ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ МИГРАЦИИ ИОНОВ РАСТВОРЕННОЙ СОЛИ NaCl ПРИ ВЕРТИКАЛЬНО НАПРАВЛЕННОМ ЗАМЕРЗАНИИ ГРУНТА

Abstract

Актуальность исследования продиктована нарастанием темпов деградации криолитозоны одновременно с интенсивным промышленным освоением территории вечной мерзлоты, сопровождающимся нарушением естественных природных процессов и разрушением хрупкой экосистемы Арктических и приарктических территорий. Одним из последствий хозяйственной деятельности человека является засоление грунта. Продолжительный процесс миграции растворенных солей в толщу ведет к формированию ряда объектов криолитозоны, среди которых большой интерес представляют криопэги – линзы переохлажденного порового раствора в окружении мерзлого флюидоупора. Цель: изучение процесса криогенного концентрирования соли в водонасыщеной песчанистой супеси. Метод. Эксперимент состоит из повторяющихся циклов вертикально направленного частичного замораживания–оттаивания засоленного влажного грунта в замкнутом объеме – вертикальном теплоизолированном цилиндре, теплоперенос в котором осуществлялся через торцевые стороны. Продвижение фронта замерзания регулировалось программным алгоритмом управления мощностью холодильника с одной стороны и нагревателя с другой до замораживания грунта на определенную глубину, за которой следовало оттаивание. Результаты. В эксперименте воспроизводилась ситуация, характерная для осенне-весеннего периода: ежедневный процесс промерзания и оттаивания влажного грунта, загрязненного легкорастворимыми солями. В результате проведены четыре серии экспериментов с разным количеством повторяющихся циклов движения фронта замерзания и фронта оттаивания в грунте, насыщенном концентрированным раствором соли NaCl, по направлению сверху вниз на расстояние 70–80 % от высоты цилиндра. При этом нижняя область всегда поддерживалась в талом виде. Описаны наблюдаемые явления, и приведено вероятное объяснение процессам, сопровождающим замерзание и оттаивание грунта, таким как неодинаковое по вертикальному сечению снижение температуры начала замерзания, формирование теплового барьера в направлении движения фронта замерзания в низкотемпературной области, перераспределение ионов соли по вертикальному разрезу, зависимость градиента концентрации от числа циклов замерзания–оттаивания, отклонение значения температуры таяния по сравнению с температурой начала замерзания. Получены численные значения перераспределения влажности и концентрации раствора в грунте после каждой серии экспериментов.