Тепловая защита инженерных сооружений является важной проблемой для современного строительства в криолитозоне. Целью работы являлось получение критерия экономической целесообразности использования новых теплоизоляционных материалов вместо традиционно используемых материалов для тепловой защиты инженерных объектов. Рассмотрено два случая: полной замены одного материала другим и комбинированного использования традиционного и нового теплоизоляционного материалов. В качестве критерия использовано отношение затрат на материалы для достижения нормативного термического сопротивления всей теплоизоляционной конструкции. Получены новые показатели связи между экономическими и теплофизическими характеристиками материалов, в частности, между удельной стоимостью теплоизоляционных материалов (стоимость единицы объема) и их коэффициентом теплопроводности. Для общности анализа введены новые показатели: ценовой симплекс; тепловой симплекс; симплекс термического сопротивления. Установлено, что, с экономической точки зрения, использование новых материалов вместо традиционных будет оправдано в том случае, когда отношение стоимостей нового и традиционного материала не будет превышать обратной величины отношения их коэффициентов теплопроводности (т. е. при условии, что ценовой симплекс будет ниже обратной величины теплового симплекса). Приведены конкретные примеры применения разработанной методики при оценке целесообразности использования тонкопленочных теплоизоляционных материалов вместо минеральной ваты для достижения равного теплозащитного эффекта. Показано, что при существующей стоимости тонкопленочных материалов их использование обойдется в десятки раз дороже традиционной тепловой защиты с помощью минеральной ваты даже при существенном снижении ее термического сопротивления за счет увлажнения в период эксплуатации. Результаты вариантных расчетов позволяют наглядно убедиться в установленной новой закономерности связи экономических и теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов.
В области криолитозоны на фоне изменения климата и возрастающей техногенной нагрузки с каждым годом возрастает актуальность изучения условий формирования ресурсов и режима над- и межмерзлотных вод, которые наиболее чувствительны к внешнему воздействию. Одним из методов изучения динамики подземных вод при невозможности проведения систематических круглогодичных наблюдений является численное моделирование. Цель выполненных исследований – создать математическую модель фильтрации надмерзлотно-межмерзлотных подземных вод, широко распространенных на правобережье р. Лена в Центральной Якутии, и оценить межгодовую изменчивость их ресурсов. Трехмерная стандартная геофильтрационная модель была создана в программе MODFLOW-USG. Исходными данными для ее построения послужили результаты многолетних полевых гидрогеологических и геокриологических исследований, полученные на водосборной площади одного из круглогодично действующих наледеобразующих источников на бестяхской террасе р. Лена. Для калибровки численной модели использованы данные натурных наблюдений за уровнем воды в скважине, расположенной в зоне транзита межмерзлотных вод. Корректировка фильтрационных параметров и граничных условий модели проводилась до тех пор, пока расхождение между расчетными и фактическими значениями уровня межмерзлотных вод не составило менее 0,1 м для более чем 90 % измерений. Результаты моделирования позволили оценить динамику водообильности межмерзлотного водоносного талика за последние 15 лет, уточнить влияние различных метеорологических факторов и процессов сезонного промерзания-протаивания пород на формирование режима подземных вод, количественно оценить внутригодовую изменчивость дебита источника. Полученные результаты могут послужить основой для постановки задач по прогнозированию изменения мерзлотно-гидрогеологических условий под действием колебаний климата, а также рассматриваться как эффективный метод количественной оценки динамики подземных вод в области распространения многолетнемерзлых пород.
