авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

ОТЧЕТ

О НАУЧНО – ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗА 2010 г.

ПО ПРОГРАММЕ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОНЗ РАН №17

«Фундаментальные проблемы океанологии: физика,

геология, биология, экология»;

подпрограмма «Комплексные

исследования Арктического шельфа».

Директор ИКЗ СО РАН академик В. П. Мельников Ученый секретарь К.г.-м.н. Е.В.Устинова ТЮМЕНЬ - 2011г.

17.6. (20.6) «Криолитозона Арктических морей и континентального обрамления западного сектора Евразии: оценка современного состояния, закономерности динамики, геокриологическая история, трансформация мерзлых и охлажденных пород, эманации углеводородов», академик Мельников В.П, д.т.н. Чжан Р.В.(отв. от ИКЗ СО РАН д.г.-м.н.

А.А.Васильев) Цель исследования: Установить закономерности распространения и состояния шельфовой криолитозоны с использованием методов дистанционного зондирования и ГИС-технологий, выявить параметры субаквальной и прибрежной криолитозоны. Изучить условия формирования и эволюции шельфовой и прибрежной криолитозоны, выявить особенности криогенеза в субаквальных обстановках.

Исследования выполнялись по трем основным направлениям:

1. Разработать базовую версию ГИС криолитозоны шельфа западного сектора Российской Арктики.

2. Изучить криолитологию отложений квартера в береговых разрезах и на шельфе на востоке Карского региона.

3. Изучить криогенные дислокации, их связь с залежеобразующими и жильными льдами, криогенными процессами, разработать их систематику.

По первому направлению.

Разработана базовая версия ГИС шельфа западного севтора Российской 1.

Арктики, содержащая более 30 цифровых карт геологического, геокриологического и океанологического содержания, выполненных в едином формате на одной основе, в масштабе 1: 2 500 000 (рис. 1).

Рис. 1. Примеры слоев ГИС шельфа западного сектора Российской Арктики.

Выполнена новая интерпретация более 30 000 п.км. профилей 2.

высокоразрешающей сейсмоаккустики. На этой основе впервые составлена достоверная карта распространения шельфовой мерзлоты и найдена ее внешняя граница в Карском море (рис. 2). Установлены закономерности распределения глубины залегания субаквальной мерзлоты.

Рис. 2. Внешняя граница распространения шельфовой мерзлоты в западной и центральной части Карского моря. Цветом даны глубины залегания субаквальной мерзлоты (от поверхности дна).

На основе анализа особенностей залегания субаквальной мерзлоты и 3.

температурных условий морского дна выделены предположительные участки быстро деградирующей и квазиравновесной мерзлоты на шельфе.

Установлены акустические маркеры, уверенно идентифицирующие смену гляциальных обстановок (область к ВСВ от Новой Земли) на мерзлотные.

Это подтверждает ограниченный характер распространения сартанского ледника на шельфе Карского моря.

В целом по первому направлению можно констатировать, что разработана базовая версия ГИС шельфа Западного сектора Российской Арктики и соответствующие компьютерные базы данных. На завершающем этапе работы необходимо выполнить комплексный ГИС – ориентированный анализ и обобщить полученную информацию, а также разработать легенду и построить завершающий слой – собственно карту криолитозоны шельфа Западного сектора Российской Арктики.

По второму направлению.

1. Изучены опорные криолитологические разрезы основных типов всех стратиграфических подразделений четвертичных отложений в восточной части побережья Карского моря. Выявлена ведущая роль процессов смены условий криогенеза на формирование строения и свойств криогенных отложений (пример на рис.3).

Рис.3. Пример полной переработки исходного разреза при смене условий криогенеза 2. Изучен изотопный состав подземных льдов, который рассматривается как уверенный индикатор палеогеографической обстановки их формирования.

Отобраны пробы многолетнемерзлых пород и льдов на биогеохимический анализ для поиска и выявления биологических маркеров палеогеографических условий. Создана компьютерная база данных химических и изотопных свойств ММП и подземных льдов.

В целом по второму направлению можно констатировать, что изучены опорные криолитологические разрезы, позволяющие выполнить комплексную оценку криолитозоны шельфа и морского побережья Западного сектора Российской Арктики, включая и условия ее формирования и эволюции в четвертичное время. Усовершенствована региональная стратиграфическая схема Западного Таймыра - ключевого региона для понимания четвертичной истории геологического развития Западной Арктики.

По третьему направлению.

1. Впервые сформулирована проблема исследования и типизации криогенных деформаций в четвертичных отложениях Западного сектора Российской Арктики на основе изучения геологического и криолитологического строения опорных криолитологических разрезов.

Эта проблема имеет большое значение для интерпретации геологического строения и восстановления истории геологического строения территории в четвертичное время. На первом этапе сформулированы методология и научный подход, заключающийся в изучении строения, свойств отложений и меняющихся условий криогенеза, как ведущих факторов формирования специфических деформаций в мерзлых четвертичных отложениях.

2. Разработана рабочая версия классификации криогенных деформаций в мерзлых четвертичных отложениях.

3. Изучены криогенные деформации, связанные с подземными льдами. В разрезах Карского региона складки мезо- и микромасштаба в позднечетвертичных отложениях имеют полигенетический характер.

Установлена связь складчатости с различными криогенными образованиями - жильными и инъекционными льдами, а также со стадийными криогенными склоновыми и термокарстовыми процессами, с многолетним и сезонным пучением.

Таким образом, по третьему направлению можно констатировать, что сформулирована новая научная проблема, имеющая ключевое значение для понимания истории геологического развития Арктических морей и континентального обрамления в четвертичное время, в т.ч. соотношения оледенений и межледниковий. Разработана рабочая версия классификации криогенных деформаций и изучены деформации, связанные с подземными льдами.

Результаты исследований в значительной мере базируются на материалах полевых работ, полученных в 2010 г на п-ове Ямал (вертолетная экспедиция) и Западном Таймыре и Гыдане (экспедиция на т/ходе «Советская Арктика»).

17.7.по программе президиума РАН 17. «Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология», подпрограмма «Комплексные исследования Арктического шельфа», проект 7.

«Криолитозона и Арктический шельф в условиях меняющегося климата;

стабильность экосистем и газовые гидраты;

пути захоронения органического вещества», научные руководители ак. Ваганов Е.А., д.г.н.

Ходжер Т.В.

(Ответственный исполнитель г.н.с. д.г.-м.н. Е.А.Слагода) раздел: «Криолитологические исследования четвертичных мерзлых морских и континентальных отложений берегов Карского моря»

В соответствии задачами исследований солевого состава, органического вещества донных отложений Карского моря и на основе сопоставления с многолетнемерзлыми континентальными и морскими отложениями в ходе полевых работ выполнено изучение и опробование льдов в разрезах береговых обнажений Карского моря на полуострове Ямал, геокриологическом стационаре в районе полярной станции Марре-Сале, на Югорском полуострове, на острове Хейса Земли Франца-Иосифа. Выполнена документация разрезов.

Разрез МС-1/2-08 N 69°4228;

E 66° В береговом уступе высотой 26-27 м., в 500 м южнее устья ручья у п/ст Марре Сале в термоцирке вскрывается крупная ледяная жила.

Ледяная жила клиновидной, симметричной относительно вертикальной оси формы, залегает на глубине 1,8 м под эоловыми и озерными песками.

Ширина жилы в верхней части 4,5 м, на глубине 3,8 м сужается до 2 м. Широкая часть жилы приурочена к тонкослоистым пескам с массивной и линзовидной криотекстурами, более узкая - к супесям с прослоями торфа с линзовидной криотекстурой (по разрезу МС-2/2-08, находящемуся в 100 м южнее, возраст отложений 10930±105 лет СОАН-7597). Слоистость отложений на контакте с жилой плавно изогнута вверх. Контакт жильного льда с вмещающими отложениями четкий, секущий. У жилы хорошо выражены плечики – выступы на 0,2-0,4 м. Вертикальная протяженность жилы 5 м. Нижним концом она внедряется в пластовый горизонтально-слоистый лед.

Рис.1 Разрез МС-1/2-08.

Жильный лед желтоватый, вертикально-слоистый за счет многочисленных прослоев грунта. Пузырьки воздуха вытянуты вверх и в сторону бокового контакта (рис.), а в верхней части жилы - вверх и к центру структуры.

С глубины 1,9 м отобраны образцы льда на химический (1л), изотопный (MS-1 10) анализы и на микростроение льда (№1). Нижняя, узкая часть жилы, вероятно, формировалась по эпигенетическому типу и одновременно с образованием залежи пластового льда. В дальнейший рост жилы продолжался одновременно с накоплением отложений в условиях периодического затопления поверхности.

Разрез МС-2/2-08 N 69°4228;

E 66° Разрез расположен в 600 м южнее устья ручья у п/ст Марре-Сале, детально изучен и опробован в 2008 г.

Крупный термоцирк, ширина которого за последний год увеличилась в 2-3 раза и составляет более 100 м. В стенках термоцирка вскрывается 3 ледяных жилы на расстоянии 15 м одна от другой и горизонтально-волнистая залежь льда, местами осложненная внедрениями вверх.

Рис. Разрез МС-2/2-08. 2010 г.

– точка отбора образцов из залежеобразующего льда.

Образец льда на химический (2л), изотопный (MS-2-10) анализы и на микростроение льда (№2) отобран из горизонтальной части залежеобразующего льда с глубины 6,5 м. Лед чистый, прозрачный с редкими тонкими прослоями (до 2 мм) грунта. Во льду на контакте разных кристаллов просматривается радужное переливание цветов.

Разрез МС-3-10 N 694050 E В 200 м южнее устья р. Варь-Яха в береговом уступе высотой 12-15 м в трех термоцирках подряд вскрываются мощные ледяные тела.

