№ 3 (2025)

Предметом исследования является анализ информативности различных способов картографирования загрязнения воздуха на основе данных, получаемых в результате снегогеохимических исследований. Рассматриваются недостатки обычных карт концентраций химических элементов в твердом остатке снега. Проводится сопоставление таких карт с картами суточного поступления поллютантов и картами сезонных содержаний, рассчитанных с учетом площади и глубины пробных шурфов и массы твердого остатка на фильтрах. Эти картографические материалы приводятся в дополнение к ранее проведенной интерпретации результатов снегогеохимических исследований одного из обособленных районов города Иркутска. Показано, что картографические материалы, отражающие количества поступающих загрязнителей в единицу времени на единицу площади являются более корректными с позиции оценки экологической ситуации, они позволяют охарактеризовать геоэкологическую обстановку более полно и правильно. Исследование направлено на оптимизацию самой экспрессной и дешевой методики снегогеохимических исследований, основанной на рентгенофлуоресцентном анализе твердой фазы снегового покрова. Доказано, что геостатистическая обработка результатов химико-аналитических исследований не менее значима для получения достоверно интерпретируемого картографического материала, чем корректно проведенные полевые и лабораторные работы. Впервые показаны эффекты инверсии геохимических аномалий на участках с высокой пылевой нагрузкой. Попутно на основе ранее полученных полевых данных создана новая геоэкологическая информация, которая позволяет более полно и качественно визуализировать, а затем объяснить характер загрязнения атмосферы в одном из районов Прибайкалья со сложным характером техногенной нагрузки, который на протяжении лет является постоянным объектом внимания жителей и органов экологического контроля. Общеметодические выводы позволяют финализировать методику экспрессной оценки загрязнения атмосферы на основе отбора проб сезонного снега и РФА-анализа снеговой пыли, которая по мнению авторов должна стать одной из базовых составляющих системы оценки фонового состояния и экологического мониторинга арктических геосистем перед и во время их хозяйственного освоения, заменив традиционные методы мгновенного контроля состояния атмосферного воздуха.

Настоящее исследование посвящено изучению микростроения и макростроения мерзлых грунтов под воздействием статических нагрузок и изменений температуры. Основное внимание уделено анализу микроструктурных изменений в различных типах мерзлых грунтов — аллювиальных песках, супесях и морских суглинках — при длительных механических испытаниях в условиях отрицательных температур. Цель работы — выявление особенностей формирования ледяных включений, криогенных текстур, распределения льда-цемента и деформационных процессов в структуре грунта. Исследование основано на оригинальных данных, позволяющих детально анализировать пространственное распределение минеральных частиц и ледяных включений на микроскопическом уровне. Работа направлена на выявление закономерностей деформации мерзлых грунтов, обусловленных изменениями их микростроения, что имеет прикладное значение для инженерной геокриологии и прогноза устойчивости сооружений в условиях вечной мерзлоты. Для анализа микростроения использовались методы полимерных реплик и растровой электронной микроскопии. Подготовлено около 150 реплик до и после механических испытаний (одноосное сжатие, сдвиг и смерзание) четырёх типов мерзлых грунтов различной температуре и влажности (льдистости). Научная новизна работы заключается в комплексном применении метода полимерных реплик и растровой электронной микроскопии (РЭМ) для детального изучения изменений микростроения мерзлых грунтов в их естественном состоянии после длительных нагрузок. В отличие от предыдущих исследований, где микроструктура изучалась преимущественно на оттаянных образцах или с использованием менее устойчивых методов, в данной работе реплики изготавливались непосредственно с поверхности сколов мерзлых образцов, что обеспечило сохранение ледяных включений и позволило провести качественный сравнительный анализ до и после испытаний. Установлено, что статические нагрузки вызывают формирование ячеистых структур, перекрещивающихся ледяных шлиров, кольцевых структур вокруг льда-цемента, а также микротрещин, существенно изменяющих микростроение. Также зафиксированы изменения макроструктуры в виде зон уплотнения, разрежения и трещин, коррелирующие с наблюдаемыми микроструктурными изменениями. Показано влияние температурного режима, влажности (льдистости) и засоленности на степень микроструктурных трансформаций. Экспериментально подтверждена тесная связь между микростроением и механическими свойствами мерзлых грунтов. Полученные данные позволяют уточнить модели деформационного поведения мерзлых грунтов.

