Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования структуры конжеляционных льдов в криосфере Земли

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования структуры конжеляционных льдов в криосфере Земли"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОКГЯбРЬСКОИ РЕВОЛЮЦИИ

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

ГОЛУБЕВ Владюшр Нпкслаевяч

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ КОНЖЕЛЯШЗННЫХ ЛЬДОВ В КРИСНЖРЕ ЗЕМЛИ

04.0 о ,6 ¥

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Москва 1992

Работа выполнена в научзю-коследоьательсксЯ лаборатории , сноеяш: лазин и селей Московского государстьенЕого университета ей. М.В.Ломоносова

Офшалышо оппопенты

доктор географических наук, старший научный сотрудник.

К. С. Лосев

доктор географических наук, профессор

A. И. Попов

доктор географических наук, профессор

B. Г. Ходаков

Ведущая организация:

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным взысканиям в строительство йшстроя Российской Федерации

Завдгга состоится « 24 » декабря 1992 года в « часов на заседании Специализированного Совета по геоморфологии, эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии СД-053.05.06) при Московском Государственном Университете км. М, В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские Горы, МГУ, географический факультет, 21 этаж, аудитория 2109. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета на 21 этахе. '

Автореферат разослан «<*■>'» ноября 1992 г

«

Ученый секретарь

Специализированного Совета Д - 053.05.06. доктор географических наук, профессор

Б. Ф. Книжников

]РЕЯЙЯОВИЕ

ПОСТАНОВКА И АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Основным, наиболее характерным процессов криосферы Земли является формирование льда в результате замерзания Скр:гстал.тазашп!) воды. Вксокая энергоемкость процесса кристаллизации воды определяет его ведущее значение в формировании каната отдельных регионов я Земли в целом, а возникновение ледяных тел в атмосфере, гидросфере или в верхней часта литосферы валяется иоздыы факторои воздействия на природную среду. Критические сочетания параметров термодинамического состояния природной среды, при которых ёозмошю формирование льда на поверхности водоемов или замерзание мелких капель воды в атмосфере и формирование твердых осадков, определяются закономерностям кристаллизации воды на частицах малых размеров. Разработка, теоретических положений этого процесса является актуальной гздачэй проблемы глобального изменения климата в' связи с аэрозолъикм загрязнением атиосфэры и проблэ)гы замерзания воды в дксперглих горных породах на частицах различного минерального и гранулометрического состава. Необходимость. детального исследования закономор-иостей формирования льда при промерзании грунтов определяется 'рольп этого процесса, как ведущего фзктора преобразования минералов и горных пород в зона криолнтогенеза, и рольп льда, как породообразующего минерала, определявшего строение и своЯ-'ства мерзлого грунта. Обледенение судов, летательных аппаратов и инженерных сооружений ставит задачу поиска эффективных противообледенительных средств и требует всестороннего изучения закономерностей возникновения льда на твердых телах и смерзания льда с ними. К настоящему времени накоплен большой фактический материал, установлены основные закономерности и разработан ряд фундаментальных положений, описывающих формирование льда. Однако, в большинстве случаев предлагаются частные решения проблею!, т. е. к. анализу привлекается лишь фактический материал данной группы явлений.

Необходимость комплексного решения перечисленных и других, рождаемых запросами практики, задач, связанных с формированием льда, определяет актуальность исследований, направленных на установление общих закономерностей и выявление характерных особенностей кристаллизации воды и формирования структуры ледяных тел в различных природных сферах. Структура льда -размеры н форма его кристаллов, их ориентация, степень

- г -

дефектности. строения, накачка включений - аесьча д:шадачда£ параметр, отрахлЕзий условия формирования к существования льда, и вместе с тем структура - кто показатель всех свойств льда. Научные основы прогнсзкрсвыгля свойств к строения ледяного тола и реконструкции условий, суцйстаовавш:::? при формировании ледяной породы, когут с^ть ргзрг.ботаны лишь на основе пологениЗ теоркк формирования структур« льда. Все это позволяет относить проблему установления закономерностей формирования . структура ■ природных кон£.?ляцясннш: льдов к разряду фундаментальных проблем криологии, решение которой будет способствовать оптимизации пргхтаческоЗ деятельности и, прогрессу в изучении процессов и явлений , протскаоадя в криосфере Земли.

ЦЕЛЬ работа заключается в разработке концепция формирования структуры ¡сонгэляцнояннгг льдов в криосфере Земли на базе теоретического и экспериментального исследования шханизка зарсадвиия я роста льда в атмосфере, гидросфере и литосфере.

Теоретические и экспериментальный исследования формирования конкеляцнонных льдоз в различных природных сферах позволили решить ряд задач, определяющих НАУЧНУЮ НОВИЗНУ работы, которая заключается в установлении общи: закономерностей механизмов зарЧвдекия и роста кристаллов льда и в выявлении характерных особенностей формирования структуры конгеляционных льдов в атмосфере, гкдросфзре к литосфсрз.

АВТОР ПРЕДСТАВЛЯЕТ К ЭА1ЩЕ концепцию формирования структуры природных конгелящюнных льдов, включаю^ в себя:

1)теоретические основы формирования структуры конгеляционных льдов;

2!) классификации основных видов кснлеляциожюго льдообразования в криосфере Земли;

33закономерности формирования структуры атмосферных льдов, ледяного покрова водоемов и льда в дисперсных горных породах;

4)классификации атмосферных кристаллов льда, классификацию типов структур поверхностных слоев ледяного покрова водоемов и закономерности формирования текстурных особенностей природных конжеляционных льдов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. При проведении полевых и лабораторных работ был использован комплекс методов петроструктурных исследований. Методики отбора образцов и изготовления препаратов для исследований, методы и аппаратура исследования и

обработки полученных данных быт: разработаны илд кодифицированы автором. Автором такжэ была сконструирована аппаратура для исследования процесса кснгяпяцконяого льдообразования з лабораторных условиях, в том ч^ола аппаратура для определения пороговой температуры замврзашш ивлних капель воды на различных материалах, для опред&кания смачивания исследуеыях материалов, для камсраЕкьания ладчних пскрыткй в диапазона температуры до -50°С. 3 качество основной аппаратуры петроструктурнкх исследований йули использованы стандартнее отечественные и зарубежные петрографические и металлографические оптические микроскопа с большим фокусным расстоянием. Электронноаикроскслаческуе исследования

поверхностей различных материалов были проведена в лабораториях Института геохимии и гагкералогтГ Акадэт.'яи наук. Под руководством автора и при его участии были сконструированы такго устройства для измерения прочности льда з сил адгезии с различными матергал&кн.

Сочетание методов теоретического анализа, физического моделирования, лабораторштх исследований процессов коиевляцксниого льдообразования и полевого изучения природных криологических объектов (атносфэрнью кристаллы, лед водоеыов, наледя, лед обледенений и др. 3'позволило получить необходимый фактический материал для решения поставленной задачи.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИМ. В основу работы положены материалы, полученные автором в период работа в научно-исследовательской лаборатории снежных лавин и селей географического факультета МГУ с 1965 года , и на кафедре мерзлотоведения геологического факультета в 1962-64 гг. Это материалы лабораторных исследований в криологической лаборатории, материалы полевых исследований твердых осадков, озерного, речного и морского льда, наледного льда и льда обледенений на островах и морях Северного Ледовитого океана, в Охотском и Японском морях, в приантарктических морях Индийского и Тихоокеанского секторов, на Кольском полуострове, на Северном Кавказе и в центральной зоне России. Исследования проводились по научным программам и планам научно-исследовательской лаборатории, а также на основе хозяйственных договоров и договоров о содружестве с Министерством рыбного хозяйства, с Арктическим и Антарктическим институтом, с Министерством газовой промышленности и Инженерно-

строительным институтом, с Институтом мясной и молочной промышленности, с гидрометеорологическими• региональными институтами Средней' Азии и Кавказа, на ¿аде творческого содружества с сотрудниками Института Географии АН, Института минералогии и геохимии АН, а также б рамках учебно-педагогической работы со студента®! кафедра криолитологии и гляциологии при подготовке ими под руководством автора курсовых и дипломных работ, часть которых опублжоваиа в периодических изданиях.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ предлагаемой работы определяется прежде всего тем, что решение таких задач, как: прогнозирование структуры, прочности и характера деформиро'ьания льдов и мерзлых грунтов; реконструкция термических условий формирования льда и мерзлых грунтов по результатам полевых структурно-стратиграфических исслэдоваиий; прогноз и надетое противодействие процессам обледенения; воздействие на атмосферные процессы; выявление роли льда и фазовых переходов воды в процессах диспергации горных пород; создание техногенных ледяных тел- возможно лишь на основе теории, объясняющей закономерности конжеляционного льдообразования в поверхностных геосферах ЗемлиР установление которых самым непосредственным образом связано с установлением основных закономерностей формирования структуры конжеляционных льдов. Разработанные автором теоретические положения нашли свое воплощенна в работах по оценке криофобности материалов, в рекомендациях по борьбе с обледенением, а также были использованы при разработке мер по предупреждении смерзания тонкодисперсных пищевых материалов. Основные теоретические положения работы, такие как о кристаллографа „чески равновесном зародыше, о равновесной форме кристалла льда и о кинетике процесса кристаллизации нашли свое отражение в учебниках Б.А.Савельева и Э.Д.Ершова, рекомендованных для студентов географического и геологического факультетов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Научные результаты исследований докладывались на Всесосзной конференции по мерзлотоведение (Москва, 19703, на межведомственных совещаниях по обледенение судов (Ленинград, 1968; 1970); на международном симпозиуме "Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения" (Ленинград, 1972), на II международной конференции по мерзлотоведение (Якутск, 1973), на всесоюзных совещаниях по реологии грунтов (Волгоград, 1985; Ленинград, 1978; Ереван, 1976); на