В разрезе сверху вниз вскрываются (рис.):

0-0,15 м почвенно-растительный слой – светло-коричневые мелкозернистые пески с прослоями бурых супесей. Слоистость линзовидная. Отложения содержат многочисленные корни современных растений.

Рис. Вертикально-слоистая залежь льда в озерных отложениях.

0,15–0,75 м светло-серые пески, пятнистые из-за неравномерного выделения гидроокислов железа. Слоистость отложений деформированы – отмечены языкообразные внедрения вверх. Кровля слоя размыта.

0,75-1,4 м горизонтально-слоистые тонкозернистые серые пески и коричневые супеси. Отложения влажные. В слое выделен прослой ржавых среднезернистых песков и остроугольной дресвой размером до 0,5 мм.

1,4-1,7 м серые среднезернистые пески с коричневыми пятнами. С глубины 1, м отложения мерзлые, криогенная текстура массивная, влажность 22%.

1,7-8 м серые супеси с линзами серых суглинков (образец грунта с глубины 1, м - №3/1), очень плотные. Отложения вонючие. С глубины 1,5 м в отложениях появляются прослои торфа, толщиной 3-5-7 см. Из слоя отобрано три образца торфа на радиоуглеродный анализ №2РУ с глубины 1,7 м, №3РУ с глубины 3, м и №4РУ с глубины 7 м.

С глубины 1,7 м и до уровня пляжа вскрывается залежь вертикально-слоистого льда, ширина ее в верхней части 8-9 м, в нижней - 6 м. В расчистке лед двухцветный – более темный прослой шириной 1,5 м – выполняет боковую (южную) часть залежи. Лед имеет вертикальную волнистую слоистость, образованную прослоями грунта (рис). Редкие пузырьки воздуха имеют округлую форму. Лед при скалывании рассыпается на отдельные крупицы размером 1-2 см. С глубины 7,5 м отобраны образцы на химический (4л) и изотопный (MS-4-10) анализы, и на микростроение льда №3.

Отобраны пробы в виде талой воды и мерзлых монолитов льда (5 проб) из подземных льдов: повторно-жильных голоцена и верхнего плейстоцена, из залежей сложной и пластовой формы, из предполагаемых погребенных снежников на гидрохимический, микробиологический и диатомовый виды анализов. Для определения палеотемпературных условий образования льда на изотопный состав кислорода и водорода сдано 14 проб. Для определения возраста отложений вмещающих и перекрывающих льды различных типов, отобрано 6 проб торфа, древесных остатков и 6 проб раковин.

Ведомость отбора образцов льда на определение хим. состава из береговых обнажений Марре-Сале в 2010 г.

№ Координаты Разрез Глубина Тип льда образца отбора, м 1л N 6942'28,1" МС-1/2- ПЖЛ 1, Е 6648'33,3" 2л N 6942'25,2" МС-2/2- Пластовый лед 6, Е 6648'34,5" 3л N 6941'44" МС-2-10 Голоценовые ПЖЛ 0, Е 6648'40,4" 4л N 6940'50" МС-3-10 Темный лед из озерных 7, Е 6648'50,5" отложений 5л N 6940'50" МС-3-10 Светлый лед из озерных 7, Е 6648'50,5" отложений 6л N 6940'50" МС-3-10 Верхняя часть льда из 2, Е 6648'50,5" озерных отложений 7л N 6941'23,1" МС-4-10 Шлировый лед 6, Е 6648'41,6" 8л N 6941'23,1" МС-4-10 Пластовый лед с 7, Е 6648'41,6" концентрической слоистостью Образец льда из отложений о. Хейса 2010 г.

№ Координаты Разрез Глубина Тип льда образца отбора, м о. Хейса лед 4Х-2010 линза льда 1,0-1, ЗФИ 80°36 N захороненный снежник 57°49'E лед прозрачный Образцы талой воды из льдов Югорского полуострова, п. Амдерма, № Координаты Разрез Глубина Тип льда образца отбора, м Амдерма вода захороненный снежник PP2010/1 1, 69°44'56,4" N чистый лед с пузырьками Первая 61°48'46,6" Е, воздуха Песчаная вода -----»»----- PP2010/2c 1,6 -----»»---- -----»»---- вода пластовый лед -----»»----- PP2010/4a,б 1,8-2, 69°44'56,4" N лед с прослоями суглинка 61°48'46,6" Е, вода -----»»----- PP2010/5a 2,0-2,3 -----»»---- -----»»---- Полученные средства использованы выполнения полевых работ на Западном Ямале и доставки образцов по месту выполнения анализов Публикации.

1.Васильев А.А., Стрелецкая И.Д., Широков Р.С., Облогов Г.Е.. Эволюция криолитозоны прибрежно-морской области Западного Ямала при изменении климата //Криосфера Земли, 2011 (сдана в печать) 2. Слагода Е.А., Лейбман М.О., Опокина О.Л. Генезис деформаций в голоцен четвертичных отложениях с пластовыми льдами на Югорском полуострове //Криосфера Земли. 2010, № 4, 31-39 с.

3. H. Lantuit, P. Overduin, A. Vasiliev, I. Streletskaya et al., The ACD coastal database.

A new classification scheme and statistics on arctic permafrost coastlines //Journal of the Coastal and Estuarine Research, 2011 (принята к печати) 4. I. D. Streletskaya, A. A. Vasiliev, H. Meyer. Isotope composition of ice wedges as an indicator of paleoclimatic conditions (Western Taymyr) //Permafrost and Periglacial Processes, Special Issue: “Isotope and Geochemical characteristics of permafrost”.

2011, (принята к печати).

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН ОТЧЕТ О НАУЧНО – ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗА 2010 г.

по интеграционному проекту №62:

«Фундаментальные вопросы физической химии газовых гидратов.

Исследования в интересах практического использования»

Блок. Разработка и применение методов ЯМР-релаксометрии для изучения метастабильных состояний при диссоциации газовых гидратов при Т273 К.

Директор ИКЗ СО РАН академик В. П. Мельников Ученый секретарь К.г.-м.н. Е.В.Устинова ТЮМЕНЬ - 2011г.

Заданием на 2010 г. предусматривалось:

1. Разработка методики получения газовых гидратов фреона-12 в эмульсиях вода/масло.

2. Разработка процедуры проведения ЯМР-релаксационных измерений гидрат содержащих образцов с использованием “внешнего” термостата.

3. ЯМР-релаксационные исследования образования и диссоциации гидратов фреона-12 из дисперсного льда.

Результаты.

В настоящих исследованиях в качестве гидратообразующего газа использовался фреон-12(CCl2F2). Фреон-12 образует гидраты структуры КС II и имеет низкое равновесное давление гидратообразования. Это позволяет использовать гидраты фреона-12 в модельных исследованиях поведения газовых гидратов, избегая применения высоких давлений.

По п. 1:

Разработана методика получения газовых гидратов фреона в эмульсиях вода/масло непосредственно в ЯМР ячейке релаксометра. Гидраты получали из капель воды размером 7-40 мкм, диспергированных в полиэтилсилоксановой жидкости ПЭС-5. Использование эмульсии для получения газовых гидратов позволяет анализировать динамику кристаллизации множества изолированных капель воды, поведение каждой из которых при образовании гидратов можно рассматривать как отдельный эксперимент. Это обеспечивает получение статистически значимых результатов при изучении таких вероятностных процессов как образование/диссоциация гидратов, включая распад метастабильных состояний и образование переохлажденной воды при диссоциации гидратов при отрицательных температурах. Гидраты получали при охлаждении эмульсии в атмосфере фреона со скоростью 0,6 оС/мин. Массовое содержание жидкой воды в эмульсии определяли при помощи ЯМР-релаксометра Bruker Minispec mq на ядрах водорода с частотой 20 МГц. Эмульсию охлаждали до полного вымораживания жидкой воды, что наблюдалось при охлаждении до температуры 231 К. Для определения степени превращения воды в гидрат, эмульсию после замораживания нагревали выше температуры плавления льда. Разница между исходным содержанием воды в эмульсии и количеством воды, оставшейся в ней после плавления льда и образования гидратов, позволяет рассчитать степень превращения воды в гидрат. Эта доля в различных экспериментах изменялась от 10 до 60 мас. %.

По п. 2:

Разработана процедура проведения ЯМР-релаксационных измерений для образцов, содержащих гидрат, с использованием “внешнего” термостата. Необходимость ее использования при изучении кинетики образования/диссоциации газовых гидратов методами ЯМР-релаксометрии обусловлена низкой скоростью протекания этих процессов.

При образовании/диссоциации гидратов непосредственно в ЯМР-ячейке релаксометр основное время используется как термостат. Это приводит к нерациональному использованию оборудования. Мы разработали процедуру ЯМР-измерений для газовых гидратов с применением “внешнего” термостата. Эта процедура заключается в том, что образование/диссоциация газовых гидратов проводится в специальной пробирке, размещенной во “внешнем” термостате и подключенной к системе измерения и поддержания давления газа-гидратообразователя. Для проведения ЯМР-измерений пробирка с образцом переносится из термостата в адиабатический сосуд и далее вместе с ним в ячейку релаксометра. За время ЯМР-анализа, составляющего несколько минут, температура образца и давление газа в пробирке меняются незначительно. Найдены условия, при которых изменение фазового состава исследуемой системы за время проведения ЯМР-измерений лежит в пределах погрешности этих измерений.