Оценка устойчивости ландшафтов к современному потеплению климата – один из основных острых вопросов современности. Наблюдаемая в настоящее время активизация криогенных процессов в Центральной Якутии, особенно на нарушенных и антропогенных ландшафтах, показывает актуальность проблемы. Целью исследований является оценка термической устойчивости мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии в условиях усиливающегося потепления климата, начиная с 1970-х годов. Основой для оценки послужили результаты натурных наблюдений за температурой многолетнемерзлых пород в слое годовых теплооборотов за период 1981–2023 гг., данные метеостанций по температуре воздуха на высоте 2 м и почвы на глубине 1,6 м. Мониторинг, включая создание сети, наблюдения на стационарах и мониторинговых участках Института мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН, и анализ полученных данных в контексте изменения климата были основными методами исследований. Были оценены пространственно-временные изменения мощности деятельного слоя и среднегодовой температуры пород в слое годовых теплооборотов и их тренды как показатель отклика на потепление климата. Проведен региональный анализ изменчивости коэффициента термической устойчивости (Кα) многолетнемерзлых пород в девяти типах местностей по температурным данным на подошвах деятельного слоя и в слое годовых теплооборотов (глубина 10 м). Положительные значения Кα, превышающие 1,0, свидетельствуют о деградации многолетнемерзлых пород, встречаются и отрицательные тренды, которые связаны с изменениями режима снегонакопления и биомассы экосистем. Оценка термической устойчивости мерзлотных ландшафтов затрагивает важные аспекты природы окружающей среды и социально-экономической устойчивости Центральной Якутии. Результаты исследований могут быть использованы государственными органами по планированию развития территорий, природоохранными организациями, хозяйствующими субъектами и образовательными заведениями.
В связи с развитием методов цифровой обработки сейсмических сигналов расширились возможности анализа малоамплитудных сигналов как естественного, так и техногенного происхождения. В данной статье рассматривается возможность дистанционного определения сейсмических сигналов работающего оборудования первой и второй очередей каскада Вилюйской гидроэлектростанции (КВГЭС-1 и КВГЭС-2) в инженерно-геологических условиях криолитозоны при помощи методики и программного обеспечения, разработанных в Федеральном исследовательском центре «Единая геофизическая служба РАН» (ФИЦ ЕГС РАН). С использованием в качестве фактического материала сейсмических наблюдений сети Якутского филиала ФИЦ ЕГС РАН были обработаны записи сейсмической станции «Чернышевский», удаленной от КВГЭС-1 и КВГЭС-2 на 1,256 и 1,456 км соответственно. Построены графики усредненных спектров сейсмических сигналов за различные промежутки времени, на которых наблюдалось множество монохромных сигналов. Анализ построенных графиков и технической документации оборудования каскада ГЭС позволил установить корреляцию между обрабатываемым сигналом и характеристиками работающего оборудования, являющегося возбуждающим источником. На примере анализа нештатной ситуации, возникшей 4 марта 2023 г. в результате некорректной работы систем регулирования генерирующего оборудования каскада ГЭС, был подтвержден факт принадлежности выделенных сигналов к генерирующему оборудованию. Были установлены величины отклонений выделенных частот работающего оборудования от номинальных, а также время возникновения технических неполадок. Опробована и подтверждена применимость использованной методики для проведения сейсмогеотехнического мониторинга инженерных объектов, расположенных в криолитозоне.
Проблема поисков кимберлитов в закрытых территориях на сегодня остается весьма актуальной, поскольку легко открываемых, имеющих выход на дневную поверхность и хорошо читаемых в геофизических полях объектов в пределах Якутской алмазоносной провинции практически не осталось. Поэтому при постановке поисковых работ на алмазоносные кимберлиты требуется новый – не традиционный (геологический, минералогический, структурный и т. п.) подход. Установлено, что в долеритах даек Вилюйско-Мархинского пояса, располагающихся вблизи кимберлитов (Накынское, Мало-Ботуобинское и Сюльдюкарское кимберлитовые поля), содержание оксида титана ряда высокозарядных и редкоземельных элементов (Th, Ta, Hf, Nd, Tb, Gd) увеличивается в два раза и более по сравнению с типичным их содержанием в целом в долеритах полей. Эту особенность в поведении названных элементов предложено использовать как один из поисковых на кимберлиты критериев. Учитывая факт наличия в пределах Чаро-Синского дайкового пояса долеритов с аномально повышенным количеством оксида титана и ряда высокозарядных (Th, Hf, Ta, Zr, Y), редкоземельных (Nd, Tb, Gd) элементов, проведено сравнительное изучение долеритов даек вблизи этих тел. Установлено, что в сторону от дайки с максимальным содержанием реперных элементов их концентрация постепенно уменьшается. Предложено считать такие участки перспективными на обнаружение кимберлитов. К подобным участкам отнесены территории в пределах Чаро-Ленского междуречья и правобережья р. Лена напротив п. Синск. Полученные в работе результаты и выделенные участки предложено рекомендовать геолого-производственным предприятиям для постановки поисковых работ на кимберлиты на конкретных, локальных территориях.