- з -

иеЕведомствгшгах соэезушиях по ледовым затруднениям в гидротехническом строительства Петрозаводск, 1971; Волгоград, 1973); на Всесоюзных гляциолсгаче;:1си:: евмпозлуыах С Томск, 1980; Таллнн, 1984; Тбилиси, 1933); ка зсессгэньи совещаниях по наледям СИркутск, 1973; 1934); 1'л лсесошном совещании по криофобности С Якутск, 1889); на вссмоэзном си>я1с?иуме по аэрозолям (Одесса, 1989), на гляциологических симпозиумах з Звенигороде, на заседаниях научного сеиинара ИМ снеялых лавин и селей и кафедры крнолитояогии и глящгологяи. По теме диссертации опубликована 41 работа.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Поставленные залачз и методы их решения, имевшийся фактический материал определяют структуру и содерЕание работа. Работа состоит из введения, трек частей, посвяденных теоретическим аспектам льдообразования, рассмотрении места кон£ел}щионных льдов з криосферз 8<?шш, анализу имеюнегося фактического материала, и заключения, включаемого в себя основные выводы и некоторые практические аспекты теории формирования струхтуры хонжеляционных льдов.

В первой части, посвященной рассмотрению теоретических основ кристаллизации воды, приведен обзор сведений о взаимодействии молекул воды и о строении кристаллической решетки льда, на основании которых рассчитана поверхностная энергия основных сечений кристаллической решетки и опредеяе-кы форма и размеры зародыша кристалла льда, условия его возникновения при гомогенном и гетерогенном процессе кристаллизации и показана роль микронеровностей поверхности реальных твердых тел в замерзании воды.

Во второй части работы рассмотрены теоретические основы формирования структуры конхеляционных льдов. Процесс кристаллизации воды в природных условиях носит гетерогенный характер, вследствие чего основное внимание в этом разделе уделено формировании приконтактных слоев льда на поверхности твердых тел. В первой главе анализируется распределение микронеровностей на поверхности и проведена аналитическая оценка температуры возникновения льда в неровностях различного размера и разной конфигурации. Приведены результаты экспериментального определения пороговой температуры возникновения льда на различных минералахметаллах, горных породах и органических материалах и охарактеризованы значения показателя активации

льдообразования для исследованных веществ. Во второй главе рассмотрены теоретические положения зависимости структуры льда от материала субстрата а температуры наморагсиаания и приведены результаты экспериментальных исследования. Юсобсе внимание уделено ориентации кристаллов в прзшонтактном слое и показана роль шероховатости поверхности субстрата и особенностей его строения. Третья глава посвящена анализу существующих теорий роста кристаллов, в ней также изложены основные положения разработанной автором теории кластерного роста. Рассмотрены закономерности роста в объеме воды и на поверхности твердых тел. В заключительном параграфа проведено аналитическое рассмотрение закономерностей формирования структуры на стадии ортотропного роста и представлены результаты экспериментальных исследований.

Основные положения первой и второй частей работы является теоретической базой представленных в третьей. части

классификации основных видов конгаляционного льдообразо_вания

в природе и анализа закономерностей формирования конжеляционных льдов в атмосфере, гидросфере и литосфере на примере наиболее широксраспростраиенного случая постепенного охлаждения воды и среды. В первой главе третьей части рассмотрены условия возникновения и роста ледяных образований в атмосфере, роль аэрозольного загрязнения атмосферы и состава аэрозоля в образовании твердых осадков. Особое внимание уделено морфологии кристаллов и закономерностям формирования структуры атмосферных льдов. Предложена классификация морфологических типов атмосферных кристаллов. Вторая глава посвящена анализу условий формирования ледяного покрова водоемов. Выделены основные типы структуры поверхностных слоев льда и рассмотрена их зависимость от термодинамических условий образования ледяного покрова. ч Охарактеризованы закономерности формирования структуры на этапе роста ледяного покрова, проанализированы условия формирования жидких и газовых включений и захвата механических примесей растущими кристаллами. В третьей главе рассмотрены особенности 4 замерзания воды в дисперсных горных породах в зависимости от термических условий промерзания, от минералогического и гранулометрического состава и от влажности грунта. Охарактеризованы основные закономерности формирования структуры раэделительно-конжеляционных льдов. Четвертая глава посвящена анализу формирования текстурных неоднородностей природных конжеляцион-

- 7 - '

кых льдсз. Рассмотрена стадиальность фзрмяроикяя структура конхеляциошшх льдоз и оснс2пко причины и закономерности образования текстурных неодггородностей в льдах наледей я обледенений, в льдах водов;«?»* к др. В, заключении работы рассматривается один ез аспект сз ее практического приложения и приводятся осповныэ, зацитаеюго ЛБТорсм пояохсггая работы.

Работа содержит З&О стр?якц ыаляпюттасного текста, иллюстрирована 19 таблицами я 67 рзс-ужакн и микрофотографиям! льда.■ В списке литературы содерпггея 333 наименований отечественной и зарубежной литература.

Автор приносит глубокую благодарность за вникание и поддергку заведующему КИЯ снежных лавин а селей С.М.Мягкову, заведующему кафедрой криолитологии я гляциологии А. И. Попову, профессору гаф^дри К- Ф. ВсЯтковскоуу я ведущему научному сотруднику А. Н. Бакинскому. .

Особую признательность автор вырагает ядэйяок/ ггаставншсу с первых дней работы з Московском Университете профессору 0. А. Савельеву.

Искреннюю благодарность автор выражает завэдукадец/ Н11Я проблем освоения Севера В. И. Сояояатину за творческое содружество в обсуждении результатов исследований.

Автор благодарит сотрудников лаборатории и кафэдры В. Н. Конкщева, Е. С. Тропкину, Л. А. Ушакову, В.В.Рогова, Н.В. Тумель.Н. А.Шполянскув, Н. А. Володичеву, Г. А. Розенбаум, М.Н.Лаптева, принимавших участие в обсуждении отдельных положений работы, а также В. К. Войтковского, Ю. С. Лаптева, В.К.Кирина, Т. В.Болтнезу, Т.Н.Кабанову, непосредственно участвовавших в проведении исследований.

СОДЕРЖАНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РА60ТЫ ВВЕДЕНИЕ

Формирование ледяных кристаллов в атмосфере, ледяного покрова на поверхности водоемов, повторно-жильных и инъекционных льдов в многолетнемерзлых грунтах, промерзание грунтов^ гололедно-наледные и рефляционные процессы - эти и другие случаи формирования конжеляционных льдов развиваются в разных

геосферах и при различных термодинамических условиях, но могут быть объединены между собой по принципу единства процесса

- в -

льдообразования.

Условия е закономерности фораярованяя, географическая приуроченность различных таша природам конжоледионных льдов подробно расзмотравм в ргботазс А.Б.Добровольского С1923), Б. П. Вэйибарга (1840), С. Б. Калэсикаа (1963), П. А. Шуйского (1954, 1955), Б. А. Савельева С1933, '1971, 1980), В. М. Котлякова (1523,. 1633), А. Д. Заморского (1955), Е. П. ДраяеЬича С1971), Л. Г. Качурина (1973), Н.Н.Эубоза (1945), И. С. Песчанского (1983), Н.В.Черепанова (1963, 1976), Р.В.Дончэнхо (1971), В.В.Панова (1976),1 О.Н.Толспшша (1974), В. Р. Алексеева (1978, 1937),

A. И. Попова (1965, 1887), Е. А. Вториное ¿1974), Б.И.Втюрпна (1975), Б. Н. Достоьалова и В. А. Кудрявцева (1937), Н.Н. Романовского (1977), Т. Н. Еесткозой (1930, 1982), И.М.Корейли (1984),

B. И. Содома-гака (1983), Э.Д.Ераюва (1987), У.Иакайя (1954), А. Ассура и У.Уикса (1960, 1034), Б.Мейсона (1961), Н.Флотчера (1962, 1970), Х.Хоббсз (1974) и других отечественных и зарубежных исследователей. >

Широкое разнообразие типов конезкяцхюнкшг льдов и суаествэ-шшэ различия условия их формирования явились причиной углубления специализации и детализации исследований, что привело к ' обособлении разделов структурного ледоведения не только по объекта» и методам исследований, ко порой и по трактовке динашсси основных фезическня процессов (возникновение и рост ледяных кристаллов, формирование структуры ледяных тел, кристаллизационная дифференциация), иа что обратил внимание П. И. Мельников (1976), подчеркнув необходимость анализа криогенных процессов с позиций фундаментальных положений теории кристаллизации воды и с учетом специфики термического режима оболочек Земли.