По п. 3:

Разработана методика и определены условия получения гидратов фреона с заданной степенью превращения воды в гидрат. Для получения гидратов с заданной степенью превращения воды применялся молотый лед и процедура его циклического нагревания с переходом температуры образцов через точку плавления льда в атмосфере фреона при давлении выше равновесного давления гидратообразования. Разработана экспресс ЯМР-методика определения в образцах массы водыс точностью ±1 мг. По данным ЯМР-измерений выполне-ны оценки толщины и скорости нормального роста гидратной корки на поверхности частиц льда. Для сопоставимых условий полученная величина этой скорости (0,01 мкм/с) оказалась на два порядка ниже известных данных для радиальной скорости роста гидратов на поверхности льда (1 мкм/с) и на 3-4 порядка ниже радиальной скорости роста гидратов на поверхности воды (10-100 мкм/с).

mв, мг Импульсным методом ЯМР для гидратов фреона-12, полученных из дисперсного льда, зафиксировано появление промежуточной 0 10 20 30 t, мин дополниельной воды в результате Рис.1. Изменение массы переохлажденной воды в процессе понижения давления фреона-12 над образцом со средней диссоциации гидратов при -1 0С.

скоростью 5 кПа/мин. Температура образца Начальное давление 102,3 кПа. Исходная степень отрицательных температурах и превращения воды в гидрат 68,4 %. Стрелка на графике соответствует моменту уменьшения давления ниже давлении ниже давления давления метастабильного равновесия переохлажденная метастабильного равновесия вода - гидрат фреона-12- газ.

переохлажденная вода-гидрат фреона-газ (рис.1). Определено количество этой воды и изучена кинетика ее последующей М, мг кристаллизации при различных Мк Мд термобарических условиях диссоциации гидратов.

Для образцов гидратов со степенью превращения воды в гидрат менее 100% зафиксировано одновременное существование двух 0 t, с фаз непрореагировавшей воды с 0 100 200 300 различной намагниченностью, что Рис.2. Зависимость массы воды Мк и Мд с различной соответствует возможному намагниченностью от времени диссоциации гидрата фреона-12 при 278,6 К 60 кПа. Исходная степень содержанию воды в микро и превращения воды в гидрат 85,6 %.

мезопорах полученных гидратов. На начальном этапе диссоциации таких гидратов наблюдается рост количества воды для одной из фаз при неизменном количестве второй фазы, рис.2.

Публикации Вышли из печати:

1. Мельников В. П., Поденко Л. С., Нестеров А. Н., Решетников А. М. Релаксационный ЯМР-анализ фазовых превращений воды в дисперсной системе вода/гидрат фреона-12/ углеводород при диссоциации гидрата // Доклады академии наук. 2010, Т. 433, № 1. С. 59– 61.

2. Melnikov V.P., Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Istomin V.A., Kwon V.G. Stability and growth of gas hydrates below the ice-hydrate-gas equilibrium line on the P-T phase diagram // Chemical Engineering Science. 2010. V.65. P.906-914.

Приняты в печать:

1. Melnikov V.P., Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Istomin V.A. Metastable states during dissociation of carbon dioxide hydrates below 273 K // Chemical Engineering Science.

doi:10.1016/j.ces.2010.10. Направлены в печать:

1. Поденко Л.С., Нестеров А.Н., Комисарова Н.С., Шаламов В.В., Решетников А.М., Ларионов Э.Г. Протонная магнитная релаксация в дисперсии “сухая вода” (Журнал прикладной спектроскопии) 2. Мельников В.П., Поденко Л.С., Нестеров А.Н., Комисарова Н.С., Шаламов В.В., Решетников А.М., Ларионов Э.Г. Замерзание капель воды в дисперсии “сухая вода” (Журнал “Криосфера Земли”) 3. Власов В.А., Заводовский А.Г., Нестеров А.Н., Решетников А.М. Гидратообразование при термоциклировании по данным импульсного метода ЯМР. (Журнал физической химии) Планы на следующий год 1. Разработать методику ЯМР релаксационного анализа микроструктуры “сухой воды”.

2. Выявить влияние условий приготовления и хранения “сухой воды” на ее стабильность, микроструктуру.

Изучить кинетику диссоциации метастабильного фреоногидрата-12 методом 3.

импульсного ЯМР-анализа.

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ КРИОСФЕРЫ ЗЕМЛИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН ОТЧЕТ О НАУЧНО – ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЗА 2010 г.

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ПРОГРАММЫ VII Приоритетное направление VII.63. Физические и химические процессы в атмосфере и на поверхности Земли, механизмы формирования и изменения климата, проблемы криосферы.

Программа VII.63.2. Природные и техногенные системы в криосфере Земли и их взаимодействие проект VII.63.2. Геосистемы криолитозоны: состояние, трансформация и эволюция в условиях природных изменений и техногенного воздействия проект VII.63.2.2.

Лабораторное моделирование фазовых равновесий, метастабильных состояний и тепломассообменных процессов взаимодействующих природных и техногенных систем при криогенезе Директор ИКЗ СО РАН академик В. П. Мельников Ученый секретарь К.г.-м.н. Е.В.Устинова ТЮМЕНЬ - 2011г.

проект VII.63.2. Введение В соответствии с программой НИР 2007-2009 года осуществлялось выполнение работ по 4-м основным направлениям:

1. Подготовить концепцию проекта новой редакции «Геокриологической карты РФ».

2. Получить зависимость «климат – мерзлота – пространство – время» за последние 20-100 лет;

параметры цикличнос-ти изменений природных комплексов при техногенном воздействии;

изучить геокриологические условия ненарушенных территорий криолитозоны, с планируемым техногенным вмешательством, оценить роль техногенеза в пространственной и временнй изменчивости среды.

3. Дать характеристику прибрежно-шельфовой криолитозоны Российской Арктики;

адаптировать сейсмические методы и технологии для изучения геокриологических условий в прибрежной части арктических морей 4. Оценить роль криогенных склоновых и береговых процессов в формировании природно-техногенных геосистем;

оценить развитие краткосрочных криогенных геологических процессов по прогнозным метеоданным.

5. Прогноз развития природных процессов в криосфере, эволюция инсоляции Земли под воздействием тел Солнечной системы.

Структура проводимых работ позволяет объединить полученные результаты в главы в соответствии с характером получаемых материалов.

Выполняемые по настоящему проекту исследования коррелированы с работами, которые проводит институт в рамках интеграционных и целевых программ РАН, Сибирского отделения РАН, Отделений наук о Земле РАН и СО РАН, по грантам РФФИ, в соответствии с договорами о творческом сотрудничестве с научными организациями в России и за рубежом, во взаимодействии с Международной ассоциацией по мерзлотоведению (МАМ – IPA), при работе по хоздоговорам.

Настоящие исследования продолжают ранее выполнявшиеся работы по направлениями: Установить тенденции изменения криолитозоны за последние 20-100 лет.

Ландшафтные и геокриологические изменения в связи с динамикой температур и кровли многолетнемерзлых пород и криогенных процессов. Обновить геокриологические карты для новых районов экономической деятельности. Оценить изменчивость приповерхностных мерзлых толщ малоглубинной сейсморазведкой. Обобщить работы по эволюции орбитального и вращательного движений применительно к астрономической теории ледниковых периодов.

1. О новой редакции «Геокриологической карты Российской Федерации».

Д.С.Дроздов Со времени издания предыдущей версии «Геокриологической карты СССР» [1991] прошло 19 лет. Эта карта (рис.1) стала классической, ею пользуются не только в научных и учебных целях. Она каждодневно используется в практике проектно-изыскательских работ в отдаленных районах России при камеральных обобщениях и составлении программ новых натурных исследований – изысканий, мониторинга, а также при пространственно-временном прогнозе изменчивости геокриологических параметров в природных условиях, в условиях меняющегося климата, в условиях техногенеза.

Авторский и редакторский коллектив под руководством Э.Д.Ершова и К.А.Кондратьевой почитаем пользователями карты.

Рис.1. Геокриологическая карта СССР. Масштаб 1:2 500 000. / Под ред. Э.Д.Ершова. – М., Однако криосфера – одна из наиболее изменчивых геосфер Земли. Фактические данные и расчеты, положенные в основу карты 1991 года обобщают материалы примерно 10 лет исследований, предшествовавших е изданию. Таким образом карта отображает природную обстановку и научные взгляды специалистов по мерзлотоведению, геокриологии и смежным дисциплинам, соответствующие примерно 20-30 летней давности. Для столь динамичной системы, как криолитозона, это существенный срок.

Свое влияние оказывают и природные изменения в литосфере, и воздействие климатических изменений, и в некоторых районах – техногенез. Для приповерхностной криолитозоны, с которой больше всего взаимодействует наука и практика, текущие изменения наиболее существенны.

Поэтому подготовка новой редакции «Геокриологической карты» весьма актуальна. Соответствующая задача поставлена в тематический план ИКЗ СО РАН отдельной строкой с 2010 года, ранее проработки по данной теме делались в рамках других задач. К настоящему времени сформулированы следующие основные моменты к концепции составления новой карты.

1. Принципиальный подход к составлению карты. В основе построения карты лежит геосистемный подход. Состояние и направленность развития геокриологической обстановки в северных регионах страны является состояние и динамика природных и техногенных геосистем криолитозоны. Они определяются взаимодействием геологической среды с внешними по отношению к ней сферами Земли – атмосферой, гидросферой, биосферой, а также с техническими системами. Таким образом, в основе составления карты и обобщения материалов лежит геосистемный подход, позволяющий генерировать карты покомпонетные, синтетические и районирования.

2. Результирующий продукт. «Геокриологическая карта» должна быть результатом количественной и качественной оценки этих взаимодействий и представлять собой систему картографических и информационных моделей. Оптимальный вариант графического отображения этих моделей будет представлен в виде печатного (подготовленного к печати) удобного для зрительного восприятия продукта 3. Масштаб. Графический масштаб новой Геокриологической карты России должен быть как и у предыдущей версии 1:2 500 000. Рабочий масштаб макетов регионов должен быть 1:1 000 000(1:500 000)…1:2 500 000 и обеспечивать адекватное обобщение всей имеющейся информации глобального и регионального уровня.

4. Практическая реализация. Геокриологической карты России должен быть реализована в виде электронной (компьютерной) карты-модели с соответствующими базами данных. Достоверность зависит от обеспеченности фактическим материалом.

