Статья: Длительная ползучесть мерзлых грунтов в многолетних испытаниях (2025)

Предметом исследований является функциональная зависимость коэффициента теплопроводности снега от его плотности. Объектом исследований являлась линеаризация функции, выраженной полиномом произвольной степени, характерной для количественной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности снега. Особое внимание уделено анализу ошибок, возникающих при замене полиномиальной функции линейной. Выполнен анализ существующих функциональных зависимостей коэффициента теплопроводности от плотности снега, которая является интегральным показателем сложных тепло- и массообменных процессов, происходящих при метаморфизме снежного покрова. В результате анализа основных расчетных формул для прогноза коэффициента теплопроводности от плотности снега все зависимости условно разделены на две группы: линейные и нелинейные (выраженные полиномами второй, третьей и четвертой степени). Для поиска точки, соответствующей максимальному значению ошибки линеаризации второй группы методов, построена и исследована соответствующая целевая функция в наиболее общем виде. При построении функции, определяющей возникающую при линеаризации абсолютную ошибку, в качестве исходных формул принят обобщающий полином производной степени, которым описываются известные экспериментальные и теоретические зависимости коэффициента теплопроводности снега от плотности. Полученная функция исследована на максимум классическим способом дифференцирования исходной зависимости по аргументу. Научная новизна заключается в том, что впервые получена зависимость между ошибкой, возникающей между линейным и нелинейным способом представления экспериментальных аппроксимирующих зависимостей коэффициента теплопроводности снега и плотности снега. Показано, что при линеаризации квадратичной зависимости (формулы Абельса, Кондратьевой, Брэхта, Штурма и др.) максимальная абсолютная ошибка находится в середине интервала усреднения. При этом значение её равно значению исходной функции в этой точке. С увеличением показателя степени максимальная ошибка смещается к верхней границе участка линеаризации, и изменяется, например для кубического полинома (формула Ван Дуссена) до значения, равного 0,58 величены диапазона линеаризации. А, для полинома четвертой степени (формула Янсона ) до 0,63 величены диапазона. При снижении показателя степени меньше двух,(формула Йена, Швандера), наоборот, максимальная ошибка линеаризации смещается от середины интервала к нижней границе.

Предметом исследования настоящей статьи являются концентрические геоморфологические особенности, выявленные на территории Антарктиды в ледниковом покрове, сейсмотектоническом строении земной коры, значениях теплового потока, количества озер. Ранее были выявлены взаимосвязи географического расположения концентрических геоморфологических особенностей и дегазации метановых сипов из подледниковых слоев земной коры на территории Арктики. В статье исследуются концентрические особенности, выявленные по результатам оцифрованных карт рельефа разноглубинных поверхностей (поверхность ледников, «кровля», «подошва» земной коры), значений теплового потока, количества озер на территории Антарктиды по спутниковым, наземным геофизическим данным, используемых для поиска месторождений углеводородов. Область применения результатов связана с вероятностным прогнозированием регионов, которые являются перспективными для проведения поисковых работ и разведки новых залежей углеводородов на территории Антарктиды. При этом использовались эталонные статистические данные о плотностях распределения мощности коры, теплового потока, соответствующих распределению Гаусса, характерных для концентрических особенностей нефтегазоносных бассейнов России. Впервые показано, что пространственное расположение количества подледниковых озер в пределах определенных площадей концентрических геоморфологических особенностей на территории Антарктиды может быть аппроксимировано в соответствии с распределением описываемым законом Пуассона. Методы проведенного исследования, основаны на положениях теории вероятностей и статистики. Построены гистограммы, плотности распределения, определен средний риск (критерий Бейеса), порог принятия решения значений теплового потока, площадей концентрических особенностей, нормированных на количество подледниковых озер в них, измеренных в пределах расположения 48 концентрических особенностей. Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что впервые были определены координаты географического расположения, пространственные размеры (диаметры 200-1000 километров) и сделаны оценки вероятностей, позволяющих прогнозировать углеводород-перспективность 48 концентрических геоморфологических особенностей, выявленных на поверхности ледникового покрова и верхнем и нижнем слоях земной коры на территории Антарктики. Основные выводы проведенного исследования заключаются в выявленных взаимосвязях углеводород-перспективных концентрических геоморфологических особенностей сейсмотектонического строения земной коры (Мохо), значений теплового потока и плотности распределения подледниковых озер на территории Антарктиды. Практическая новизна исследования заключается в том, что впервые выполнено математическое прогнозирование наличия углеводород-перспективных концентрических геоморфологических особенностей на территории Восточной и Западной Антарктиды.