Проблема разработки фундаментальных положений формирования льда и его структуры входит в сферу интересов теоретической криологии и, в частности, структурного ледоведения, основные положения которого, как науки о ледяных горных породах и законах их образования, в том числе положения о стадиальности и географической зональности процессов льдообразования были сформулированы в работах А.Б.Добровольского (1923), С.В.Калес-ника (1962), Б.П.Бейнберга (1940), П.А. Шуйского (1954, 1955), Б.А.Савельева (1963, 1980, 1991), В.М.Котлякова (1968, 1982), А. И. Попова (1965), Б. И. Втсрина С1965), В. И. Соломатина (1986),

- 9 -

И. М. Корайва С1934), В. Р. Апаксасва С1978, 1337).

Задачи, стогадэ . перед структур^« ледоведояием, как саиостоятелышм научным напразигаштои в сфера криологических знакаЯ, а пшнно гашение ол*а-зятов п параметров внутреннего стрсснпл ледяных тэя и прайсссов, протекаицих при ш: формировании и матаиор^зэкэ я уятаяовлэниэ связей мггду строением, с2о"ства;.п, условиаш еозкшзювопея а суайствования ледяных образований, инест язео ак^асенвуи природоведческую направленность, слошвпувся на бгзо . сгрртурно-гэкетичоских исследований природных скоплен^ льда, а несут в седо в качество основного принципа постулат гекетаческоЭ минералогии, утаерхдащЕА, что "стрсояиэ калдого княвралького агрегата есть продукт условий ого образования и поелвдуг'дзго мотакорфизма" (Григорьев, 1931 1931). С другой стсро:::; аадачз структурного яедогедэпзя коюто было .бы откости х ккаютотадаи фанка, химии или. петрологии льда, однако пгобходао подчеркнуть, что методологической оскозсй структурпого ледовэдешгч, как и криологии в цело;1, дзлкегся географический, зеняяькыг подход, поскольку яэяяные иассы, будучи весььга ялнагпг-ганн объектом, распределяются з криосфере Зехтп в соответствия с принаяпоц географической зоиальпоста я сама, в своя очередь, становятся одним из опредоляютх факторов этой зональности. Пэ степени динамичности кассы, строения и морфологии ледязнэ образования располагается кэяду структуршаш обргзозаяпяа ат'/ос&ри и гидросферы, с одной стороны, и горкьша породами и слагаежнл ими геоморфологическими объектами, с другой, являясь одной из основных составляющих природных ландшафтов, вследствие чего совершенно очевидной становится необходимость самого пристального изучения процессов, развивающихся во всех объектах кркосфвры.

На это, в частности, указывает В.М.Котляков С1987), подчеркивая, что задачи глобального географического прогноза и прежде всего те, что связаны с вопросами экологии и воздействием человека на природную среду ставят на первый план среди других проблему изучения фундаментальных законов формирования льда и его структуры.

В работе основные случаи конгеляционного льдообразования в различных геосферах и закономерности формирования структуры конжеляционных льдов анализируются с единых позиций, базирующихся на разработанных автором представлениях о механизмах

возникяоаевня и роста кристаллов льда, о природе яьдообразущей актиюостн инородных тел а о ыехаииз^ах и факторах структуро-образоваляя на разных стадиях фор^ровакгш ледяных тел.

Природные кокеэляционеыэ льда обычно являзтся агрегатами кристаллов, т.е. шевт поликристалличоское строение, описываемое параметрами структуры, такими как разкара, форма, ориентация зерен, наличие к расположение включений и примесей. Структура горкой породы является, наряду с -минеральным а химических составом, ее иагкеШилм признаком, а для мономзше-ральных пород, таких как кокезляцйонныэ льды, основной, практически единственной характеристикой, позволяющей диагностировать и классифицировать породы по генезису к условиям образования (Заьарицкий, 1936; ЛеммлеЯн, 1973; Шумский, 1953; Котляков, 1982; Сокоматан, 19863. Структура является также наиболее объективным показателем физических свойств горной породы СВойтковский, 1960; Лавров, 19593.

С петрографических позиций структура горной породы ыохет бьггь охарактеризована следующими критериями:

13 степень кристалличности составных частей;

23 абсолютные размеры к форма зерен;

33 относительные размеры зерен;

43 соотношения зерен мезду собой и степень их идиоморфизма.

Эти критерии были приняты нами и для характеристики структура ледяных образований, прл этом, однако, следует отметить, что если первые три критерия ыогут быть использованы в своем истинном, петрографическом смысле, то четвертый критерий в иономннергяьных породах, таких как конЕеляционкыа льды, характеризует лишь изменение ангедральности, т.е. извилистости границ зерен, обусловленное соотношениями свободной снергии граней соседствующих кристаллов.

Структура является наиболее динамичной характеристикой вещества, отражающей условия формирования и существования, и любые изменения термодинамического состояния среды в период кристаллизации обязательно находят свой отклик в параметрах структуры. Поэтому информация, содерхаащяся в структуре ледяной породы, позволяет не только судить о. ее генезисе, но и характеризовать условия,при которых происходило формирование ледяного тела СШумский, 1935; Соломатин, 19863.

Сильную зависимость от таких параметров структуры, как

размеры кристаллов и упорядоченность их ориентация, должны проявлять все физические и реояогпчяскиэ свойства льда в силу анизотропии физических свойств христаллов и существенной рола мегзернозыя границ в развита» деформационных процессов, в электро- и теплопроводности, Кногочкслокга» исследования механических и рэолсгнческих свойств и процесса дефорьгарования поликристалличэского льда (БоЯтковский, 1£К50; Лавров, 1989; ВоЯтковскнй, Голубев, 1972, 1973; Сзвег&ев. 1933; НоЬЬэ, 1974) подтверадавт эта пслоаеякя. Поэтому гвнстэтеская обусловленность, детерминированность параметров стр-гсстурм относительно условий формирования коагэяяционных льдов позволяет решать задачу прогнозировали ко только структура, ко я свойств льда на основа сзедеанА о теркоданамачзском состоянии среды во время его формирования. Однако, учитывая многофакторность зависимости физическая свойств от структуры, такой прогноз мозвэт быть только опсорэдоааннги, опкраодимея на первичный прогноз параметров структуры, что в сгсэ очередь требует устаковлэгшж количественных зависимостеЛ меаду параметрами структуры полшфкоталлнчэ-ского льда и условиями его образования. На реаеннэ таке2 ээдачя и ориентирована работа в своем практическом првяокзыт.

Очевидно, что только на основе детально разработанной •теории 'зарождения и роста кристаллов льда возможно установить основные закономерности в формировании структуры конжеляционных льдов, классифицировать типы структуры и охарактеризовать диапазоны изменения параметров структуры при изменении условий формирования, оценить возможности дешифрирования информации, содержащейся в структуре конжеляционных льдов, выявить факторы, определяйте эффективность инициирования процесса льдообразования различными веществами и адгезию льда с ними, разработать методы создания льда с заданными структурой и свойствами.

ЧАСТЬ I. Теоретические основы кристаллизации воды

На основании данных о энергии водородной-связи и сведений о строении кристаллической решетки льда 1К, приведенных в работах К.Лонсдейл и П. Оустона (1948, 1950), Н. Бьеррума С1951) и Дж.Роулинсона (1951), Д. Эйзенберга и В.Кауцмана (1975) были определены некоторые характеристики упаковки молекул в основных -сечениях кристаллической решетки и значения поверхностной энергии этих сечений, составляющие: для базисной грани (0001) -

119 эрг/смг; для призматических граней (1Ï00) и (1120) - 128 и 141 эрг/см2, для пирамидальной грани С1Г01) - 163 эрг/см2. Полученные значения поверхностной энергии позволили охарактеризовать равновесную форму совершенного кристалла льда и охарактеризовать размеры реальных кристаллов, форма которых должна обязательно соответствовать равновесной форме.

Введено понятие о кристаллографически равновесном зародыше льда, являвшемся минимально возможным скоплением молекул, которое, обладая дальним и ближним порядком, свойственным кристаллическому телу, сохраняет при разрастании свои топологические свойства и содержит все грани равновесной формы кристалла льда. Зародыш льда, являющийся минимальным количеством твердой фазы, имеет размеры 2,49 и 2,71 нм в поперечнике и 2,3 нм в высоту, соотношение высоты и поперечника 0,89, состоит из 460 молекул, относится к дитригонально- пирамидальному виду симметрии Зт и имеет форму почти изоыетричной призмы с отчетливо выраженным гемиморфизмом. Форма весьма малых кристаллов льда хорошо согласуется с теоретически выведенной формой зародыша.