Хорошо изученные площади на территории страны (районы крупных экономических комплексов и агломераций) являют собой своеобразные «ключевые участки» (масштаб 1:1 000 000…1:500 000 и при необходимости крупнее). Статистические критерии должны позволить количественно оценить правомочность переноса данных с заданной доверительной вероятностью. Задачам экстраполяции информации может служить некоторая пространственная картографическая модель. Картографическая модель обязана для любой точки территории с заданной точностью и надежностью давать информацию о фоновых и текущих природных и техногенных условиях, а также быть основой для мониторинга и прогноза изменений геокриологических параметров геосистем.

5. Теоретическая основа. Теоретической основой для построения автором пространственных картографических моделей в криолитозоне служит представление о иерархической структуре геосистем и ее увязке с иерархией геологических тел, образующих литогенную основу геосистем. Фактографическую основу составляют базы данных геокриологической информации.

6. Графическая основа. В качестве графической основы используется цифровая модель рельефа РФ масштабов 1:2 500 000 для результирующей карты и 1:1 000 000(1:500 000) при необходимости для рабочих макетов регионов.

7. Информационная основа. Основная содержательная нагрузка будет представлена в кусочно-непрерывной форме как система соседствующих контуров, статистически квазионородных по некоторому набору геокриологических показателей.

Квазиоднородные контура образуют иерархию сообразно иерархии геосистем, для которых даются обобщенные геокриологические характеристики. Контуры высшего иерархического уровня соответствуют ландшафтным странам и провинциям (подпровинциям) – т.е. отвечают природно-климатической и геоструктурной зональности территории РФ. Контуры низшего уровня – морфологически, гипсометрически, биогеографически выраженным ландшафтам (местностям, районам, участкам), сформированным на единой литогенной основе и пораженным единым комплексом экзогенных геологических процессов.

Значения геокриологических параметров для каждого контура являются продуктом геокриологического расчета на основании сведений о комплексе природных характеристик и верифицируются имеющимися данными инженерно-геологических и геокриологических съемок и изысканий, материалами мониторинговых, стационарных и режимных наблюдений, исследованиями на специальных контрольных точках.

8. Контурная основа. В настоящее время для территории РФ имеется широкий набор карт (цифровых и на твердых носителях) топографического, географического, геологического, социально-экономического и др. характера. Степень обновлнности, содержащейся на них информации различна. Предположительно, большинство границ для новой геокриологической карте будет импортировано с этих карт с учтом их достоверности значения для геокриологических условий. Часть границ, особенно для горно-складчатых областей, будет генерироваться с учетом высотной поясности и экспозиции склонов.

2. Изменение климата и чувствительность криолитозоны А.В.Павлов, Г.В.Малкова Начиная с 1995 г возросла изменчивость климата, стали прослеживаться различные климатические аномалии. На этом фоне в Арктике и примыкающих регионах наметилась тенденция к повышению трендов температуры воздуха, но в то же в ряде субарктических районов время темпы потепления климата замедлились, а в ряде метеопунктов криолитозоны России (Туруханск, Алдан, Олекминск) отмечена приостановка климатического потепления и возникновение тенденций к похолоданию.

Динамичность современного климата обычно показывалась путем сравнения последнего десятилетнего интервала с климатической нормой, используя три градации повышений температуры воздуха (t вз): слабые (при повышении t вз 0,7°C), умеренные (0,7 t вз 1°C) и сильные (t вз 1°C).

Последнее десятилетие характеризуется аномально высокими для многих регионов среднегодовыми температурами воздуха, поэтому на разработанной карте (рис.2.1) оттенками серого цвета показаны только две градации (умеренное и сильное) повышения средней годовой температуры воздуха в 2000-2010 г. относительно нормы и отсутствует категория слабых повышений температуры. Сильное потепление климата охватывает большую часть территории криолитозоны России. Умеренное потепление климата приурочено к локальным участкам на Европейском севере, в Западной и Средней Сибири и в Приморье.

Рис.2.1. Пространственно-временная изменчивость среднегодовой температуры воздуха.

Условные обозначения: (1-2) – повышение температуры в последнее десятилетие относительно климатической нормы: 1- сильное, t вз более 1,0°С;

2 – умеренное, 0,7 t вз 1°C;

3 – изолинии среднегодовой температуры воздуха (климатическая норма);

4 – метеостанции;

5 – южная граница криолитозоны Региональные особенности потепления климата отражает карта трендов среднегодовой температуры воздуха. Базовая карта трендов за период 1965-2000 гг.

(рис.2.2, А) приводилась ранее в наших предыдущих публикациях и отчетах. На карте видно, что прослеживаются зоны субмеридианальной направленности изолиний трендов (западный сектор Арктики и Субарктики) и зоны субширотной направленности изолиний трендов (восточный сектор). Наиболее высокие тренды (до 0,08…0,09°С/год) температуры воздуха приурочены к южным районам Сибири, а наиболее низкие (менее 0,03°С/год) – к Европейскому Северу, северу Средней и Восточной Сибири. Карта трендов изменений температуры воздуха в 1965-2010 гг. (рис.2.2, Б) существенно отличается от базовой карты: 1) направленность изолиний трендов значительно изменилась (в их пространственном распределении нельзя проследить каких-либо широтных или субмеридиальных закономерностей);

2) колебания значений трендов в целом заметно уменьшились;

3) очаги минимальных трендов (0,03...0,04°С/год) сконцентрированы на Лено-Оленекском междуречье, в среднем течении р. Енисей и на севере п-ва Ямал;

4) максимальные тренды (0,06°С/год и более) зафиксированы на юге Сибири, в центральной Якутии и на Чукотке.

Учитывая весьма переменчивый климат в последнем десятилетии, следует ожидать, что каждый новый год может принести очередные коррективы в величину средних линейных трендов температуры воздуха и рисовка карты существенно изменится.

Результаты геокриологического мониторинга на опорных стационарах свидетельствуют о появлении тенденции к повышению температуры мерзлых и протаивающих грунтов вслед за потеплением климата. Наибольшее влияние на криолитозону проявляется при однонаправленных многолетних изменениях температуры воздуха и высоты снежного покрова. В ходе выполненных работ получен вывод, что в целом для всей территории криолитозоны России наблюдаются более низкие современные тренды повышения среднегодовой температуры грунтов по сравнению с трендами потепления климата. Для температуры воздуха характерен интервал изменения трендов от 0,02 до 0,07°С/год, а для грунтов - более широкий диапазон, от 0,004 до 0,050°С/год. В среднем отношение трендов среднегодовой температуры грунтов к трендам температуры воздуха составляет около 2/3.

А Б Рис.2.2. Тренд среднегодовой температуры воздуха для 1965-2000 гг (А) и 1965-2010 гг (Б). Условные обозначения: (1-3) – распространение ММП: 1- сплошное, 2 – прерывистое, 3 – островное и редкоостровное;

4 – изолинии и значения тренда температуры (°С/год);

5 – опорные метеостанции;

6 – южная граница криолитозоны По данным мониторинга наибольшие тренды повышения температуры грунтов (тг) за 1965-2010 гг. отмечаются для центральных районов Западной Сибири, юга Средней Сибири и Якутии и варьируют от 0,035 до 0,050°С/год, в этих же регионах наблюдаются и максимальные темпы потепления климата. Наименьшие тренды температуры грунтов характерны для Европейского Севера, севера Средней Сибири и Северо-Востока (тг изменяется от 0,008 до 0,032°С/год). На юге Якутии несмотря на сильное потепление климата сохраняется высокая термическая устойчивость криолитозоны, что объясняется сокращением толщины снега в последние десятилетия и преимущественной ролью в формировании среднегодовых температур грунтов зимнего охлаждения.

На юге Западной Сибири и в Приамурье на фоне высоких трендов потепления климата не происходит синхронного повышения температуры грунтов. Это очевидно, можно объяснить тем обстоятельством, что на данных территориях развиты высокотемпературные (с температурой близкой к 0°С) многолетнемерзлые грунты, и большое количество поступающего от Солнца тепла расходуется на фазовые переходы в грунтах.

Одним из критериев чувствительности криолитозоны к изменениям климата является соотношение между трендами температуры грунтов и воздуха - безразмерный коэффициент K = тг / тв. Это соотношение позволяет рассчитывать тренды температуры грунтов, исходя из трендов температуры воздуха, которые значительно лучше изучены. При значениях K 0,50 отмечается слабая чувствительность криолитозоны (многолетние изменения температуры грунтов менее чем на 50% обусловлены изменениями климата), при 0,50 K 0,75 – умеренная (средняя) чувствительность, и при K 0,75 – высокая чувствительность. Используя эти градации, составлена карта чувствительности криолитозоны (рис.2.3). Наибольшая площадь криолитозоны обладает средней чувствительностью к потеплению климата. Слабая и высокая чувствительность криолитозоны наблюдается на локальных участках.

Рис.2.3. Карта чувствительности криолитозоны.

Условные обозначения: 1 - K 0,75 – высокая чувствительность криолитозоны;

2 – 0,50 K 0,75 – средняя чувствительность;

3 - K 0,50 слабая чувствительность;

4 – метеостанции и стационары;

5 – южная граница криолитозоны 3. Многолетнемерзлые породы шельфа и прибрежной зоны 3.1. Характеристика прибрежно-шельфовой криолитозоны Российской Арктики;

морские сейсмические методы и технологии для изучения геокриологических условий в прибрежных частях Арктики Васильев А.А.