Целью работы являлось исследование влияния нефтесолевого загрязнения на влажность за счет незамерзшей воды в глине и выявление методических особенностей при работе с грунтами, содержащими в своем составе нефть. Объектом исследования являлся модельный глинистый грунт, а испытания проводились для модельных образцов. Исследования проводились для «чистых», засоленных и загрязненных нефтью грунтов, а также грунтов с нефтесолевым загрязнением. Авторы уделяют особое внимание такому аспекту, как подготовка грунтовых паст, поскольку лабораторное моделирование такой сложной системы, как "грунт-вода-лед-соль-нефть" сопряжено с рядом методических особенностей. Также авторы обращают внимание на требования и методы, традиционно используемые при проведении инженерно-геологических изысканий в соответствии с нормативной документацией. Испытания проведены с использованием стандартных контактного и криоскопического методов. Для сравнения проведены испытания методом ядерно-магнитного резонанса. Влажность за счет незамерзшей воды в широком температурном диапазоне для грунтов с нефтесолевым загрязнением исследована впервые. При исследовании этой характеристики получена не только зависимость содержания незамерзшей воды от температуры, но также выявлены ограничения стандартных методов определения влажности за счет незамерзшей воды. Установлено, что контактный метод определения влажности за счет незамерзшей воды не может применяться при исследовании незасоленных и засоленных грунтов, содержащих нефть. Для получения корректных результатов следует применять методы, при реализации которых не происходит изменение соотношения нефти, воды (или раствора) и льда. Результаты криоскопического и ЯМР методов показали, что влияние нефтесолевого загрязнения на содержание незамерзшей воды идентично влиянию засоленности, расхождение результатов составило менее 8%.

Объектом исследований являются автомобильные дороги в зоне многолетней мерзлоты, которые подвержены действию негативных факторов криогенеза. Предметом исследований являются теплозащитные покрытия на основе смесей теплоизоляционных и теплоаккумулирующих строительных материалов, которые должна обеспечивать нормативную глубину оттаивания дорожного основания. Цель работы – оценка целесообразности использования смесей строительных теплоизоляционных материалов в конструкциях дорожных одежд для управления тепловым режимом грунтов деятельного слоя криолитозоны. Одним из возможных вариантов защиты автомобильных дорог в криолитозоне от негативных криогенных процессов является использование при возведении теплоизоляционных слоев в дорожных одеждах теплозащитных смесей, которые представляют собой смесь несущего теплоаккумулирующего связующего (песок, гравий) и теплоизоляционного наполнителя (керамзит, азерит и т. п.). Исследовано влияние теплоизоляционных смесей в дорожных одеждах в качестве средства управления глубиной оттаивания дорожного основания. Приведены конкретные примеры расчетов эффективности использования теплоизоляционных смесей. Введены новые безразмерные критерии: теплофизический симплекс, характеризующий отношение коэффициентов теплопроводности наполнителя и связующего; стоимостной симплекс, характеризующий отношение стоимости единицы объема наполнителя к единице объема связующего; проектный критерий, характеризующий отношение проектного значения толщины теплоизоляционного слоя в дорожной одежде и произведения коэффициента теплопроводности связующего и нормируемого значения термического сопротивления теплозащитного слоя. Построена безразмерная целевая функция, которая позволяет определить эффективные параметры теплозащитного слоя в дорожной одежде, обеспечивающих заданную нормативную глубину оттаивания дорожного основания. Получены основные количественные закономерности, характеризующие взаимосвязь концентрации наполнителя с безразмерными симплексами, определяющими значение целевой функции. Научная новизна заключается в получении функциональных зависимостей для определения предельных значений безразмерных симплексов, определяющих целесообразность применения бинарных смесей и позволяющих найти границу эффективности использования теплоизоляционных смесей с различными теплофизическими свойствами. Показано, что теплоизоляционные смеси материалов могут быть рекомендованы в качестве эффективной замены однородных строительных материалов при проектировании дорожных одежд. Построен 3D график, позволяющий оперативно оценить, при каком значении определяющих симплексов целесообразно применять конкретную теплоизоляционную бинарную смесь в дорожной одежде. Показано, что во многих, практически интересных случаях, рациональным выбором состава теплоизоляционных смесей можно добиться нормативной глубины оттаивания дорожного основания.