Термодинамическое равновесие такого зародыша в объеме переохлажденной воды, определяемое на основании .классической теории гомогенного процесса зародышеобразования СФренкель,1945; Volтег,1939; Turnbul1,19493 наступает при температуре -38,5°С, соответствующей температуре спонтанной кристаллизации мелких капель воды. Существуюеле сведения о строении воды указывают на возможность существования достаточно крупных агрегатов молекул, кластеров, размеры которых и время существования возрастают при понижении температуры (Bernai,1937; Pauling,1940; Frank,1957; Buijs,1963; Rasmussen,1973). Формирование зародыша льда из статистически существующего кластера становится возможным лишь при температуре ниже -35°С, что позволяет сделать вывод о возникновении кристаллографически равновесного зародыша, как обязательной, начальной стадии кристаллизации и о возможности гомогенной кристаллизации воды лишь при переохлаждении ее ниже -38,5°С (Голубев,1976, 1986). Замерзание воды в природных условиях связано с развитием процесса гетерогенной кристаллизации воды, основные закономерности которого рассмотрены в последнем параграфе первой части. Показано, -гго воздействие инородного тела, ведущее к повышению температуры замерзания воды определяется физико-химическими свойствами вещества.

интегральной характеристикой которых могет являться показатель активации льдообразования в, определяемый через изменение поверхностной энергии на границе раздела. Термодинамический анализ показывает, что форма зародила на поверхности инородного тела закономерно изменяется до оптимальной, при которой температура возникновения зародыжа ока&вается наиболее высокой. Дополнительное повышение температуры возникновения льда происходит в случае формирования зародила в топографических микронеоднородностях поверхности, соизмеримых с зародышем и имеющих' правильную геометрическую форму. При формировании зародыша в целях определенной конфигурации температура возникновения льда мокет повышаться до 0°С.

ЧАСТЬ Л. Теоретические основы формирования структуры конжеляционных льдов В природных условиях кристаллизация воды имеет обычно гетерогенный характер, и зарождение ледяных кристаллов происходит на поверхности инородных твердых тел. Сложенные в первой части теоретические положения о зарсдшге кристалла и о преимущественном возникновении их в микронеровностях поверхности положены в основу теории формирования структуры льда, представленной во второй части.

Распределение шероховатостей на поверхности твердого тела по размерам может быть описано уравнением: п=А-ехр[-саг(1п2)2], где 2- размер неровности, с и а - показатели конфигурации неровности и степени шероховатости поверхности. Закономерное изменение формы зародыша в зависимости от показателя активации льдообразования в и конфигурации неровности выдвигает определенные требования к оптимальным размерам неровностей. Пороговое переохлаждение в неровности определяется соотношением с), на основании которого построены диаграммы, характеризующие пороговые переохлаждения воды йТ* в микронеровностях различной конфигурации в зависимости от их размера 2 и показателя активации в.

Непосредственное определение показателя в различных веществ через значения поверхностной энергии на границе раздела практически невозможно, в виду отсутствия данных о величинах поверхностной энергии твердых тел. Проведенный анализ возможного влияния физико-химических параметров вещества на

величину в показывает, что наличие в составе вещества групп ОН" , близкие или кратные льду параметры кристаллической решетки, низкие значения модуля сдвига, равномерное распределение зарядов должны соответствовать высоким значениям показателя е. Экспериментальные определения пороговой температуры замерзания воды на различных материалах позволили охарактеризовать значения показателя шероховатости а для различных поверхностей и значения показателя а для металлов (0,140,35), минералов и горный пород (0,1*0,9) и ряда органических веществ (0,4*0,8). Для наиболее характерных диапазонов значения а и а аналитически определена концентрация ыикронеровностей, активных при различных переохлаждениях воды.

Во второй главе анализируется роль различных факторов в формировании структуры приконтактных слоев льда. Установлено, что при высокой концентрации активных центров и относительно слабом переохлаждешш контролирующими факторами являются скорость роста кристаллов льда и теплофизкчзскиэ характеристики субстрата. При малой концентрации активных центров и высокой переохлаждении воды контролирующими фахтораыи структуры является концентрация возможных центров кристаллизации. Аналитически охарактеризованы закономерности измененения размеров кристаллов в зависимости от показателя активации в, показателя шероховатости а и переохлаждения воды аТ. ■ При исследовании ледяных образований, сформировавшихся на различных веществах, выявлена зависимость параметров структуры от температуры замерзания, шероховатости поверхности и материала субстрата. Установлено также сильное влияние строения материала субстрата на структуру формирующегося льда: на материалах волокнистого строения, характеризующихся высоким содержанием микронеровностей типа щели (дерево, волокнистые и слоистые минералы), число кристаллов на один-два порядка выше, чем на крупнозернистых субстратах (кварц, полевые шпаты и др.) или на поверхностях аморфных веществ (лако-красочные покрытия, органические материалы, стекло и пр.).

Существующие гипотезы роста кристаллов не содержат в себе положений, позволяющих объяснить микроблочное строение кристаллов и присутствие в них газовых, жидких и твердых включений. Используя представления Е.С.Федорова (1915) разработан механизм кластерного роста кристаллов. Термодинамический анализ процесса

встраивания кластеров в реве^ку ,льда а оценка вероятности встраивания кластеров со слабо- разянчагдимися ориентациями квазиреиеток позволяли охарактеризовать йзлечнен рассогласования шшроблоков в 2*6 угловых градусов, что соответствует имеющимся данным о субграницах в. кристаллах льда. Предложенный механизм поззоляэт объяснить перечисленные вше явления и, кроме того, определить соотноигониз гкзгду скоростями роста в различных кристаллографических направлениях и закономерности изменения морфологии кристаллов в зависиюсти от температуры. Скорость роста льда по такому механизму V=0,033-C4T)1,75 см/с хорошо согласуется с экспериментальными оценка.«! скорости роста различных граней льда CF1etcher, 1971; Hofabs, 1981). Свободная энергия, заключенная во льду, образовавз-гкся при переохлавдении воды Ю'МО"1 °С, могзт составлять 4+40 дх/л3 и является одной из причин интенсивной рекристаллизации льда.

При разрастании льда по поверхности твердого тела квазире-иэтка присоедннящЕхся кластеров долага согласовываться с кристаллическими решетками растуцего кристалла и субстрата, вследствие чего ледяные кристаллы, формирующиеся з пряконтактном слое, характеризуется значительной дефектностьа строения и часто имеют плавно изменяющуюся ориентацию, оптической оси СВейнберг, 1940; Knight, 1962; Голубез, Кабанова, 1976).

Теория геометрического отбора и особенности ортотропного, однонаправленного роста кристаллов рассмотрены в работах А. В. Шубннкова С1935), Г. Г. ЛеммлейнаС 1973), П. А. ШумскогоС1955), Б.А.Савельева С1963, 1991). Однако, при нарастании льда часто наблюдаются "аномальные" случаи, противоречащие теории. Аналитически и экспериментально показано, что процесс разрастания одних и выклинивания других кристаллов обусловлен суперпозицией двух факторов: термодинамикой кластерного роста, определяющей преимущественный рост в направлении осей а, и анизотропией теплопроводности кристаллов, обеспечивающей большее переохлаждение перед с-кристаллами, что согласуется с представлениями П. А. Шуйского о "термотропии" роста. При экспериментальных исследованиях роста мозаик из различно ориентированных кристаллов льда было установлено, что при градиенте температуры в ледяном покрове 0,5-Ю, 7 град/см происходит изменение характера выклинивания: при больших градиентах преимущественное развитие получают д-кристаллы, при меньших - с-кристаллы.

-16 -

ЧАСТЬ III. Конжеляционвые льды в криосфере 3еи$я и закономерности формирования их структуры Основные положения первой и второй чазтей работы являются теоретической базой 'представленного в третьей части анализа закономерностей формирования структуры коняеляционных льдов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Предложено три основных варианта взамодействия вмещающей среды и замерзающей воды, учитывающих специфику тепло и массопотоков:

1) замерзание воды в процессе постепенного охлаждения воды и вмещающей среды;

2) замерзание воды при вхождении, в контакт с поверхностью холодного субстрата;

3) замерзание капель переохлажденной води, осаждающейся на поверхность субстрата.

На рис.1 представлена классификация видов коееоляционного льдообразования. Классификация включает только основные виды н моает быть детализирована за счет таксонов более низкого ранга. Устанавливая общность и различия между проявлениями конжеляца-онного льдообразования в различных геосферах по характеру поступления воды и по характеру термического взаимодействия воды и вмещающей среды, классификация позволяет выявлять общие закономерности в формировании ледяных тел, в структуре и в текстурных особенностях слагающего их льда.

Основными факторами, определяющими формирование структуры конхеляционных льдов являются:

1)характер поступления воды к фронту замерзания или распределение воды во выещающей среде:

а)непрерывное поступление воды или равномерное заполнение;

б)периодическое поступление или равномерное распределение;

в)эпизодическое поступление или изолированные скопления воды.

