюнктив формировался в условиях горизонтального сжатия, что привело к уплотнению пород, их пониженной проницаемости вдоль разлома и увеличению интенсивности промерзания.

Природные газовые гидраты существуют в пористых средах в условиях повышенных давлений и пониженных температур, включая криолитозону Земли. Особый интерес в исследовании природных газогидратов представляет развитие методов оперативного расчета фазовых равновесий гидратов в грунтовых средах, в том числе равновесного содержания жидкой фазы (неклатратной) воды, которая аналогична незамерзшей воде в мерзлых грунтах. В работе приводятся термодинамические соотношения для расчета содержания неклатратной воды в грунтовых средах при заданных термобарических условиях с использованием экспериментальных данных по зависимости активности поровой воды от ее влажности. Показано, что при фиксированной температуре с возрастанием давления газа содержание неклатратной воды резко уменьшается по степенному закону. Результаты термодинамического расчета хорошо согласуются с измерениями содержания неклатратной воды в грунтовых системах прямым (контактным) методом. Установлено, что при температурах ниже 0 °С содержание неклатратной воды в каолинитовой глине и песчано-глинистых грунтах с повышением давления метана от 2.3 до 11 МПа снижается более чем в 2 раза. Полученные соотношения позволяют проводить пересчет содержания неклатратной воды при переходе от одного гидратообразующего газа к другому, а также данных по температурной зависимости незамерзшей воды от содержания неклатратной воды. Развиваемый подход может быть применен для различных гидратообразующих газов и их смесей.

Современные климатические изменения оказывают значительное влияние на параметры снежного покрова, в том числе на распределение снегозапасов на равнинных территориях в лесу и поле. Проведено сравнение средних многолетних максимальных снегозапасов в лесу и поле за разные климатические периоды. Среднее значение максимальных снегозапасов в поле за текущий климатический период 1991-2020 гг. увеличилось на 4 % по сравнению с периодом 1966-1990 гг. и снизилось в лесу на 6 %. Снегозапасы в лесу и поле за период 2001-2010 гг. составили 127 и 123 мм, а за период 2011-2020 гг. они снизились до 121 и 120 мм соответственно. Отношение максимальных снегозапасов в лесу к их значению в поле (коэффициент снегонакопления) за периоды 1966-1990, 1981-2010 и 1991-2020 гг. постоянно снижалось. Коэффициент снегонакопления за эти периоды составил 1.16, 1.08 и 1.05 соответственно. За период 1991-2020 гг. наибольшие значения коэффициента приурочены к северо-востоку и северо-западу Европейской части территории России и к югу Западной Сибири, где максимальная высота снежного покрова в лесу была значительно выше, чем в поле. Наименьшие значения наблюдались в отдельных районах центра и юго-востока Европейской территории России, на юге Восточной Сибири. Построены карты распределения снегозапасов и коэффициента снегонакопления на равнинной территории России за разные климатические периоды. Подтверждена тенденция выравнивания максимальных снегозапасов в лесу и поле за текущий климатический период (1991-2020 гг.).

Отражены основные этапы развития науки геокриологии (мерзлотоведения) в XX-XXI веках. Приведены важнейшие результаты исследований в области мерзлотоведения по направлениям: общее, инженерное, историческое и региональное мерзлотоведение. Представлены наиболее значимые научные результаты ордена Трудового Красного Знамени Института мерзлотоведения имени П.И. Мельникова СО РАН.