При создании композиционных материалов одной из проблем является слабое адгезионное взаимодействие между матрицей и наполнителем, что резко снижает надежность и долговечность изделия. Для ее решения применяют химическую и физическую модификацию поверхности наполнителя, чтобы создать прочную связь на границе раздела фаз. В работе рассматривается взаимодействие модифицированных высокомодульных волокон и эластомерной матрицы. Исследовано влияние поверхностной обработки базальтовых (БТ) и углеродных (УТ) тканей на свойства эластомерных композитов на основе бутадиенового каучука. Изучалось два метода поверхностной обработки: раствором резиновой смеси в толуоле (РС) и адгезивом Хемосил 411. Микроструктурный анализ выявил, что необработанные образцы расслаиваются на границе контакта БТ с УТ из-за плохой адгезии между тканями, тогда как обработанные образцы характеризуются высокой адгезией между армирующими волокнами. Зарегистрировано формирование плотного контакта БТ и УТ с эластомерной матрицей за счет диффузии макромолекул каучука, происходящей в процессе вулканизации. Упругопрочностные испытания свидетельствуют о том, что комбинированное армирование БТ совместно с УТ повышает прочность композитов в 4,9 раза по сравнению с исходным эластомером в связи с распределением нагрузки на волокна. Нанесение на поверхность армирующих тканей РС обеспечивает наибольшую прочность, а обработка Хемосилом – высокую устойчивость в среде гидравлического масла. Адгезионные испытания подтвердили, что Хемосил сохраняет прочность сцепления между БТ и УТ после воздействия углеводородной среды благодаря защитному барьерному эффекту каркаса из адгезива. При длительном термическом воздействии происходит снижение адгезионной прочности всех образцов вследствие деструкции полимерной матрицы и клеевого слоя, а также увеличивается их твердость за счет образования дополнительных связей между макромолекулами каучука из-за довулканизации. Полученные результаты доказывают, что предварительная обработка базальтовых и углеродных волокон адгезивами эффективна при создании композитов на основе эластомерной матрицы и высокомодульных волокон.
Армированные полимерные композиционные материалы (ПКМ), содержащие различные виды волокон, широко применяются во многих отраслях промышленности. ПКМ имеют известные преимущества перед традиционными материалами, но практика показывает, что под длительным воздействием экстремальных климатических условий происходит их старение с ухудшением упругопрочностных характеристик. Одним из основных требований при конструировании изделий из ПКМ для условий холодного климата является низкий уровень влагопоглощения, что напрямую связано с пористостью материала. В данной работе исследовано формирование пористости при старении базальтопластиковых материалов (БП) плоской формы в экстремальных условиях Севера, оценены предельные значения пористости. Для выявления предельных значений пористости учитывается слоистая структура БП с плоскопараллельной симметрией. Формирование пористости при климатической деградации материалов происходит, начиная с внешней наружной поверхности БП. Для описания закономерностей порообразования разработана статистическая модель формирования открытой пористости БП плоской формы. Распределение пористости слоев рассматривается как двумерная кластерная структура на квадратной решетке, далее выявляются совпадающие элементы двумерных кластеров пористости нескольких (двух, трех и более) плоских слоев БП. Результаты проведенных оценочных и статистических расчетов сравнивались с экспериментальными данными, которые были получены в результате изучения открытой пористости многослойных панелей БП. Эти панели подвергались открытому экспонированию в природно-климатических условиях г. Якутск. Разработанная статистическая модель формирования пористости многослойных базальтопластиковых композиционных материалов может быть использована при конструировании ПКМ для эксплуатации в климатических условиях Арктики и Субарктики.