На основании результатов интерпретации профилей высокоразрешающей сейсмоаккустики создана база данных глубины залегания кровли шельфовой мерзлоты в Карском море. В базе данных содержится около 26 000 записей о координатах, глубине моря и глубине кровли многолетнемерзлых пород (ММП). Статистический анализ данных показал, что преимущественная глубина залегания кровли ММП составляет 10-20 м от поверхности морского дна. При глубине залегания кровли менее 40 м. не обнаруживается устойчивой связи глубины кровли и глубины моря. При больших глубинах залегания ММП найдена связь глубины кровли и глубины моря. Это позволяет предположить, что повышение уровня моря после последнего гляциального периода происходило в два этапа: с глубины 120 до глубины 40 м. с одной скоростью и с глубины 40 м. до современного уровня – с другой скоростью. Уровень моря в 40 м. соответствует Melt water pulse 1B (по Vivien Gornitz, 2009).

3.2. Разработка ГИС криолитозоны шельфа западного сектора Российской Арктики Малкова Г.В., Коростелев Ю.В., Васильев А.А.

Целью раздела является разработка ГИС арктических районов России, включая шельф, создание методики определения кровли многолетнемерзлых пород в переходных зонах «берег – пляж – приливная зона – подводный склон» на техногенно-измененных и естественных участках с включением топогеодезических, термометрических и сейсморазведочных блоков исследований. Рассматривается динамика морских берегов «on-shore» и переход «on-shore» –– «off-shore».

В рамках подготовки концепции новой геокриологической карты России, а также при выполнении смежных проектов и программ сформулированы основные задачи исследований аркических прибрежно-шельфовых областей:

Установить закономерности распространения и состояния cубаквальной криолитозоны с использованием дистанционных (в том числе геофизических) методов;

Разработать и наполнить электронную базу данных, включающую характеристики субаквальной и прибрежной криолитозоны;

Изучить криогенные дислокации, их связь с залежеобразующими и жильными льдами, криогенными процессами, разработать их систематику Изучить криолитологию четвертичных отложений в береговых разрезах и на шельфе арктических морей.

Разработать базовую версию ГИС криолитозоны шельфа западного сектора Арктики РФ Всестороннее изучение Российского арктического шельфа имеет стратегическое значение, поскольку в последние десятилетия здесь открыто 11 месторождений углеводородов, в том числе уникальных по своим запасам Штокмановского, Русановского, Ленинградского, выявлено более 100 нефтегазоперспективных структур (рис.3.1).

Арктический шельф России занимают особое место в ряду океанов Земли из-за развитой здесь обширной субмаринной криолитозоны. С криолитозоной связано и возможное образование скоплений газовых гидратов.

По своему физическому состоянию субмаринная криолитозона может быть мерзлой (льдосодержащей) и немерзлой, представленной охлажденными минерализованными водами и породами. Существование субмаринной криолитозоны определяется главным образом двумя причинами: отрицательной температурой придонных слоев воды (в современных условиях) и глубоким промерзанием в течение геологического периода (палеоусловия) при смене климатических и гляциоэвстатических циклов. В холодные части циклов (криохроны, сопровождавшиеся осушением шельфа) толщи многолетнемерзлых пород (ММП) формировались (агградировали), в теплые (в связи с трансгрессией моря) – деградировали. В такие теплые циклы ММП оттаивали, уходили вниз и превращались в реликтовые.

Наиболее суровые палеогеографические условия существовали в зырянскую и сартанскую эпохи. За этот период в пределах обширной территории арктического шельфа.

могла сформироваться мерзлая толща мощностью около 500 м.

Рис.3.1. Обзорная карта Баренцево-Карского региона В климатический оптимум голоцена мерзлый массив был затоплен морскими водами с положительной температурой, что привело к существенному растеплению и оттаиванию мерзлоты частично или полностью. На современном этапе криолитозона шельфа имеет двухярусное строение и продолжает деградировать, это происходит в основном за счет глубинного тепла и климатических изменений. По мнению Я.

Неизвестного, за последние 12-10 тыс. лет пояс сплошных ММП вдоль побережья Печорского моря сузился от 3,5 тыс. км. до 30-130 км.

Имеется несколько попыток показать хотя бы в общих чертах характер распространения и особенности строения современной криолитозоны шельфа западного сектора Арктики. Это известная геокриологическая карта под редакцией Э. Ершова, карта В. Соловьева, карта В. Мельникова и Спесивцева. Все они являются в значительной мере гипотетическими, ввиду недостаточного количества фактического материала. Основу его составляют сейсморазыедочные геофизические профили. Преимущественно все эти исследования проводились для поиска нефтегазоносных структур. Какие-то геокриологические параметры там были обнаружены попутно.

В 2010 году осуществлена попытка создать серию электронных карт для данного сектора по всей имеющейся информации (рис.3.2). Начаты работы по составлению ГИС «Криолитозона Российской Арктики», включающие электронные карты континентальной и субаквальной мерзлоты, сопутствующие карты и базы данных.

Рис.3.2. Примеры имеющихся авторских карт различного содержания, положенных в основу ГИС криолитозоны шельфа Российской арктики 3.3 Темпы развития термоденудации на побережье Югорского полуострова М.О.Лейбман, А.В.Хомутов Отличительной чертой районов с пластовыми льдами является наличие участков с резкой активизацией процессов термоденудации, вызванной вскрытием залежей этих льдов. (Лейбман, Кизяков, 2007). К выходам пластовых льдов приурочены прибрежные термоцирки и термотеррасы. У термоденудационных склонов наблюдается две плоскости и соответственно две бровки отступания: стенку термоцирка/термотеррасы венчает «верхняя» бровка. Верхний край уступа термоцирка/термотеррасы, спускающегося к пляжу - это «нижняя» бровка. Динамика этих бровок различна и определяется ходом климатических параметров.

Измерения отступания термоденудационных («верхних») бровок проводятся на ключевых участках «Шпиндлер» и «Первая Песчаная». Ключевой участок «Шпиндлер»

расположен на востоке исследуемого района к западу от долины р.Хубтъяха. Ключевой участок «Первая Песчаная» расположен на западе исследуемого района к западу от р.

Первая Песчаная в 7 км от пос. Амдерма.

Рис.3.3 Бровки термоцирков и берегового уступа на ключевом участке «Первая Песчаная». Термоцирки: 1 – Западный, 2 - Восточный В 2010 г. проведены повторные измерения на ключевом участке «Первая Песчаная». (рис.3.3) На этом ключевом участке наблюдения ведутся с 2000 г. За это время после длительного периода стабилизации (установлено опросом местного населения) вскрылись 2 термоцирка, Восточный в 2000 г. и Западный в 2001 г. В период с 2002 до 2005 г. они направленно стабилизировались. Для оценки величины отступания определялась площадь фигуры, ограниченной линиями бровки, отснятой за разные годы (отступание по площади), и делилась на длину более «старой» бровки (линейное отступание) (табл.1). Скорости отступания за период 2001-2005 гг., измеренные таким способом, были относительно невелики, однако в 2005 г. отступание усилилось и в 2006 г.

достигло максимума средних значений: 1-3,5 м до 2005 г. и 5-10 м в период 2005-2006 гг.

(табл.1). Так как зима 2006-2007 гг. была снежной, а в июле 2007 г. снежники бронировали большую часть побережья изучаемого участка, в том числе внутренние части термоцирков, средние значения отступания бровок сократились. Как показали инструментальные наблюдения в 2010 г. среднегодовые значения отступания для обоих термоцирков за период 2007-2010 гг. возросли по сравнению с периодом отступания 2006 2007 гг., но не превысили высокие показатели периода 2005-2006 гг. При этом оба термоцирка характеризуются разными значениями максимального отступания по отношению к предыдущим годам. В Восточном термоцирке за последние 3 года максимальное отступание резко возросло (при осреднении значения за период 2007- гг. врез на локальных участках достигает 13 м в год). В Западном термоцирке, напротив, произошло некоторое затухание максимального отступания по сравнению с предыдущими годами и составило те же 13 м в год, тогда как в 2005-2006 гг. это значение достигало 53 м в год.

При сравнении средних показателей отступания за периоды 2001-2007 и 2001-2010, то есть при удлинении ряда наблюдений (табл.2) выясняется, что практически все средние показатели возросли. Исключением является показатель среднегодового максимального отступания Западного термоцирка, в котором как раз и произошло уменьшение максимальных локальных врезов за последние годы.

На участке побережья между термоцирками (рис.3.3) активизировавшееся в 2006 г.

отступание «верхней» бровки к 2010 г. привело к формированию обширной термотеррасы, врез которой в 2010 г. достигал до 78 м по сравнению с данными 2007 г.

Таким образом, измерения отступания термоденудационных бровок на изучаемом участке побережья показывают, что роль термоденудации в отступании берегов Югорского полуострова, сложенных осадочными породами с пластовыми льдами в разрезе довольно велика и требует детального изучения, в том числе с использованием аэрокосмических материалов.

Таблица 1. Отступание бровки Восточного и Западного термоцирков ключевого участка «Первая Песчаная», рассчитанное по результатам тахеометрической съемки (по Лейбман и др., 2007 с добавлениями) Т Площадь отступания, м2 Линейное отступание, м Ц (среднее за год) Среднее (среднее за год) Максимальное(среднее за год) 2001 2005 2006 2007 2001 2001 2005 2006 2007 2001 2001 2005 2006 2007 2005 2006 2007 2010 2010 2005 2006 2007 2010 2010 2005 2006 2007 2010 2010* В о (3,5) 5938 6290 16744 10,7 39,4 30 2822 1697 5 3 12 10 39 (13) с (1485) (2097) (1860) (3,6) (4,4) (7,4) (7,7) т.

Зап. 7060 8771 25439 13,8 65,8 36 6337 3328 10 4 53 26 39 (13) (1765) (2924) (2827) (4,6) (7,3) (9) (12,1) (1) * Максимальное отступание бровки не соответствует сумме ежегодных отступаний, так как в каждый год максимальное отступание бровки фиксировалось в разных местах термоцирков.

Таблица 2. Сравнение средних значений параметров отступания бровки Восточного и Западного термоцирков ключевого участка «Первая Песчаная» за периоды 2001-2007 и 2001-2010 гг.