2)термический режим кристаллизации:

а)постоянная температура, на поверхности и изменяющиеся градиент и переохлаждение у фронта замерзания;

б)изменяющаяся температура на поверхности и квазипостоянные градиент и переохлаждение;

в)изменяющаяся температура на поверхности и изменяющиеся градиент и переохлаждение.

3) минерализация воды: а)пресная вода;

гетерогенный процесс

постепенное охлаждение воды и субстрата

замерзание воды на контакте с холодным субстратом

замерзание капель

переохлажденной воды на субстрате

промерзание

грунтов.

сегрегационный и цементный лед

атмосферные льды

ИНФИЛЬТРА-ционно-ре-желяционные явления В грунтах и в снежно;!

толще

наледи.

иньекци-онные и повторно-жильные . льды

гололедные явления;

обледенение природных объектов • инженерных сооружении. судов. летательных аппаратов;

технологическое намораживание

-Л I

Рис.1.

классификация основных видов хонжеляциснного льдообразования

- 13 -

<Я слабо минерализованная вода С < Sss>3;

в)минерализованная и морская вода. 4)параметры субстрата Ein визцаю^ей среды:

а)неструктурированные Сстехлозатш, газообразные, жидкие);

б)однородно структурированные (монолитные кококрясталлическае);

в) разнородно структурированные (монолитные полиглшеральные);

г)анизотропно структурированные (волокнистые, слоистое).

г)стеклозаткэ, плотные а«ор$нке.

Три первых фактора определяют закономерности формирования структуры конжеляционного льда постоянно в течение всего процесса льдообразования; четвертый фактор является определяющим на стадии формирования первичного, приконтактного слоя льда, впоследствии его влияние становится опо.зредоганным, через параметры структуры первичного слоя льда. (

Наиболее шзроко распространенным, сстречавцицся во всех геосферах, является вариант постепенного охлаждения воды к вмещающей среда, вхлвчаюздй в себя образование атмосферных льдов, формирование ледяного покрова водоемов и процесс промерзания грунтов. Именно эти йаибслае характерные случаи формирования конжоляцконных льдов в криосфаре Зеылв и анализируются более подробно в третьей части работы.

Глава III. 1. Возникновение и рост лодатнш образований в атмосфер©

Формирование атиосферныя яедякга кркстгиак© с&г-шо рассматривается как процесс сублккацканниЯ, хотя вовпнкновенио пэрвичныз, зароккЕэвых кристаллов, как показано в работе, üo:xt быть связано лишь с гетерогенный процессом замерзания атмосферной влаги, сконденсированной на аэрозольных шпсрзчастацах. Конденсация водяных паров в нзоднородностях поверхности частиц начинается при 805» влажности и интенсивно развивается при пересыщениях tC ила переохлаждениях ¿Т, малых по сравнению с пороговыми переохлаждениями воды. Фактором, определяющим возникновение льда ка нерастворимых в воде аэрозольных частицах, является температура воздуха, которая должна быть ниже или соответствовать пороговой температуре возникновения льда в наиболее активных неоднородностях аэрозольных частиц, что согласуется с концепцией единственности Г.Вали (1971), выработанной на основании натурных наблюдений.

Существующие представления о концентрации,составе и

распределении аэрозольных частиц по размерам (Шго,19Ш; Мойсон, 1971; Мазин, 1971, 1982; Кондратьев, 1981; Twor.oy, 1977) позволяют определить разкери частиц, содергадих на сзоей поверхности иикрокероэиссти различной хонфягурацяи и разкера, и охарактеризовать концентрацию ьжсрсчасткц, активнее в разлнчглк интервалах температуры. Показало, что для аэрозольных чэегг'ц размером менее 3 ни, составляющих основную часть аэрозоля, пороговая температура активности составляет -15°+-30эС и зависит от хюгичэского и минерального состава аэрояоля. Увеличение' размера частицы на порядок в диапазоне* 10*40* ни должно вести к поЕьиению температуры их активности, в среднем, на 5°40°С. У2ел::чг1шэ общего аэрозольного загрязнения атмосферы, особенно частицами крупного размера, содоргакдя слюдистых и глинистых частиц и ncmzicuze гарохоЕлтоста их поверхности (золовка м?т:анизи оиразеваняя аэрозоля) изгот привести к повш;ешга температуры возникновения ледянпх кристаллов на 10°»15°С. Исследования ледяних кристаллов (Hüchel, 1967; ' Кивау, 1S09; Качурин, 1979;. Мазая, Й~"еттер, 1S83) подтверждают заводи о возникновении атмос$ср?кх ледяных кристаллов на нерастворимых в водэ частицах аэрозоля а о тзигературных диапазонах активности микрочастиц различного размэра, основанием для которых послуззля тосретячесяяв положения первой и второй частая работы.

Сугугстзукдао классзфзкацяи сногяяох (Эамсрсхай, 1923; Мэздународяая..., 1SS3) содергат бсльаоо количество морфологических тппсэ, границы кэгду которшя веема условны. Нэ иэнее условны я слозкы для интерпретации и диагракны, увязквавзко иор^ологнчмкае тепы кристаллов с температурой и зяагяоетьа воздуха СНькауа, 1954; Kigcno, Lee, 1963). Рассмотрены ¡■.акококерности роста атаосфзркых кристаллов с учетом приведенных в части I величин погерхностяоа энергии различных граней и охарактеризованы кзпенения морфологии кристаллов при изменения абсолютного и относительного пересыщения водяным паром. Выведенные соотношения между поверхностью и объемом атмосферных кристаллов являются необходимым дополнительным критерием для выявления зависимости иорфояогпи кристаллов от параметров состояния атмосферы. Степень относительногб пересыщения водяным паром определяет соотношения в развитии габитусных граней, т.е. развитие столбчатых или пластинчатых

ДС„ СГ*

—40вС

-30вС

-20*с

о

АС.,г/м3

*оЗо о!Е оЗо"

Рис.2. Диаграмма-классификация морфологических типов атмосферных кристаллов льда: I-сплошные столбчатые; II-скелетные столбчатые; Ш-сплошные пластинчатые; 1У-скелетные пластинчатые; с -соотношение мевду высотой и поперечником кристаллов; А - линия раздела столбчатых и пластинчатых кристаллов, с«0,89; ББ -сплошных И скелетных, К-0,3

форм, а величина абсолютного пересыщения сказывается, в основном, на сплояности кристаллов, т.е. степени развития их поверхности по отношению к массе. На рис.2 представлена диаграмма-классификация основных морфологических типов кристаллов, связывающая морфологию кристаллов с величинами абсолютного и относительного пересыщения зодяным паром. Выделено четыре основных типа: столбчатые сплошные, столбчатые скелетные, пластинчатые- сплошные и пластинчатое скелетные, занимающие определенные зоны в поле абсолютных и относительных пересыщений. Границы зон проведены по соотновению между высотой Н и поперечником в кристалла, равному 0,89, а по показателю пустотности к кристаллов, равному 0,3. Использование количественных характеристик точно определяет положение кристалла на диаграмме и позволяет оценивать термодинамическое состояние атмосферы во время формирования красталла," в частности такие параметры, как абсолютное и относительное пересыщение и, соответственно, температуру воздуха. Область высоких абсолютных и низких относительных пересыщений определяет зону форхфования атмосферных ледяных образований неправильной форны Сград, крупа и пр.) в интенсивного обзернення первичных кристаллических форм.

В заключении главы рассыотренн закономерности формирования структуры атмосфорных льдов. В силу ограниченного количества мякронеровностей на поверхности аэрозольной частацивероятность возникновения на ней одновременно нескольких кристаллов льда чрезвычайно иала. В наиболее типичных условиях формируются мояокристаллическиэ ледяные образования - снежинки различной морфологии. На наиболее крупных частицах в случае низкой влажности и низкой температуры воздуха возможно возникновение одновременно нескольких кристаллов и формирование полихрис-таллических сростков типа "ежей", а в случае высокого абсолютного пересыщения псликристаллическнх образований типа градин. Предложена принципиальная схема формирования структуры атмосферных льдов.

Глава III.2. Закономерности формирования структуры ледяного покрова на поверхности водоемов

Описания условий возникновения и структуры ледяного покрова водоемов, приведенные в работах Б. П. Вейнберга (1940), П.А.Щумского (1953), Б.А.Савельева (1963,1980), И.С.Песчанского

(1957). B.Mitchel C1967), N. Fletcher С1970), E. PaundeK 1970). V. Waeks (1981) и _ собственные наблюдения автора позволяет принятьесточнкк 'поступления центров кристаллизации в поверхностный слой води в качестве . основного фактора, определяющего закономерности формирования • и структуру льда-Возникновение ледяных кристаллов на центрах, существующих в поверхностном слое воды, соответствует условиям радиационного "охлаждения; разрастание кристаллов, привнесенных' из воздуха или захваченных течением, а такт возникновение кристаллов на центрах- кристаллизации, расположенных в прибрежной части, происходит в условиях общего понижения температуры.