Данная публикация является первой частью статьи, в которой, на основании анализа имеющихся в научной литературе данных, показана значительная роль криогенного фактора, на подготовку пневматических взрывов в толще многолетнемёрзлых пород. Объектом исследования является локальные криогенные газодинамические геосистемы, развитие которых приводит к пневматическому взрыву и формированию воронок газового выброса. Предметом исследования являются морфология и строение криогенных образований в мёрзлых породах, слагающих воронки газового выброса, обнаруженных на севере Западной Сибири. Авторы подробно рассматривают такие аспекты темы, как анализ и обобщение данных по криогенному строению различных элементов воронок газового выброса. Особое внимание уделено изучению различного рода деформаций первичных ледяных образований, что позволяют проследить историю возникновения и развития локальных газодинамических геосистем в толще многолетнемёрзлых пород. Авторы не рассматривают вопросы, связанные с генезисом газа, поскольку считают, что напорные процессы, происходящие в локальных газонасыщенных зонах с повышенным давлением, не зависят от его происхождения. Основным методом, используемым в данной статье, является анализ материалов научных публикаций по рассматриваемой теме, а также данных лабораторного моделирования проведённого авторами. Синтез анализируемых материалов осуществлялся на базе геосистемного подхода. Особым вкладом авторов в исследовании темы является выявление общей закономерности в строении воронок газового выброса. Все воронки, не заполненные водой и доступные к изучению, имеют трёхчленное строение. В нижней части воронок наблюдается расширение, иногда за счёт каверн и гротов. В средней части поперечное сечение воронок уменьшается, стенки кратера, чаще всего, отвесные ровные. В верхней части наблюдается расширение, в форме раструба. Новизна исследования заключается в нахождении парагенетических связей между морфологическим строением воронок, стадиями развития газодинамической геосистемы, подготавливающей условия для пневматических взрывов и комплексами процессов на каждой стадии. К основным выводам проведённого исследования следует отнести выявление ведущей роли давления газа на трансформацию криогенного строения мёрзлых пород на всех стадиях.

В настоящее время одной из глобальных экологических проблем является глобальное потепление, вызванное повышенной концентрацией парниковых газов в атмосфере. Метан является одним из ключевых газов, влияющих на климатические изменения. Концентрация метана значительно увеличилась в атмосфере за последние 20 лет и продолжает увеличиваться до сих пор. Ученые и политики всего мира обеспокоены данной проблемой и ищут способы решения глобального потепления. Под общей тенденцией глобального потепления изучение характеристик выбросов метана в промерзающих породах имеет большое значение для точной оценки и прогнозирования содержания парниковых газов в атмосфере. Предметом данного исследования является механизм выброса метана при поверхностном замерзании в осенний период времени. Объектом данного исследования является выброс метана в условиях замерзания. В данной работе в качестве метода исследования выбросов метана рассматривается уникальный программный комплекс Solidworks, который предполагает его использование в таких направлениях, как инженерная геология, мерзлотоведение, грунтоведение и др. Научная новизна данного исследования заключается в том, что в нем разрабатываются механизмы выброса метана при изменении температуры осенью с разных поверхностей: с поверхности водоемов и с поверхности почвы, также в статье предлагаются методы по контролю данного механизма и управлению метановыми выбросами при сезонном похолодании. Кроме того, представлена сравнительная таблица факторов, влияющих на выбросы метана в водоемах и почве при поверхностном замерзании осенью. Делается вывод о возможности приведения данных факторов к единому знаменателю и применении ко всем элементам экосистемы. Для разработки механизмов выбросов метана в данной работе были изучены актуальные научные и опытные исследования последних пяти-десяти лет, такие как замеры метана в торфяниках Китая и Японии, на озере Кортовское (Польша), на Северной Аляске, в тундре и условиях вечной мерзлоты. Результатами данного исследования являются схемы выбросов метана при замерзании почвы и водоема в осенний период времени. Было выявлено, что факторы влияющие на метаногенез и для почвы, и для водоемов имеют схожее происхождение, что связано с тем, что они находятся в одной экосистеме.