Площадь отступания, м2 (среднее за год) ТЦ Линейное отступание, м Среднее(среднее за год) Максимальное(среднее за год) 2001-2007 2001-2010 2001-2007 2001-2010 2001-2007 2001- Вост. 10454 (1742) 16744 (1860) 24,5 (4,1) 39,4 (4,4) 41 (6,8) 70 (7,7) Зап. 16668 (2778) 25439 (2827) 43 (7,2) 65,8 (7,3) 73,5 (12,3) 109 (12,1) 4.


Оценка развития криогенных геологических процессов по текущим и прогнозным метеоданным О.Е.Пономарева В районе Надымского стационара из экзогенных геологических процессов развиты процессы многолетнего пучения, термокарста и заболачивания. Для изучения тенденций их развития выполнялся комплекс наземных исследований, включающий бурение скважин и нивелировку поверхности у марок на стационарных профилях. Нивелировка марок выполнялась ежегодно, в конце августа, что позволяло избежать влияния сезонного пучения и осадки. Эти исследования позволили установить интенсивность пучения и отметить неравномерность пучения по площади (на буграх пучения и торфяниках) и по времени. Максимальный подъем поверхности был зафиксирован в 1999 г. и был обусловлен аномально холодной зимой. В наступившие затем «теплые годы» положение поверхности стабилизировалось. У некоторых точек было отмечено слабое опускание поверхности. Наиболее интенсивно пучение происходило на центральных частях бугров пучения, склоны бугров пульсировали.

Выявлено, что подъем температур воздуха и температур многолетнемерзлых пород в последние годы привели не только к увеличению мощности сезонно-талого слоя, но и к уменьшению интенсивности пучения и увеличению тепловой осадки мерзлоты на буграх пучения и плоскобугристых торфяниках. Установлено, что общая тенденция слабого опускания поверхности нарушалась слабым подъемом только однажды - зимой 2005 г.

(рис.1). Подъем поверхности вследствие пучения в 2005 г. объясняется низкими температурами воздуха и незначительным количеством снега в декабре 2004 г. Из-за пучения отметки поверхности и кровли многолетнемерзлых пород на торфянике оказались в 2005 г. выше обычного положения, несмотря на большую глубину протаивания. Высокое положение поверхности и кровли многолетнемерзлых пород, не соответствующее современным температурным условиям, с нашей точки зрения обусловили развитие тепловой осадки в 2006 – 2007 гг., хотя климатические условия этих 2 лет оставались близкими к норме. Произошла компенсация пучения осадкой, а в 2008 и 2009 г. был отмечен небольшой подъем поверхности. В итоге отметки поверхности плоскобугристого торфяника (мощность торфа 50-100 см) в 2009 и 2010 гг. оказались всего на 5 см ниже их положения в 2004 г. За это время на минеральном бугре пучения (торфа нет) осадка преобладала над подъемом 6 лет и достигла почти 60 см. На торфяно минеральном бугре пучения (мощность торфа 30 см) осадка составила 10-20 см. Таким образом, можно считать, что плоскобугристые торфяники обладают способностью к саморегуляции и пока относительно устойчивы.

Рис.4.1. Изменение относительной высоты поверхности на торфяно-минеральном и минеральном буграх пучения в 1980, 1999 и 2006 г. вдоль профиля I-I (А) и диаграммы отклонения поверхности от ее положения в 1980 г. в см (по вертикали) для отдельных участков профиля (Б-Д) с линиями тренда.

5. Геофизические исследования на стационаре Марре-Сале А.Г.Скворцов В сентябре 2008 года на геокриологическом стационаре Марре-Сале и на базе в г.

Надыме были выполнены наблюдения по методике вертикального сейсмического профилирования в трех скважинах;

наземные наблюдения по одному профилю в пределах пляжа;

наземные наблюдения по одному профилю по методике высокоразрешающей сейсморазведки на поперечных волнах (ВСПВ). Работы выполненыь с помощью24 канальной инженерной сейсмостанцией ЭЛЛИСС-2м. Возбуждение сейсмических колебаний осуществлялось ударным способом в режиме накопления сейсмического сигнала.

Для изучения скважин 1-95, 3-01 и 32-08, глубиной соответственно составляла 110, 76 и 20 м. были специально разработаны и изготовлены скважинные сейсмические одноточечные двух- и трехкомпонентные зонды прижимного типа, снабженные сейсмоприемниками DF-7 c резонансной частотой 32 Гц. При проведении скважинных исследований возбуждение сейсмических колебаний осуществлялось по кровле ММП.

Для этого проводилось бурение двух наклонных скважин до кровли ММП под углом под углом 45° для возможности разнонаправленных серий ударов. При обработке данных результаты разнонаправленных накоплений для вертикальных сейсмоприемников суммировались (регистрация продольных и поперечных SV-волн), для горизонтальных сейсмоприемников – вычитались (регистрация поперечных SH-волн). Шаг перемещения сейсмических зондов по скважинам составлял 0.5-2 м. Общее количество накоплений при регистрации колебаний на заданной точке наблюдений достигало в отдельных случаях 20.

В каждой из скважин было выполнено несколько серий наблюдений по методике продольного (сейсмический каротаж) и непродольного вертикального сейсмического профилирования. В первом случае пункт возбуждения сейсмических колебаний располагался в непосредственной близости от устья скважины, во втором – на удалениях в нескольких метрах от исследуемой скважины..

На рис.5.1 показаны результаты обработки каротажа в этой скважине с помощью продольных волн. Синим цветом показан исходный график, коричневым - осредненный по трем точкам. Низкие скорости продольных волн в интервалах 10-15м и 95-105м дают основание сказать, что в этих интервалах разреза породы находятся практически в талом состоянии.

На рис.5.2 приведены данные сейсмического каротажа, полученные в скважине 1 95 с помощью продольных и поперечных волн. На сейсмических записях помимо падающих волн прослеживается также целый рад отраженных поперечных волн.

На рис.5.3 представлены результаты наблюдений в пределах пляжа. Работы выполнялись с помощью продольных и поперечных волн. Хорошо видно, что в структуре поля тех и других волн помимо прямых волн уверенно регистрируются волны преломленные на кровле ММП. Предварительная обработка этих данных показала, что кровля ММП в пределах профиля залегает на глубине 2.4 – 2.6 м.

Рис. 5.1. График распределения скорости продольных волн по стволу скважины №1- Синим цветом показан исходный график, коричневым осредненный по трем точкам.

Низкие скорости продольных волн в интервалах 10-15м и 95 105м дают основание сказать, что в этих интервалах разреза породы находятся практически в талом состоянии Рис.5.2. Результаты сейсмического каротажа в скважине 1-95, полученные с помощью продольных (А) и поперечных SH-волн (Б).

top, tosh – падающие продольная и поперечная волны, tsh отр – отраженные поперечные SH волны.

Рис.5.3. Исходные сейсмические записи продольных (а) и поперечных SH-волн на пляже Карского моря проект VII.63.2.2.

1. Проектирование и изготовление комплекта экспериментального оборудования и разработка методики синтеза гидратов метана в эмульсиях вода/масло (отв. исп. д.х.н. Нестеров А.Н.) Для изучения устойчивости, кинетики и механизма распада метастабильных состояний при диссоциации газовых гидратов ниже температуры 273 К впервые предложено использовать образцы гидратов, получаемые в эмульсии вода/масло.

Известно, что вероятность гетерофазных флуктуаций в гомогенной метастабильной среде, приводящих к появлению стабильной фазы, пропорциональна объему системы и наличия в ней возможных центров гетерогенного образования стабильной фазы. Поэтому использование малых образцов уменьшает вероятность развития в них гетерофазных флуктуаций, и облегчает изучение метастабильных состояний, увеличивая время их распада. Дополнительно к этому, одновременное изучение поведения большого числа изолированных в масле частиц гидратов обеспечивает получение статистически значимых результатов. Для получения гидратов в эмульсиях вода/масло спроектировано и изготовлено экспериментальное оборудование, основной частью которого стал реактор высокого давления с перемешиванием содержимого внутри реактора при помощи магнитной мешалки (Рис.1). Реактор изготовлен из нержавеющей стали, имеет объем 50 см3, рассчитан на рабочее давление 15 МПа и прошел гидравлические испытания при 20 МПа.

4 3 Рис.1. Реактор с мешалкой: 1- реактор, 2 – мешалка, 3 – устройство преобразования и отображения сигналов давления и температуры, 4 – компьютер для сбора, записи и хранения экспериментальных данных.

Давления в реакторе измеряется цифровым манометром ДМ5002Г с отображением текущего значения давления на цифровом дисплее. Манометр имеет стандартный интерфейс RS-232 для подключения к компьютеру в системе автоматического сбора и хранения данных.

Реактор с мешалкой размещается внутри воздушного термостата для создания необходимых температурных условий гидратообразования. Температура внутри реактора измеряется двумя полупроводниковыми датчиками, расположенными на разной высоте для оценки температурного градиента в реакторе. Тарировка датчиков выполнена по эталонному платиновому термометру сопротивления ЭТС-100. Погрешность измерений термометра +0,015 оС. В качестве температуры в реакторе используется среднее значение показания термодатчиков.

Для синтеза гидратов использовались метан (99,9 об.%) или природный газ (состав, об.%: С1–98,06, С2–0,46, С3–0,24, С4–0,06, С5+выше–0,02, СО2–0,15, N2–1,01) и микроэмульсия воды в масле (в/м), получаемая в результате механического перемешивания дистиллированной воды в моторном масле Castrol EDGE 0W-40.

Подобраны оптимальные условия приготовления эмульсии (содержание воды в эмульсии – 20 мас.%,, скорость перемешивания – 3600 об/мин, время перемешивания – 3 мин), обеспечивающие ее максимальную устойчивость к расслоению. Получены распределения числа капель воды в масле по размерам и определен средний радиус капель, Рис.2.

