FREEZING PATTERNS IN SALINE SOILS: MODELING WITH REGARD TO THE OSMOTIC EFFECT

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Freezing patterns in a porous soil saturated with a saline solution are investigated with regard to osmotic effects, using a model suggested previously by the authors but in a more general formulation. The results include a numerical and an approximate self-similar analytical solution to a nonlinear problem; description of typical freezing behavior in the presence of osmotic pressure. The modeling results agree well with experimental evidence on freezing of saline clay and sand. The model includes three porous domains with ice (I), thermodynamically equilibrated ice+solution (II), and a liquid saline solution (III) in the pores. The modeling is performed for a simplified case of domains II and III that share a mobile phase boundary where the solution freezes up partially, with heat release.

Об авторах

M. Ramazanov

Email: mukamay-ipg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2468-1272

N. Bulgakova

Автор, ответственный за переписку.
Email: ipgnatali@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4224-1246

L. Lobkovsky

Email: llobkovsky@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8033-8452

E. Chuvilin

Email: ipgnatali@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1173-546X

Science Department

S. Gadzhimagomedova

Email: salikhat.g@gmail.com
ORCID iD: 0009-0003-3942-7749

N. Shakhova

Email: ipgnatali@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5878-566X

Science Department

Список литературы

  1. Berry, F. A. F., and B. B. Hanshaw (1960), Geologic evidence suggesting membrane properties of shales, in International Geological Congress: report of the twenty-first session, p. 209.
  2. Chuvilin, E. M. (1999), Migration of ions of chemical elements in freezing and frozen soils, Polar Record, 35(192), 59–66, https://doi.org/10.1017/S0032247400026346.
  3. Chuvilin, E. M., E. D. Ershov, and N. S. Naletova (1998), Mass transfer and structure formation in freezing saline soils, in PERMAFROST - Seventh International Conference (Proceedings), Yellowknife (Canada), Collection Nordicana No 55, Centre d’études nordiques, Université Laval.
  4. Chuvilin, E. M., V. Ekimova, B. Bukhanov, et al. (2019), Role of Salt Migration in Destabilization of Intra Permafrost Hydrates in the Arctic Shelf: Experimental Modeling, Geosciences, 9(4), 188, https://doi.org/10.3390/geosciences9040188.
  5. Dubikov, G. I., and N. V. Ivanova (1990), Saline frozen soils and their distribution in the USSR territory, in Saline Frozen Soils as Foundations, pp. 3–9, Nauka, Moscow (in Russian).
  6. Ershov, E. D., I. A. Komarov, and E. M. Chuvilin (1997), Forecast for interaction of liquid technogenous brines buried into permafrost, Geoekologiya, (2), 19–29 (in Russian).
  7. Kemper, W. D. (1961), Movement of Water as Effected by Free Energy and Pressure Gradients: II. Experimental Analysis of Porous Systems in Which Free Energy and Pressure Gradients Act in Opposite Directions, Soil Science Society of America Journal, 25(4), 260–265, https://doi.org/10.2136/sssaj1961.03615995002500040010x.
  8. Lobkovskii, L. I., and M. M. Ramazanov (2018), Front Regime of Heat and Mass Transfer in a Gas Hydrate Reservoir under the Negative Temperature Conditions, Fluid Dynamics, 53(4), 517–530, https://doi.org/10.1134/S0015462818040092.
  9. Maksimov, A. M., and G. G. Tsypkin (1987), Overheating and formation of a two-phase zone at phase transitions in permafrost, DAN USSR, 294(5), 1117–1121 (in Russian).
  10. Marine, I. W., and S. J. Fritz (1981), Osmotic model to explain anomalous hydraulic heads, Water Resources Research, 17(1), 73–82, https://doi.org/10.1029/WR017I001P00073.
  11. Neuzil, C. E. (2000), Osmotic generation of ’anomalous’ fluid pressures in geological environments, Nature, 403(6766), 182–184, https://doi.org/10.1038/35003174.
  12. Ramazanov, M. M., A. V. Karakin, and L. I. Lobkovskiy (2019), Mathematical Model for the Motion of Solutions Taking into Account the Osmotic Effect, Doklady Earth Sciences, 489(1), 1306–1309, https://doi.org/10.1134/S1028334X19110060.
  13. Ramazanov, M. M., N. S. Bulgakova, and L. I. Lobkovskiy (2022), Osmotic Convection, Doklady Physics, 67(5), 153–158, https://doi.org/10.1134/S1028335822040061.
  14. Ramazanov, M. M., N. Bulgakova, and L. Lobkovsky (2023), Mathematical Model of Freezing of Rocks Saturated With Salt Solution Taking Into Account the Influence of Osmosis, Russian Journal of Earth Sciences, 23(5), 1–15, https://doi.org/10.2205/2023ES000857.
  15. Shakhova, N., I. Semiletov, O. Gustafsson, et al. (2017), Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf, Nature Communications, 8(1), https://doi.org/10.1038/ncomms15872.
  16. Streletskaya, I. D., and M. O. Leibman (2002), Cryogeochemical interrelation of massive ground ice, cryopegs, and enclosing deposits of central Yamal, Kriosfera Zemli, VI(3), 15–24 (in Russian), EDN: PWYRFB.
  17. Tsypkin, G. G. (2009), Flows with Phase Transitions in Porous Media, 232 pp., Fizmatlit (in Russian).
  18. Vasiliev, V. I., A. M. Maksimov, E. E. Petrov, and G. G. Tsypkin (1996), Heat and Mass Transfer in Freezing and Thawing Soils, 224 pp., Fizmatlit, Nauka, Moscow (in Russian).
  19. Yakushev, V. S. (2009), Natural Gas and Gas Hydrate in Permafrost, 190 pp., VNIIGAZ, Moscow (in Russian), EDN: OTRYFK.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Ramazanov M., Bulgakova N., Lobkovsky L., Chuvilin E., Gadzhimagomedova S., Shakhova N., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».