Настоящее исследование посвящено инженерно-геокриологической оценке теплового воздействия добычи минерального сырья на деградацию многолетнемерзлых пород в пределах арктической криолитозоны России. Работа сосредоточена на Юньягинском угольном разрезе и прилегающих подземных шахтах Печорского угольного бассейна, включая Воргашорскую, Воркутинскую и Заполярную шахты. Эти объекты размещены в районах с повсеместным распространением многолетнемёрзлых грунтов и подвержены возрастающему антропогенному тепловому воздействию, связанному с открытой и подземной добычей угля. В исследовании рассматривается, каким образом устойчивые тепловые нагрузки от производственной инфраструктуры, отвалов и вентиляционных выбросов способствуют увеличению глубины сезонного протаивания, перераспределению влаги и снижению прочностных характеристик мерзлых грунтов. Особое внимание уделено пространственной неоднородности температурных аномалий и их зависимости от технологических факторов, таких как интенсивность отработки, параметры вентиляции и температура шахтных вод. В работе использован комплексный подход, включающий натурный температурный мониторинг, бурение инженерно-геологических скважин, лабораторные испытания образцов мерзлых грунтов и численное моделирование процессов теплопереноса для оценки степени и темпов деградации многолетнемерзлых пород под тепловым воздействием. Научная новизна исследования заключается в количественной характеристике тепловых полей, формируемых в условиях промышленной эксплуатации месторождений на фоне многолетних многолетнемерзлых пород, а также в установлении пороговых условий, при которых процесс деградации существенно ускоряется. Моделирование и натурные наблюдения показали, что при плотности тепловой нагрузки, превышающей 100 Вт/м², протаивание многолетнемерзлой породы достигает глубины 3-4 метра за пять лет. В зоне влияния угледобычи глубина сезонного протаивания увеличивается вдвое по сравнению с фоновыми участками и достигает 2,8 м. Отдельные очаги полной деградации многолетнемерзлых пород зафиксированы в районах размещения отвалов и сброса шахтных вод, где температура грунта превышала 0 °C, а содержание влаги достигало более 35 %. Полученные результаты подтверждают необходимость внедрения инженерных мер термозащиты - теплоизолированных платформ, пассивных термосифонов и автоматизированных систем мониторинга - для снижения рисков потери устойчивости инфраструктуры и обеспечения экологически безопасного освоения Арктики.

В работе рассматривается малоизученный аспект реализации крупнейшей по масштабам и задачам научно-исследовательской инициативы своего времени - Якутской комплексной экспедиции Академии наук СССР 1925-1930 гг. Целевой установкой исследования является реконструкция истории аккумулирования участниками данной экспедиции сведений, касающихся осмысления феномена многолетнемерзлых пород. На основе материалов, выявленных в архивных и музейных фондах гг. Москвы, Санкт-Петербурга и Якутска, в том числе, впервые вводимых в научный оборот, привлечения опубликованных по итогам работы экспедиции документов, показана история изысканий, проведенных в шахте Шергина в г. Якутске. Представлены наиболее репрезентативные выводы, сделанные исследователями в ходе работы в ряде административных округов Якутской АССР, в первую очередь, в составе отрядов сельскохозяйственной направленности. В методологическом отношении данная статья базируется в основном на применении специально-исторических подходов к научному познанию: принципе историзма, историко-типологическом, историко-сравнительном и историко-генетическом методах. В результате проведенных исследований представлена история аккумулирования участниками Якутской комплексной экспедиции сведений о многолетнемерзлых породах, сделаны выводы о значении выполненных изысканий. В этой связи установлено, что несмотря на отсутствие специализированного геокриологического отряда, неудавшуюся попытку организации планомерного научного изучения феномена «вечной мерзлоты», участники экспедиции получили комплекс важных сведений, характеризующих специфику и масштабы протекания некоторых криогенных процессов. В частности, они свидетельствуют о значительной активности термокарста в пределах земель сельскохозяйственного назначения в первой четверти ХХ в. Значительный интерес представляет также отмеченные участниками Якутской комплексной экспедиции примеры традиционного знания сельского населения Якутии в отношении некоторых особенностей формирования термокарстовых форм рельефа, которые впервые в историографии позволили сделать определенные сопоставления в отношении степени соответствия современным представлениям о криогенных процессах.