Установлено, что предварительное замораживание эмульсии уменьшает индукционный период гидратообразования, поэтому для получения гидратов эмульсию охлаждали до 231 К. Методом дифференциального термического анализа (ДТА) показано, что эта температура обеспечивает кристаллизацию капель воды в эмульсии, рис.3. Установлено, что повторная кристаллизация воды в эмульсии как минимум после двух циклов замораживание/оттаивание не вызывает расслоения эмульсии и не изменяет характер распределения капель воды по размерам, рис. кривые 2,3. Последнее подтверждается также одинаковой температурой кристаллизации капель воды для свежеприготовленной эмульсии и после цикла ее 25 n/n100% r, мкм 0 2 4 6 8 10 12 14 замораживания/оттаивания, Рис.3 кривые 1,2..


Рис.2. Распределение капель воды по размерам в 20 мас.% эмульсии в/м: 1 – для свежеприготовленной эмульсии, 2 – после одного цикла замораживание/оттаивание, 2 – после 2-ух циклов замораживание/оттаивание. Вставка – микрофотография свежеприготовленной эмульсии воды в моторном масле Castrol EDGE 0W-40.

1,6 -0, 1, -0, Т, оС 0, -0, 0, -0, 0 - -42 -40 -38 -36 -34 -3 -2 -1 0 1 2 (а) (б) Температура, оС Рис.3. Кривые ДТА охлаждения (а, скорость охлаждения 0,25 оС/мин) и нагревания (б, скорость нагрева 0,1 оС/мин) 20 мас.% эмульсии воды в моторном масле Castrol EDGE 0W 40: 1 – охлаждение свежеприготовленной эмульсии, 2 – охлаждение эмульсии после цикла замораживание/оттаивание. Для наглядности кривая 2 смещена вверх относительно оси ординат на 0,2 оС.

2. Разработка методики ЯМР-релаксационного анализа содержания переохлажденной воды в модельных дисперсиях гидрат фреона 12/переохлажденная вода/ углеводород масло (отв. исп. к.ф.-м.н. Поденко Л.С.) Разработана методика ЯМР-релаксационного анализа содержания переохлажденной воды в модельных дисперсиях: гидрат фреона 12/переохлажденная вода/ полиэтилсилоксановой жидкость ПЭС-5, гидрат фреона-12/переохлажденная вода/ моторное масло Castrol EDGE 0W-40. Методика основана на измерении параметров спектра распределения времени продольной релаксации ядерной намагниченности (T2) модельных дисперсий. В отличие от традиционного ЯМР анализа содержания незамерзшей воды, основанного на измерении амплитуды сигнала спада свободной индукции, данная методика позволяет проводить измерения незамерзшей воды при наличии интенсивного ЯМР сигнала от углеводородной среды.

На основании ЯМР измерений проведенных на частоте 20Мгц установлено, что дисперсный лед и газовые гидраты фреона-12 не вносят заметного вклада в сигнал ЯМР модельных дисперсий. Спектр распределения времени релаксации содержит лишь линии T переохлажденной воды и углеводорода (Рис. 4). Показано, что на положение и амплитуду линий спектра T2 ПЭС-5 влияет температура, наличие в углеводороде растворенного фреона, гидратов фреона. Установлено, что линии спектра T2 для ПЭС-5 в модельных дисперсиях с содержанием воды не более 26 весовых процента расположены ниже отметки 170 мс в диапазоне изменения давления фреона от 0 кПа до 250кПа и температуры от -10 до 0 0С.

При этом время T2 для метастабильной переохлажденной воды в этих системах не опускается ниже указанной отметки.

На основании результатов проведенных ЯМР релаксационных измерений предложена процедура идентификации линии переохлажденной воды в спектре T2 модельных дисперсий и разработана методика анализа в них содержания переохлажденной воды.

б а а а Рис.4. Спектр распределения времени релаксации T2 26 мас.% эмульсии вода/ПЭС-5 в атмосфере воздуха (температура эмульсии - 10 оС, ): a _ линии спектра ПЭС-5, б _ линия спектра переохлажденной воды. А – относительная интенсивность линий спектра.

3. Разработка теоретических основ получения газогидратных каркасов повышенной стабильности путем кластерной сборки, а также при изменении направления водородных связей в замкнутых водородно-связанных циклах (отв. исп. к.ф.-м.н. Кирв М.В.) Проведена оценка предсказательной способности дискретной топологической модели сильных и слабых эффективных водородных связей SWEB применительно к трехмерным газогидратным каркасам. Установлено, что для трехмерных задач эта модель в точности эквивалентна значительно более простой модели SWB, которая учитывает взаимодействие лишь между ближайшими Н-связанными молекулами. Этот неожиданный результат показывает малую перспективность использования самых стабильных протонных конфигураций кластеров в форме отдельных газогидратных полостей при сборке трехмерных каркасов. Разработана оригинальная методика кластерной наносборки трехмерных газогидратных каркасов по технологии «снизу вверх», позволяющая одновременно учитывать стабильность как отдельных полиэдрических кластеров, так и получающихся трехмерных газогидратных каркасов, Рис.5. Разработанная методика опирается на проведенную ранее классификацию всех протонных конфигураций элементарных ячеек газогидратных каркасов (база данных протонных конфигураций).

В сотрудничестве с японскими специалистами по исследованию свойств газовых гидратов (Университет Хоккайдо) проведены первые теоретические расчеты ЯМР спектров кластеров из молекул воды и метана в форме газогидратных полостей с максимально сильно отличающимися значениями как общей энергии стабилизации, так и суммарного дипольного момента. Вычисленные экстремальные протонные конфигурации использованы для квантово-химических расчетов энергий структур CH4@(H2O)20 и CH4@(H2O)24 методом B3LYP/6-311+G(2d,p), а также констант химического сдвига ЯМР по углероду. Для кластеров в форме газогидратных полостей установлена существенная зависимость констант химического сдвига ЯМР от структуры протонной подсистемы.

4. Экспериментальное определение электродных потенциалов меди, алюминия, железа, водорода, кислорода во льду для выяснения механизмов коррозии металлов, контактирующих со льдом (отв. исп. д.ф.-м..н. Шавлов А.В.) С целью выяснения механизма коррозии металлов, находящихся в контакте со льдом, были выполнены измерения электродных потенциалов металлов алюминия, меди, железа и свинца во льду. Прямые измерения стандартных потенциалов осложнены трудноустранимыми процессами поляризации электродов, вызванными их пассивацией и перенапряжением, возникающим при замыкании измерительной цепи. Поэтому, основное внимание в исследованиях было уделено изучению поведения напряжения гальванических пар, образованных электродами из различных металлов и раствором при переводе раствора из жидкого в замороженное состояние. В качестве раствора использовалась дистиллированная вода. Охлаждение раствора осуществляли с помощью теплообменника, подключенного к проточному термостату. Разность потенциалов регистрировали с погрешностью ±10 мВ. Абсолютная погрешность измерения температуры Рис. 5. Декомпозиция элементарной ячейки каркаса КС-1 на полиэдрические кластеры (шесть больших и две малых полости). Стрелки указывают направление Н-связей.

составляла ±1°. Площадь металлических электродов составляла около 10 см2, расстояние между электродами 2 мм.

На Рис.6 изображена типичная зависимость относительной разности потенциалов (красная кривая) и температуры теплообменника (зеленая кривая) от времени. Гальваническая пара была образована медным и свинцовым электродами. Из рисунка следует, что разность потенциалов между электродами в воде составляет 0,17 В (медный электрод заряжен положительно). При понижении температуры разность потенциалов остается практически постоянной. После замерзания раствора в межэлектродной области, произошедшего после достижения теплообменником температуры 8°С, разность потенциалов увеличилась до значения 0,38 В.

В Табл.1 приведены значения межэлектродной разности потенциалов для различных пар электродов Рис.6 Зависимость разности потенциалов U гальванической пары медь-свинец и температуры T теплообменника от времени t в процессе замораживания раствора.

Таблица 1. Разность потенциалов (В) между парами электродов Пара Стандартное Начальный Через 20 мин Через сутки Через сутки электродов значение при момент после после после температуре времени создания создания создания 25С после пары в воде пары в воде пары в воде создания раствор был пары в воде заморожен Cu-Al 2,01 0,65 0,46 0,46 0, Cu-Fe 0,78 0,75 0,42 0,24 0, Cu-Pb 0,47 0,17 0, Fe-Pb -0,31 0,15 -0,06 -0, Из Табл.1 следует, что напряжение гальванических пар отличается от теоретического значения электродвижущих сил (ЭДС) в меньшую сторону.

Через двадцать минут после создания пар их напряжение уменьшается еще в 1,5-2 раза, затем выходит на насыщение. Полагаем, что отклонение напряжения гальванических пар от значения ЭДС связано с поляризацией электродов вследствие пассивации, т.к. очистка поверхности электродов от окислов в процессе опыта приводит к временному увеличению измеряемой разности потенциалов.

При замораживании раствора напряжение гальванических пар увеличивается в 1,5-2 раза, а при расплавлении раствора возвращается к прежнему значению. Поведение напряжения при замораживании указывает на изменение электродных потенциалов в большую сторону. В результате этого протекание окислительно-восстановительных реакций во льду, в частности коррозии, представляется энергетически более выгодным, чем в жидком растворе, хотя скорость реакции во льду может быть низкой.

5. Исследование влияния внутренних напряжений на процессы тепломассообмена в мерзлом грунте (отв. исп. д.г.-м..н. Горелик Я.Б.) Существование криопэгов в разрезах мерзлых толщ может быть связано с определенным механизмом формирования пластовых льдов, а их минерализация и химический состав растворов – с генезисом поровых вод и палеотемпературной реконструкцией условий формирования мерзлой толщи.