Основным источником центров кристаллизации является частицы атмосферного азрозоля. Интенсивность осаждения частиц на поверхность акватории, их льдообразующая активность и скорость оседания в поверхностном переохлажденном слое воды анализируется в качестве основных факторов, определяющих структуру поверхностного слоя льда. Показано, что при радиационном охлаждении поверхности воды зарождение льда может происходить лишь на частицах размером ЮМО* нм . врем пребывания которых в поверхностном слое воды оказывается достаточным для возникновения и разрастания кристаллов льда. Охарактеризованы термические условия (дТ>0,1°С) формирования лучевидных и дендритных кристаллов, а также скорость роста и поперечные размеры таких дондрнтов. При переохлаждении воды ¿Т<0,1°С основным становится сплошной рост кристаллов. Время формирования ледяной корки на поверхности водоема при радиационном охлаадеюш его поверхности составляет около 10* с. При низкой отрицательной температуре воздуха центры кристаллизации заносятся в воду либо в результате конденсация и замерзания влаги на аэрозольных частицах в приповерхностном слое воздуха, либо за счет выпадающих твердых осадков. Анализ скорости роста кристаллов и интенсивности осаждения центров кристаллизации показывает, что в первом случае время формирования сплошного ледяного покрова составляет ЮМО'с, а во втором Ю'+Ю'с. Полученные данные позволяют прогнозировать время установления и структуру поверхностного слоя ледяного покрова по прогнозу метеоусловий. Проведенный анализ условий формирования поверхностного слоя льда и систематизация результатов натурных наблюдений позволили выделить три основных типа

Состояние поверхности водоема СПОКОЙНОЕ ДИНАМИЧНОЕ

Источники центров кристалли- • зации Поверхностный слой воды АТМОСФЕРА Поступление с других участков водоема

Сопутствующие гидрометеорологические явления и процессы Радиационное охлаждение поверхности воды Интенсивное испарение Туман испарения Твердые осадки Замерзание капель воды

Структура поверхностного слоя льда Неравномерно-зернистая, с крупными удлинению® н ангедральныма кристаллами и с хаотичной ориентацией осей С Мелко- и средне-зернистая, с изошзтричэскими кристаллам и с преимущественной (вертикальной или горизонтальной) ориентацией осей С Неоднородная в пространства, с участками: 1) ызлхо- и среднез ернисто-го льда с хаотичен ориентацией осей С; 2) ярупозернис-того льда с удлиненными кристаллами и хао-тичюй ориентацией осей С

Рис. 3. Соотношение мевду условиями формирования и основными типами структуры поверхностного слоя ледяного покрова водоемов

структуры поверхностных слоев льда, соответствующие определенным условиям охлаждения, динамике поверхности воды и источнику центров кристаллизации (рис.3).

Нарастание ледянбго покрова в толщину происходит за счет ортотропного роста кристаллов в условиях нестационарного термического режима, вариациям которого могут соответствовать три варианта термического режима на нижней поверхности ледяного покрова. Первый вариант, .. отвечающий условиям формирования поверхностного слоя ледяного покрова, характеризуется высокими градиентами температуры С до 10 град/см) и глубокому СдТ>0,1°С) переохлаждению относительно толстого слоя воды С5 мм и более). В таких условиях происходит трехмерный дендритный рост кристаллов в 1 +2-сантиметровом слое воды, а формирующийся слой льда может быть охарактеризован как горизонт объемной кристаллизации, или горизонт дендритного роста кристаллов. Время формирования этого слоя составляет 2+3 часов.

При толщине льда 3+10 см градиент температуры составляет обычно 1*3 град/см, скорость роста льда определяется выражением У=7,7-10~®СдгабТ), а переохлаждение воды на низшей поверхности ледяного покрова равно дТ=2,2-Ю~г(дгасШ0'®7, или, в среднем 0,02+0,05°С, что соответствует условиям сплошного роста кристаллов льда и разрастанию' ¿-кристаллов. Время формирования горизонта составляет 10в*106с. Этот горизонт характеризуется преимущественным развитием длиннопризматических кристаллов с горизонтальной ориентацией оптической оси Сд-кристаллов).

Третий горизонт ледяного покрова формируется при градиентах температуры 0,1+0,5 град/см, переохлаждении воды 10"3+10"г °С и скорости роста кристаллов до 10~5 см/с. На этом этапе ведущим становится фактор анизотропии теплопроводности льда, вследствие чего преимущественное развитие получают кристаллы с . вертикальной ориентацией оптической оси (с-кристаллы). Продолжительность развития этого горизонта определяется лишь сроками холодного периода/ Анализ процесса развития ледяного покрова показывает, что разрастание и выклинивание кристаллов при ортотропном росте обусловлено формированием неплоского фронта кристаллизации и боковым разрастанием выдвинувшихся вперед кристаллов.

Равновесная температура на фронте замерзания морской или минерализованной воды при минерализации ее более 3* оказывается

ниже того узкого диапазона переохлаждения пресной воды (лТ<0,03°С), при которой может проявляться эффект анизотропии теплопроводности льда. В таких условиях рост л-кристаллов происходит с большей скоростью, чем с-кристаллов, а образующийся ледяной покров слагается длиннопризматическими кристаллами с упорядоченной параллельной поверхности замерзания ориентацией оптических осей, что является характерным признаком ледяных образований из морской или минерализованной воды.

III.2.3. Кристаллизационная дифференциация

Изоморфное вхождение в решетку льда веществ, растворенных в воде, практически исключено, что ведет к образованию зоны повышенной концентрации этих веществ перед растущими кристаллами льда и развитию процесса кристаллизационной дифференциации. Сплошной рост кристаллов в результате замедляется, диффузия и развитие ячеех конвекции ведут к формированию ячеистой поверхности роста, дендритному росту кристаллов и к захвату минерализованной воды разрастающимися дендритами с последующ:!« образованием жидких включений: пленочных, располагающихся вдоль границ кристаллов, и сферических или эллипсовидных, приуроченных к зонам контакта нескольких кристаллов. В зависимости от скорости и механизма роста кристаллов соленость образующегося льда иогет изменяться от 0,8+0,9 солености воды при высоких градиентах температуры и дендритном росте кристаллов до 0,03 при градиентах менее 0,1 град/см и сплошном росте кристаллов.

Формирование зоны повышенного содержания газов, растворенных в воде, перед фронтом кристаллизации может вести при скорости роста более 10~5см/с к превышению предела растворимости газов и формированию макроскопических пузырьков вследствие адсорбции избыточного количества газов на механических примесях в воде. При замерзании замкнутых водоемов газовый состав пузырьков может существенно изменяться вследствие различной растворимости газов от преимущественно азотного к азотно-кислсродному, к кислородному и даже углеводородному в случае вымерзания замкнутого объема воды. Анализ поверхностных свойств минеральных частиц указывает на избирательную сорбцию газов на частицах карбонатно-полево-шпатового состава, по сравнению с глинистыми и слюдистыми

частицами и кварцем. Это положение подтверждается данными минералогического анализа включение в ледяном-покрове водоемов и состава осаждающихся частиц (Савельев, 1963; Хорн, 1972). Возможным механизмом оттеснения газовых пузырьков является искажение их формы: показано, что пузырьки с размерами менее 10~гсм должны оттесняться растущими кристаллами'льда.

Включение механических примесей в ледяной покров возможно либо в случае всплывания частицы вместе со сформировавшимся на ней газовым пузырьком, или когда скорость оседания частицы оказывается меньше скорости роста льда, что особенно характерно для частиц размером менее lOW При нарастании льда снизу оттеснение минеральных частиц льдом может быть связано с сорбцией растворенных газов на их поверхности.

III.3.Возникновение и рост льда в дисперсных горных породах

Особое внимание условиям формирования и структуре грунтовых дьдов при описании процесса промерзания грунтов уделили в своих работах П.А.Шумский C19S5, 1959), А.И. Попов (1967), Е.А.Втюрина и Б. И. Втюрин (1970, 1975), Т. Н. йесткова С1982), В. И. Соломатин (1986), Э.Д.Ершов (1979, 1986), В.В.Рогов (1988).

Вместе с тем проблему формирования льда в грунтах и, прежде всего в части, касающейся закономерностей формирования структуры льдов нельзя считать разрешенной, поскольку установление общих закономерностей осложняется существенными различиями условий замерзания воды в грунтах разной влажности и дисперсности. Дискретное распределение влаги по менисковым и манжетным стяжениям, приуроченным к контактам зерен, определяет специфику промерзания неводонасыщеиного грунта. Промерзание происходит, в основном, за счет многочисленных актов зарождения льда в изолированных друг от друга иебольиих по объему скоплений воды, распределенных на неодинаковых по площади изолированных участках поверхности минералов с разными значениями показателя активации вис разной шероховатостью. Изменчивость льдообразующей активности, частиц грунта, обусловленная различием их минерального состава и размеров предполагает неодновременность замерзания изолированных менисковых образований, что создает эффект растянутого во времени и в пространстве фазового перехода, причем очевидно, что в водоненасыщенном грунте существует не фронт, а область промер-

зания-крлсталлнзации. Возникновение ледяных кристаллов возможно в любой точке зоны, где соблюдается граничное условие - отрицательная температура грунта и необходимое переохлаждение воды.