Представлена информация о единой централизованной биоресурсной коллекции (БРК) генетического материала диких видов современных млекопитающих из числа обитающих на территории Северо-Востока России. БРК сформирована на базе Института биологических проблем криолитозоны СО РАН методом объединения локальных коллекций в единое систематизированное хранилище первичного биологического материала, образцов ДНК и сопряженных с ними баз данных различных видов млекопитающих. Коллекционный фонд БРК составил порядка 5 тыс. единиц хранения и представлен 45 дикими видами млекопитающих из 70 обитающих в регионе, в коллекции также присутствуют образцы гибридов волка и собаки. Сформированная единая БРК представляет собой комплекс инструментов для выполнения молекулярно-генетических исследований, направленных на генетическую идентификацию, уточнение систематической принадлежности, а также построение эволюционных схем.
Приводятся данные первичной интродукции смородинно-крыжовникового гибрида йошты в Якутском ботаническом саду в 2019–2024 гг. Материалом для исследования служили саженцы, полученные из семян гибрида йошты, собранных с оригинальных кустов питомника «Сады Сибири» (Иркутск). Изучены морфологические, биологические и хозяйственно-ценные признаки йошты в условиях Северо-Востока России. Описаны морфологические особенности листа, цветков, плодов, габитус гибрида, полученного семенным способом. Сроки наступления основных фенофаз определены с учетом требуемых эффективных температур в условиях данного региона. Установлено, что фенологический ритм йошты близок к раннему феноритму якутских видов смородины. Начало вегетации отмечалось на месяц позже, чем у йошты, культивируемой в северо-западных районах России. Быстрое нарастание эффективных температур в Якутии привело к сокращению межфазовых периодов, созревание плодов в Центральной Якутии и Республике Коми протекало в одинаковые сроки, конец июля–середина августа, тогда как начальные фазы отставали на 20–30 дней. Верхушечная почка на однолетних побегах не успевает сформироваться к концу вегетации, часть побегов не вызревают, что ведет к обмерзанию и формирует габитус куста: в середине ветви прямостоячие, по краям куст распадается. Зимостойкость – 2 балла. Масса плодов была самым изменчивым признаком и варьировала от 0,69 г до 2,1 г, коэффициент вариации составил 12–30. Положительными качествами гибрида в условиях Центральной Якутии оказались высокая степень завязывания плодов (75–80 %), устойчивость к болезням и вредителям. Смородинно-крыжовниковые гибриды перспективны в любительском садоводстве, так как имеют потенциал увеличения урожайности, неприхотливы, достаточно зимостойки.
Ягодный кустарник черника Смолла (Vaccinium smallii) – вид, распространенный, кроме северной части Японии, на островах Сахалин, Кунашир и Итуруп и в Советско-Гаванском районе Хабаровского края. Впервые проводится исследование ценопопуляций V. smallii на о. Сахалин. Объектом исследования были произрастающие там растения черники Смолла, отборные формы с комплексом хозяйственно-ценных признаков, а также интродуцированные формы в условиях отдела Сахалинский ботанический сад Ботанического сада-института Дальневосточного отделения РАН. Исследования проводятся с 2019 г. в природных условиях о. Сахалин и на стационаре в Ботаническом саду. Сад расположен в зоне холодно-умеренного климата в области влияния восточноазиатских океанических муссонов. Исследована биология вида V. smallii. Помимо фенологических наблюдений и оценки реакции растений на лимитирующие факторы и характеристики биотопов, исследовали химический состав плодов, листьев и однолетних побегов, а также особенности семенного размножения. Предпочтение видом освещенных участков, позднее начало вегетации и цветения, нивелирующее поздние заморозки, нетребовательность к почвам, влагообеспеченности, устойчивость к болезням и вредителям, постепенная акклиматизация образцов на полностью освещенном экспериментальном участке, превосходство над рядом известных окультуренных видов по качеству плодов, а также широкий диапазон изменчивости некоторых характеристик плодов позволяют рассматривать этот вид как перспективный к введению в культуру и для селекционных исследований. Выявлена более чем 15-кратная разница между типичной и отборной формами по содержанию в плодах сахаров, а по витамину С – в 4,1 раза. Введение V. smallii в культуру следует рассматривать как актуальную задачу. Изучение выделенных отборных форм с комплексом хозяйственно-ценных признаков в природных условиях и культуре, параллельная селекция этого вида с созданием новых наиболее продуктивных сортов будут способствовать разработке агротехнологий возделывания V. smallii как новой нетрадиционной ягодной культуры.