Однако, анализ изменения концентрации рассолов внутри криопэга с изменением окружающей температуры проводится без учета деформируемости и прочностных свойств вмещающих его мерзлых пород.

Это может привести к серьезным погрешностям в полученных результатах.

Например, если бы окружающие мерзлые породы не могли деформироваться, то никакая часть жидкости в криопэге не смогла бы замерзнуть и концентрация рассола оставалась бы равной начальному значению (при понижении температуры). Противоположный случай характеризуется возможностью неограниченных деформаций окружающих пород. Его реальным аналогом является капля рассола во льду (микрокриопэг), деформации которого достаточно хорошо описываются схемой течения очень вязкой несжимаемой жидкости. В этом случае при рассматриваемом понижении температуры раствор частично замерзнет и концентрация солей внутри криопэга достигнет нового равновесного значения Ct, которое определяется обычно используемыми методами (без учета деформируемости вмещающих пород). При этом конечное равновесное значение давления внутри криопэга (капли) будет совпадать с начальным.

В природных условиях криопэги размещаются в мерзлых грунтах (обычно - в мерзлых песках), деформационные свойства которых далеки от обоих рассмотренных выше случаев. Деформируемость таких грунтов в определенном приближении описывается упругой моделью, но наиболее адекватно – упруго-пластической. Показано, что изменение концентрации и давления внутри криопэга при понижении его температуры, вычисленное с применением этих моделей, весьма значительно отличается от результатов расчета, выполненных обычным способом (по концентрации результаты отличаются более чем в 3 раза). Давление в криопэге существенно возрастает при понижении температуры. При их вскрытии скважинами оно должно довольно быстро сбрасываться до значений, близких к гидростатическому на данной глубине. На устье скважин в начальный момент вскрытия может иметь место фонтанирование и при достаточно больших линейных размерах криопэга уровень воды в скважине должен установиться близким к поверхности массива пород. Полученные результаты соответствуют имеющимся натурным наблюдениям.

Теоретическими методами показано, что предельная глубина залегания шлирового льда в массиве мерзлых пород помимо условий промерзания определяется весом перекрывающей толщи. Для этой глубины получено соответствующее аналитическое выражение и показано, что оно может быть использовано для вычисления палеотемпературы поверхности массива пород на момент промерзания по фактическим данным существующего разреза.

Выяснение механизма формирования пластовых льдов в ряде работ базируется на сравнении общей минерализации и химического состава льдов с аналогичными параметрами различных источников воды и поровых растворов вмещающих отложений. Такой анализ базируется на двух предпосылках. Во первых, предполагается, что при образовании льдов “происходит фиксация компонентов исходного водного раствора…”. Вторая - явно не формулируется, но предполагается, что химический состав раствора солей во льду существующих сегодня залежей весьма близок составу раствора, из которого он образовался. Однако, известно, что капли рассола во льду перемещаются под действием наложенного градиента температуры в сторону ее повышения. Оценка влияния этого процесса показывает, что обе высказанные посылки справедливы лишь в течение сравнительно короткого промежутка времени после формирования залежи пластового льда. За время существования залежей пластовых льдов (порядка 100 000 лет), при их характерной мощности (порядка 10 м) и величине действующих градиентов температуры (порядка 0,03 град/м) очистка массивов льда от солевых примесей может произойти за время, не превышающее 10 000 лет.

Теоретически показано, что при образовании пластового льда по сегрегационному механизму на его подошве должно выполняться условие:

2 iw P R P где гидростатическое давление в питающем водоеме, iw 3,3 102 Дж / м2 - коэффициент поверхностного натяжения лед-вода, R характерный радиус капилляров подстилающего растущий лед грунта. В силу того, что более 2/3 всех залежей пластовых льдов по Ямалу и Аляске подстилается песками, из приведенного соотношения следует, что их формирование по сегрегационному механизму является весьма маловероятным.

6. Подготовка эксперимента и измерение теплообменных характеристик пористой керамики, насыщенной водой и со льдом (отв. исп.

к.ф.-м.н. Колунин В.С.) Определено содержание незамерзшей воды в изучаемом образце в зависимости от температуры методом ЯМР Разработана конструкция рабочей ячейки и технология получения мембран, сквозные поры которых не превышают 200 - 400 нм.

Опыты по изучению тепломассообменых свойств керамики, поры которой заполнены водой и льдом, будут проводиться в условиях открытой системы при отрицательных температурах. Чтобы вода в подводящих трубках не замерзала, изучаемый образец заключен между мелкопористыми мембранами (Рис.7), которые не пропускают через себя лед. Температура начала замерзания воды в керамике равна -0,05 град Цельсия. Диапазон температуры, в котором будут проводиться измерения, составляет -0,5 -0, град Цельсия.

Мембраны должны удовлетворять двум требованиям: во-первых, температура проникновения льда через мембрану должна быть меньше нижнего предела температурного диапазона, в котором будут проводиться опыты, во-вторых, гидропроводящая способность мембраны должна быть сравнима по порядку величины с проводимостью изучаемого образца.

Для получения мембраны с требуемыми характеристиками нами в течение 2009-2010 годов было проведено около 80 опытов с различными материалами: глина, зубная паста, полиэтиленовая пленка, фильтровальная бумага.

Мембраны с характеристиками, близкими к требуемым, удалось получить из каолинитовой глины и зубной пасты «Жемчуг». Температура проникновения льда через данные мембраны зависит от способа от минус 1,1 до минус 0,32 оС.

приготовления и лежит в диапазоне Коэффициент гидропроводности мембраны оказывается примерно на один два порядка меньше коэффициента гидропроводности изучаемого образца в талом состоянии. Если учесть, что коэффициент гидропроводности мерзлых грунтов уменьшается примерно на три порядка при изменении температуры от 0,0 до -0,3 град Цельсия, то с большой долей вероятности можно ожидать, что полученные в нашей лаборатории мембраны могут быть использованы Рис.7. Экспериментальная ячейка. 1 – пористая керамика, 2 – глинистые мембраны, 3 – штамп, 4 – стопорное кольцо, 5 – пластиковая обойма.

как при проведении планируемого эксперимента, так и дальнейшем, например, при изготовлении прибора по измерению коэффициента фильтрации мерзлых грунтов.

7. Разработка математической модели расчета процессов тепломассопереноса в сезонных охлаждающих устройствах и охлаждаемых ими грунтах (отв. исп. к.ф.-м..н. Аникин Г.В.) В 2010 году в рамках данной тематики была создана математическая модель работы систем горизонтального охлаждения грунтов под зданиями и сооружениями, построенными на вечной мерзлоте. Полученные математические выражения были положены в основу компьютерных программ, позволяющих моделировать температурные поля, создаваемые системами охлаждения под объектами нефтегазового комплекса. В частности, была смоделирована работа системы слабонаклонных термостабилизаторов под резервуаром с нефтью объемом 50000м3 на Варандейском нефтяном терминале. Результат такого моделирования приведен на Рис.8, а на Рис.9 приводится сравнение результатов расчета в рамках разработанной модели с данными термометрического мониторинга.

Рис.8.

Модельное температурное поле, создаваемое системой слабонаклонных термостабилизаторов, под резервуаром емкостью 50000м3 на глубине 2.2м от днища резервуара на Варандейском нефтеналивном терминале на конец мая 2008г.

а) б) Рис.9. а) Сравнение теоретических и экспериментальных значений температур в горизонтальной термометрической скважине, находящейся на глубине 1.7 м от днища резервуара (красная сплошная линия - теоретические значения, синяя пунктирная линия экспериментальные значения, по оси x отложена координата термодатчика в метрах, по оси y отложена температура термодатчика в градусах Цельсия);

б) сравнение теоретических и экспериментальных значений температур в вертикальной термометрической скважине, находящейся под центром резервуара (красная сплошная линия - теоретические значения, синяя пунктирная линия- экспериментальные значения, по оси x отложена глубина на которой находится термодатчик, по оси y температура в градусах Цельсия).

Публикации в зарубежных рецензируемых журналах 1. Melnikov V.P., Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Istomin V.A., Kwon V.G.

Stability and growth of gas hydrates below the ice-hydrate-gas equilibrium line on the P-T phase diagram // Chemical Engineering Science. 2010. V.65. P.906-914.

2. Melnikov V.P., Nesterov A.N., Reshetnikov A.M., Istomin V.A. Metastable states during dissociation of carbon dioxide hydrates below 273 K // Chemical Engineering Science. doi:10.1016/j.ces.2010.10.0072 (2011. V.66, №1. Принято в печать) 3. Shavlov A.V., Dzhumandzhi V.A. Spatially ordered structures in storm clouds and fogs // Physics Letters A. 2010. V.374. P.2561– 4. Shavlov A.V., Dzhumandzhi V.A. Confinement of particles in a three component dusty plasma // Physica Scripta. 2010. V.82 (4) 045502.

Публикации в отечественных рецензируемых журналах 1. Мельников В. П., Поденко Л. С., Нестеров А. Н., Решетников А. М.

Релаксационный ЯМР-анализ фазовых превращений воды в дисперсной системе вода/гидрат фреона-12/ углеводород при диссоциации гидрата // Доклады академии наук. 2010, Т. 433, № 1. С. 59–61.

2. Шавлов А.В. Модель шаровой молнии на основе двухтемпературной плазмы // Доклады академии наук. 2010. T.431, №2. C.177-182.

3. Горелик Я.Б. О методах расчета деформаций инженерных конструкций, вызванных пучением промерзающего слоя // Криосфера Земли. 2010. Т. XIV, № 1. С. 50 – 62;

4. Аникин Г.В., Плотников С.Н. Частота зародышеобразования при фазовых переходах пар- вода(лед) в многоионной задаче // Криосфера Земли.2010.

Т.XIV, №1. С.63-68.

5. Киров М.В. Классификация протонных конфигураций газогидратных каркасов // Кристаллография. 2010. Т. 55, № 3. С. 389-397.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.