В водонаскщеняом грунте вода, распределенная в пространстве между етноральньши зернами, образует единую систему и кристаллы льда, возникшие на наиболее активных частицах разрастаются по всей системе менисковых образований и перемычек между ними , а пороговое, переохлаждение воды оказывается менее гллубоким, чем в водоненасьщенном грунта. В зависимости от влажности грунта и характеристик смачивания минералов формируется базалькыЗ-, поровый или пленочный лед СЖесткова, 1982; Ершов, 1935; Рогоз, 1383), причем в полимияералькых грунтах возмогло существование на соседних участках и порового и пленочного льда. Промерзание полностью водонаснщенного грунта протекает во многом аналогично кристаллизащш воды, содержащей большое количество механических примесей. При высоких градиентах температуры развивается дендритный рост льда, что ведет к фиксации минерального скелета и равномерному распределению газовых и солевых включений по ледяной матрице грунта. 'Лз-за дефектности роста дендритоз происходит рассогласование ориентации дендритов с ориентацией первичного кристалла и по отношению друг к другу на 15-30°, вследствие чего ледяная матрица грунта характеризуется слабо выраженной упорядоченность!) ориентации кристаллов в пределах отдельных блоков мерзлого грунта. При продолжающемся однонаправленном росте развитие каждого из кристаллов ограничивается не только соседяюл! кристаллами, но и частицами грунта, а наиболее крупные частицы могут полностью приостанавливать рост кристаллов.

Вода, располагающаяся в текстурных неоднородностях грунта, обычно представляет собой единую систему, контактирующую с частицами различной льдообразующей активности, вследствие чего замерзание ее может происходить при меньшем переохлаждении, чем основной части менисковых и поровых стяжений, расположенных по сторонам текстурной неоднородности. Положение о протяженной области промерзания позволяет объяснить явление гистерезиса содержания незамерзшей воды в цикле замерзание-оттаивание СЦы-тович,1973; Ершов, 1986), а также многие особенности структуры сегрегационных льдов, выявленные при петроструктурных исследованиях мерзлых грунтов СКоннова,1959, 1961; Шполянская, 1965;

Вгврия, 1975; Еестадаа, 1982; Соломатин, 1986; Рогов, 19833.

III.4. Закономерности формирования текстурных особенностей природных конжеляционных льдов При выделейии стадий обычно оперирует одним или нэсколькнки показателями, характеризующими изменения в динамике процесса. В предложенной п. А.Шуйским стадиальности процесса льдообразования в качестве показателей используется геометрия пространства роста, направление н величина ташюпотоксв и давление в сзстеме. Первые два показателя-позволяют надежно выделять две стадии: 13 протокристаллизацки и 23взаимостесненного, однонаправленного роста,- тогда как выделение 33остаточной стадии связано лишь с изменением давления в систем.

Приникая в качестве показателя стадиальности условия формирования и состав газовых включений ыооо ввдзлеть две основные стадии: 13стадию недифференцированных по составу включений, развивающуюся при дендритной росте льда, а во временном интервале и пространственно обычно совпадающую со стадией протокристаллизации; 23стадию дифференцированных по. составу включений, образующихся за счет приграничного слоя повышенной концентрации, которая во временном интерзале соответствует стадии однонаправленного роста. Закономерное изменение состава газовых включений позволяет выделить 4 ступени, из которых остаточной стадии льдообразования может соответствовать стадия формирования газовых включений углекислоткого и углеводородного состава.

Использование в качестве показателя стадиальности изменений факторов структурообразования позволяет количественно определить положение границ всех стадий структурообразовакия и выделить в составе стадии однонаправленного роста две подстадии: аЗпреимущественного роста д-кристаллов и б)преимущественного роста с-кристаллов, - реализующиеся практически во всех случаях замерзания непроточных пресных водоемов. В целом же стадии, выделяемые по изыенекхю состава включений или факторов структурообразования лишь детализирует стадиальность процесса льдообразования, установленную П. А. Шуйским, подтверждая тем самым ее универсальность.

Стадиальность полностью реализуется лишь в случае непрерывного поступления воды к фронту замерзания и отвода

. - 2У -

тепла фазового перехода через толву нарастающего льда. Изменение режима поступления воды и термических условий ведет к нарушению кинетика процесса льдообразования к к формирования текстурных неоднороднсстеЗ. Описания процесса наледообразованаз (Толстюегн, 1974; Алексеев, 1975, 1978, 1887; Корейша, 1983, 1987; Ходаков, 1969; Соколов, 19753, процесса обледенения п гололедообразоваиня (Даев, 19S3; Драневич, 1971; 1!азкн, 1S37; Никифоров, 1SS3; Панов, 1976; Трунов, 19JS; Качурин, 1862,19643 и технологического намсрагавання льда ССосповский, 1980; Кодаков, 1981; Сморытан, 1984) позволяет- считать, что изменения характера поступления воды к §ропту замерзания являются основным фактором формирования текстурных ЕеодноростйЗ и причиной широкого разнообразия тзпсв структуры н текстура налодннх образований: от ретлых, снегоподобных типа пзшрозя, до плотных, монолитных гололедных образований. Формирована текстурных неоднородностей шеот быть обусловлено изменениям структуры льда, а гкепно размеров, формы и ориентация кристаллов, проасходяшшэ соответствия с основными полохипиаа второй части работа, мяк изменениями количества я состага включений в соответствия с взлогешпа® екеэ полотениякя кристаллизационной дифференциации.

Текстурные неоднородности и струхтура наледных льдов несут в себе информацию о термическом резшке атмосферы п подстилавшего слоя, минерализации и температуре излившейся воды, толщине слоя и могут быть использованы для реконструкция условий наледеобразовакия (Голубев, Корейша, Солсыатин, 1980).

Цзкенения структуры льда обледенений и гололедных образований определяются вариациями интенсивности и периодичности поступления воды к поверхности намерзания, изменениями минерализации и переохлаждения капель воды, осаждающихся на намораживаемую поверхность (Савельев и др. ,1970; Голубев, 1972, 1886, Сосновский, 1980; Сморыгин, 1934).

Текстурные особенности ледяного покрова водоемов связаны с условиями образования поверхностного слоя, со стадиальностью процесса структурообразования льда и изменениями механизма выделения и состава газовых и жидких включений, изменениями термического режима на поверхности ледяного покрова и в объеме воды, с процессами наслоения и формирования подсовов (Савельев, 1963, 1980; Черепанов, 1964; Войтковский, Голубев, 1976;.

- 30 -

Значения показателя активации льдообразования, краевого угла смачивания и изменения поверхностной энергии для ряда природных и исскуственных материалов

материал показатель активации льдообразования и краевой угол смачивания а изменение псэерхиостной энергии Ат эрг/смг

1 2 * 4

биотит 0.45.. 0.50 17 83. ..90

гипс 0.05.. 0.10 И О. ..85

кальций 0.00.. 0.05 77 гг. ..25

кварц 0.10.. 0.15 16 83. ..87

микроклин 0.15.. 0.20 34 п. ..75

мусковит 0.50.. 0.55 15 ае. . .95

роговая обманка 0.35.. 0. 40 57 55. ..57

галенит 0.40.. 0. 45 45 ьз. ..68

молибденит 0.55.. 0.60 68 . 50. . .53

дерево • 0.8... 0.9 16 98. .102

алюминий 0.35.. 0.40 72 33. ..35

медь 0.15.. 0.20 8С 13. ..21

молибден 0.25.. 0.30 65 43. (VI

свинец 0. 40.. 0.45 63 «3. . .48

сталь 0. 30.. 0.35 75 а. ..33

винипласт О.5... 0.6 6С а. ..53

краски,змали, лаки 0.3... 0.6 45 * 80 . 44. .84

парафин 0.6.... 0.8 95 2В. .16

плексиглас 0.4.... 0.6 48 ее. .67

полиэтилен 0.6.... 0.8 77 40. .45

стекло 0.5.... 0.6 23 ю. .86

фторопласт 0.05... 0.10 95 э ...4 .

Голубев л др., 1932; Эагороднов.Эотиков, 1830; Втюрия, 1987; Assur, Veeks, 1S64) и могут служить надежныьа репернша горизонтами при характеристике ледовового режима акваторий и при реконструкции, метеоусловий и изменений термического режима на поверхности акваторий в сезонном и многолетнем циклах.