Автором описано более 20 булгунняхов на месторождении Песцовое, в 10-15 км севернее ст. Тундра, в 98-103 км от г. Новый Уренгой. Высота булгунняхов колеблется в основном от 15 до 20 м, диаметр составляет 150-200 м. Чаще всего в их профиле выделяется пьедестал, высотой около 5-7 м, над которым куполообразно возвышается основной бугор. На одном из бугров, высотой 17 м в 10 км севернее ст. Тундра выполнено более детальное датирование перекрывающего торфа, свидетельствующее о том, что эти булгунняхи формировались сравнительно недавно, во всяком случае не ранее 2,5 тыс. лет назад. Для определения возраста булгунняха был опробован торф, перекрывающий бугор в центральной части и близ подножия на пьедестале. Отбор образцов льда из ядра булгунняха, производился зимой 2013 г. Измерения макрокомпонентного состава льда проводились с помощью ионного хроматографа «Стайер» (Россия), предел детектирования по хлорид-иону 0,02 мг/л. Радиоуглеродное датирование торфа, продемонстрировало относительно молодой возраст перекрывающего торфа в разных частях бугра. В центральной части булгунняха поверхностный торф датирован в 2560 ± 70 лет, торф с глубины 0,3-0,4 м датирован в 5220 ± 50 лет и торф с глубины 0,85-0,9 м имеет возраст 5080 ± 50 лет. На пьедестале торф с глубины 0,05-0,15 м датирован в 5400 ± 40 лет. Во льду ядра булгунняха были определены ионы калия, натрия, кальция, магния, хлора, сульфатов и нитратов. В растворенной форме в изученном инъекционном льду среди катионов доминируют ионы натрия (от 1,5 до 4 мг/л), на втором месте ионы калия (от 0,5 до 2,1 мг/л). Среди анионов преобладает хлор-ион (от 0,6 до 3,3 мг/л), на втором месте сульфат-ион (от 0,3 до 1 мг/л). Отношение хлор-ионов к сульфат-ионам варьирует от 0,7 до 3,7, составляя в среднем 1,7.

Предметом работы является развитие методики снегогеохимических исследований для эффективной экспрессной оценки качества атмосферного воздуха в условиях техногенного воздействия от различных промышленных источников, формирующих комплексное загрязнение окружающей среды, а также создание информационно-картографической основы для дальнейшего экологического мониторинга значимого района Байкальского региона. На примере детальной оценки загрязнения атмосферы в районе строительства экотехнопарка “Восточный” производится сопоставительный анализ информативности картограмм распределения загрязняющих веществ в снеговой воде и в твердом остатке. На рассматриваемой территории находятся различные источники техногенных воздействий - от металлургического предприятия до объектов теплоэнергогенерации, в связи с этим данный кейс отлично характеризует преимущества метода снегогеохимической съемки как наиболее представительного способа оценки загрязнения атмосферы в задачах экологического мониторинга “зимних” регионов, снятия экологических рисков с новых горных проектов в северной части Евразии, контроля производственной деятельности в городах с устойчивым снеговым покровом. Оптимизация данного вида геоэкологических исследований является весьма актуальной задачей. Произведен отбор проб сезонного снега, таяние и фильтрация снеговой воды с целью разделения растворимых и нерастворимых форм поллютантов. Выполнен химический анализ снеговой воды и твердого остатка. Определены ассоциации элементов, отвечающие различным источникам воздействий. Представлены картографические материалы, характеризующие распределение поллютантов на площади. Исследование позволяет наглядно сравнить результаты, получаемые по традиционной, но затратной методике анализа снеговой воды с помощью прецизионных химико-аналитических методов ICP-AES/MS, и по экспрессной и дешевой методике анализа твердого остатка с помощью неразрушающего анализа XRF. Показано, что второй способ также является весьма информативным, он позволяет с минимальными затратами детально охарактеризовать геоэкологическую обстановку на значительной площади, выявить и закартировать зоны с аномальными по техногенным причинам состоянием атмосферы. В результате дана наиболее детальная в пространственном отношении характеристика загрязнения воздуха в районе г. Усолье-Сибирское, который является постоянным объектом внимания со стороны государственных органов экологического контроля как рекультивируемый объект накопленного вреда окружающей среде и одновременно перспективная производственная площадка. Описанные методические подходы применимы для широкого перечня геоэкологических ситуаций в регионах с длительной зимой.