Предметом исследований являлась функциональная зависимость коэффициента теплопроводности снега от плотности при различной температуре. Цель исследований: установление связи безразмерного значения коэффициента теплопроводности (симплекса теплопроводности) с безразмерным значением плотности (симплекс плотности) снега. Для получения безразмерных параметрических критериев (симплексов) в качестве масштабных единиц использовались коэффициент теплопроводности и плотность льда, которые в общем случае являются функцией температуры. Подробно рассмотрена зависимость коэффициента теплопроводности и плотности льда от температуры, которые представлены в виде линейных функциональных зависимостей. Особое внимание уделяется оценке ошибок, возникающих при линеаризации функциональных зависимостей и усреднении исходных данных. В качестве базовой функциональной зависимости коэффициента теплопроводности снега от плотности использовалась классическая формула Г.П. Абельса. Для получения параметрических критериев (симплексов) коэффициента теплопроводности и плотности снега использовался метод натуральных масштабов, позволяющий привести размерные физические величины к безразмерным параметрам. В качестве масштабных единиц использовались средние значения коэффициента теплопроводности и плотности льда в заданном температурном диапазоне. С помощью метода натуральных масштабов получены параметрические критерии (симплексы) коэффициента теплопроводности и плотности снега. На основании классической формулы Г.П. Абельса установлена функциональная связь между найденными параметрическими критериями, которую можно сформулировать так:"Симплекс теплопроводности снега равен квадрату симплекса его плотности". Данная закономерность получена впервые и определяет научную новизну выполненных теоретических исследований. Используя зависимость коэффициента теплопроводности и плотности льда от температуры по известному значению симплексов легко определить влияние температуры на изменение коэффициента теплопроводности снега от плотности. Сделана оценка ошибок, которые возникают при использовании в расчетах усредненных данных масштабных единиц. Показано, что усреднение исходных величин не вызывает ошибок, значения которых больше допустимых значений, принятых в инженерной практике. Например, ошибка в определении коэффициента пропорциональности между симплексами теплопроводности и плотности изменяется в пределах от ±9,0% в диапазоне изменения температуры от 0 до -40 °С. При этом, в наиболее реальном диапазоне изменения температуры снега (от -5 до -20 °С) средняя ошибка не превосходит 3,0%.

Данная статья посвящена исследованию поровых вод донных отложений слабоизученных районов северо-западной части шельфа российской Арктики. Исследования проводились на образцах поровых вод современных донных отложений (мощностью до 3 м), отобранных в ходе полевых морских экспедиций в северной части Баренцево-Карскоморского шельфа. Рассмотрены процессы формирования химического состава поровых вод, их происхождения и эволюции, взаимодействия со вмещающим осадком, с газами и органическим веществом. Выделены характерные особенности этих процессов в условиях низких температур и с учётом специфики четвертичной истории развития региона. Получение новых сведений о системе «поровые воды-донные осадки» крайне актуально как для общего понимания процессов арктического седиментогенеза шельфовых морей, так и для поиска месторождений углеводородов на шельфах российской Арктики. Типизация компонентного состава поровых вод донных отложений проводилась путем комбинирования статистического и геохимического подходов. В результате удалось выделить четыре различных типа поровых вод (седиментационные, диагенетические, опресненные и переходного типа). Установлено, что химический состав большинства исследованных образцов поровых вод относится к седиментационному типу. Этот тип вод не претерпел значительных изменений в процессе раннего диагенеза и соответствует составу морской воды. В части образцов поровых вод был установлен диагенетический тип поровых вод, сформированный за счет проявления процессов сульфатредукции и свидетельствующий о начале дигенетических преобразований в направлении прямой метафоризации состава. Станции с более слабым проявлением диагенетических процессов были отнесены к переходному типу. К опресненному типу были отнесены станции, в плотных маловлажных образцах которых было выявлено снижение минерализации поровых вод за счет почти пропорционального уменьшения концентраций основных макрокомпонентов. Используемый в статье подход кластеризации химических анализов поровых вод может быть использован для других арктических районов.