Проблема техногенного загрязнения территории Норильского промышленного района и не снижающегося негативного воздействия на экосистему определяет необходимость проведения исследований по динамике поступления и аккумуляции различных химических веществ в живых организмах. Целью настоящей работы стал анализ накопления тяжелых металлов (Zn, Cu, Cd и Pb) в почках и печени полевок и бурозубок в районе Надеждинского металлургического и Медного заводов Норильского промышленного района. Исследуемыми видами являлись грызуны: сибирская красная полевка (Myodes rutilus (Pallas, 1779), полевка-экономка (Microtus oeconomus (Pallas, 1776) и полевка Миддендорфа (Microtus middendorffii (Poljakow, 1881), и бурозубки: средняя (Sorex caecutiens (Laxmann, 1788)) и тундровая (Sorex tundrensis (Merriam,1900)). Удаленность мест обитания животных от источников техногенного загрязнения составляла в среднем 9,2 км. Материалом для исследования являлись пробы почек и печени, отобранные от полевок и бурозубок. Концентрацию химических элементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии плазменной и электротермической атомизацией. Анализ накопления тяжелых металлов в почках и печени мелких млекопитающих показал более равномерное распределение цинка в органах полевок и бурозубок. Изменчивость концентрации Zn оказалась в 3,8 – 10,5 раза ниже по сравнению с другими элементами. Наиболее высокая изменчивость концентрации меди отмечалась в почках. Максимально высокий коэффициент вариации выявлен у концентрации токсичных элементов. Отмечаются различия распределения тяжелых металлов разных органах. Почки полевок и насекомоядных характеризовались более высоким уровнем содержания меди, кадмия и свинца (P<0,01 – <0,001), чем печень. Накопление тяжелых металлов зависит от вида органа и типа питания. У бурозубок выявлено повышенное содержание в органах меди, кадмия и свинца по сравнению с мышами-полевками. Полученные данные могут представлять интерес в разработке ориентировочных критериев для мелких млекопитающих, испытывающих антропогенное воздействие промышленных предприятий.
Процесс естественного восстановления древесной растительности на нарушенных лесных территориях во многом зависит от обеспеченности нарушенных площадей семенным материалом, выраженности частоты семеношения (плодоношения) и успешности распространения семян. В связи с этим весьма актуально изучение дальности разлета семян основных древесных пород как одного из важнейших факторов лесовозобновления. В статье приведены результаты изучения полета семян основных анемохорных деревьев Якутии – лиственницы, сосны и березы. Экспериментальные данные получены в лабораторных условиях запуском семян с высоты 3,6 м в идеальных безветренных условиях. Замерены скорости парашютирования семян, на основе чего выведены коэффициенты полетных качеств семян сосны обыкновенной Pinus sylvestris L., лиственниц Гмелина Larix gmelinii (Rupr.) Rupr и Каяндера L. cajanderi Mayr, березы повислой или плосколистной Betula pendula ssp. platyphylla Sukacz. (в дальнейшем применен синоним «береза плосколистная»), собранных в разное время в разных районах Центральной Якутии. Установлено, что формула, предложенная для анемохорных хвойных, справедлива для всех видов анемохорных пород деревьев, семена которых оснащены крылатками и являются летучими. В эксперименте наименее летучими у изученных пород оказались семена лиственницы, затем идут семена сосны и березы (коэффициенты полетных качеств 1,01±0,03 у лиственницы, 0,61±0,01 у сосны и 0,50±0,01 м/с у березы). Рассчитано процентное соотношение семян анемохорных хвойных, «отлетающих» на разное расстояние от семенного дерева при разной скорости ветра. На основе проведенных расчетов составлены таблицы распространения основной массы и максимальной дальности разлета семян основных древесных пород Якутии с различной высоты (от 10 до 30 м) и при ветре разной скорости. Разработанные таблицы позволяют практически для каждого лесного выдела объективно оценить дальность разлета семян, более точно определить ширину и направление лесосеки с учетом конкретных условий, грамотно подобрать лесохозяйственные мероприятия.