III.5. Некоторые аспехты практического приложения теории формирования структуры конжеляционных льдов

Одной' из областей возможного практического приложения изложенных выие теоретических положений является проблема адгезии льда с различными материалами. Существуйте в настоящее время теории адгезии СДерягин, Кротсва, 1949, 1973; Горвнов, 19723, объясняя физическую сущность явления, не предлагают обобщавшего критерия для сравнения различных веществ при поиске "катализаторов" процесса льдообразования, обладавщих высоксй прочностью адгезии со льдом, или эффективных протявсобледени-тельпых средств. Показатель активация га и показатель гидрофоб-ности материала Скраевой угол смачивания) позволяют оценить изменение сзободной энергии tt при образовании льда на поверхности твердого тела. Эта величина является единственным переменным параметром в уравнения работы адгезии и поэтому может служить наиболее объективным показателем при сравнительной характеристике веществ по прочности их смерзания со льдом. Сравнение приведенных в таблица данных о значениях а, угла смачивания а, н ¿г С Голубев, 1989) и данных о прочности адгезии льда с различными материалами (Цытович, Сумгин, 1937; Еойтков-скяЯ, 1960; Кобл, Кингери, 1SS7; Панюшкин и др., 1972, 1989) показывает, что величина имеет надежную корреляцию с прочностью адгезии о=10^дг Па и может быть использована при решении задач, связанных с созданием льдокомпозитных материалов и с обледенением инженерных сооружений.

Заключение

Принципиальные положения выполненных исследований, составляющие преднет защиты, сводятся к следующему.

I: Разработаны теоретические основы формирования структуры конжеляционных льдов, включающие в себя: 1)положение о кристаллографически равновесном зародыше; 23механизм зарождения и механизм роста кристаллов льда; 3)положение о характере и распределении центров кристаллизации;

- 32 -

4)механизм формирования структуры приконтактного слоя льда;

5)механизм формирования структуры при стесненном росте кристаллов:

Показано, что „ процессы гомогенного и гетерогенного замерзания воды начинаются с формирования кристаллографически равновесного зародыша, что механизмами зарождения и роста кристаллов являются флюктуационный рост субъединиц структуры воды - кластеров и включение в решетку льда слабо раэориентированных кластеров. Положение о кристаллографически равновесном зародыше позволило оценить критические размеры микронеровностей, способных являться центрами "кристаллизации льда, и их распределение на поверхности твердых тел. Основными факторами структурообразования являются.- при формировании приконтактного слоя льда - термические условия на поверхности, параметры строения и свойства субстрата и распределение центров кристаллизации; при стесненном однонаправленном росте термические условия на фронте кристаллизации. Механизмом формирования структуры при стесненном, однонаправленном росте является выклинивание и разрастание кристаллов, обусловленное анизотропией роста, а в узком диапазоне малых переохлаждений суперпозицией анизотропии скоростей роста и анизотропии теплопроводности льда.

II. Разработана классификация основных видов конжеляционного льдообразования в криосфере Земли.

Устанавливая общность и различия между проявлениями конжеляционного льдообразования по характеру термического взаимодействия воды и вмещающей среды, классификация позволяет выделять общие закономерности в формировании ледяных тел, в структуре и текстурных особенностях льда и может быть детализирована за счет таксонов более низкого ранга. Основными факторами формирования структуры -конжеляционных льдов являются характер поступления воды или распределение ее во вмещающей среде, термический, режим кристаллизации, минерализация воды, параметры субстрата или вмещающей среды.

III. Установлены закономерности формирования структуры атмосферных льдов, ледяного покрова водоемов и льда в дисперсных горных породах.

Формирование ледяных кристаллов в атмосфере происходит на твердых аэрозольных частицах, увеличение содержания которых

ведет к повышению температуры возникновения льда, причем концентрация активных аэрозольных частиц составляет около 10% от общей концентрации аэрозоля. Морфология атмосферных кристаллов определяется относительным пересыщением атмосферы водяным паром, степень сплошности кристаллов - абсолютным пересыдениеы. Разработана диаграмма - классификация основных морфологических типов атмосферных кристаллов, включающая четыре основных типа: сплошные столбчатые, скелетные столбчатые, сплошные пластинчатые, скелетные пластинчатые, - границы гежду которыми определены по соотношению между основными размерами кристаллов и по степени заполнения льдом объема кристалла. Количественные морфологические характеристики позволяют оценивать термодинамическое состояние атмосфэры во время формирования осадков. Разработана принципиальная схема формирования структура атмосферных льдов.

Разработана классификация структуры поверхностных слоев ледяного покрова па водоемах, учитыващая источник центров кристаллизации, теригеоский резям и дшшяосу поверхности водоема. Разрастание а выклинивание кристаллов при стоспсипоы, однонаправленном росте льда связано с анизотропией скоростей роста и анизотропией теплопроводности льда, прячем в случае формирования льда на морских и проточных водоемах последний фактор оказывается несущественным. Образование жидких и газовых включений связано с дендритным ростом кристаллов при высоких градиентах температура и с формированием зоны поваленной концентрации растворенных веществ перед фронтом кристаллизации.

Промерзание водоненасыценного грунта происходит за счет многократных актов зарождения кристаллов в изолированных скоплениях воды, причем вследствие неодновременности их замерзания существует область промерзания - кристаллизации и создается эффект растянутого во времени и в пространстве замерзания воды. В водонасыщенных грунтах кристаллы, возникшие ранее других, разрастаются по системе менисковых образований, вследствие чего переохлаждение воды оказывается менее глубоким, а зона промерзалая - кристаллизации менее растянутой.

IV. Установлены закономерности формирования текстурных особенностей природных конхеляцнонных льдов.

Факторами, определяющими возникновение текстурных неодно-родностей, являются стадиальность процесса структурообразова-

ния, нарушения термического режима и поступления воды к фронту кристаллизации, изменения минерализации воды и содержания растворенных газов, динамические воздействия на ледяной покров.

V. Теоретические основы и выявленные закономерности являются составными, частями концепции формирования структуры конгеляционных льдов в криосфере Земли и представляют необходимую теоретическую базу методов дешифрирования структурной информации и прогнозирования структуры и свойств конхеляцноиных льдов.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Структура и текстура погребенных льдов в моренах Малоалма-атинских ледников. - В кн. : Гляциологические исследования в период МГГ, вып.4. Алма-Ата: АН КазССР, 1954, с. 162-167. (совместно с Токмагамбетовым Г.А.)

2.Структурные исследования льда (глава в учебном пособии Б.А.Савельева "Руководство по изучению свойств льда"). - Н. : МГУ, 1964,с. 16-50. ~

3. Изменение структуры поликристаллического льда в процессе деформирования. Тезисы докладов на Всесоюзном совещании по мерзлотоведению. М.: МГУ, 1970, с. 139-140.

4. Строение ледяных образований, формируются при обледенении судов. Тезисы доклада. - В кн. : Теоретические и прикладные вопросы географии. М. : МГУ, 1971, с. 125.

5.0 структуре льда, образовавшегося при обледенении судов. -Труды ААНИИ, 1972, т. 298, с. 105-115.

6. Формирование льда на инородных телах. Тр ГГИ, 1972, вып. 192, с. 114-122.

7.Зависимость механических свойств льда от его структуры.

- Вкн. : Лед и его воздействия на гидротехнические сооружения. Л. : Гидрометеоиздат, 1972, с.3-8 (совместно с Войтковским К. Ф. )

8. Структурные особенности адгезии льда с твердыми телами.

- В кн. : Лед и его воздействие на гидротехнические сооружения. Л. : Гидрометеоиздат, 1972, с. 37-42. (совместно с Савельевым Б. А. .Лаптевым M.Н., Савельевым И.Б.)

9.Зависимость механических свойств льда от условий его образования. - II Междунар.конф. по мерзлотоведению. Доклады и

сообщения, г. га. 4. Якутск, 1973, с. 3-15. (совчэстао с Бойткозскгц К. Ф.)

10. Еагисзмость структуры льда от солеиостзг закерзагзэй води. - В на.: II Ь'еглун&роднат конференция по «зрэлэто-гздегаш.' Доклады и сообщения, вып. 4. Якутск: Якутскоэ кних пэд-зо, 1973, с. 180-184.

11. Мзссопоронос ш :.:отакср£изм в снежном покрове. - ЯГЙ, 1975, И'25, с. 153-159. (совместно с ВсЗтковсюш К. 0. и др.)

12. Изменения структуры и плотности с«ега в процессе ползучести. - МГМ, 1975, N £5, с. 153-159. (совместно с Ройткозсхам К. ■}., Есжяяскш А. Н. а др.)

13. Условия обрлеоздяяя льда в природе я равновесная форм соварЕентя кристаллов .тал,а. - В ?ш.: Вопроса крпологея Эакяэ. П.: Наука, 1973, с. ЕЗ-81.

14. рос? и структура яедяпогс покрова при различных терга-ческшс резитах. -'В га.: Рогу.тлрсЕ^.-э 'ледовых язлепиИ па каскадах гздрсуэгоа. Л.: Энергия, 1976, с. 9-12. (совместно с РсЗтксзсюУ В. К.)

15. Оссбгннснггл ^эршреганая ад» на певерггоста манераясэ.

В кн.: Проблем крлатктсяоггя, вып.5. М.: КГУ, 1976, с.

37-49. (сгсус-етпо с КзйаЕогса Т.Н.)

16. йгиэнегао структура спета в процессе дазааоиэтаяврфззю. - 3 кн.: К-зрзлш породы я спсззшЗ покров. !!.: Иод. Наука, 1977, с. 112-123.

17. Кояпч'-лтаезяге ззргятерЕстггся структуры снега. - ШИ, 1977, N 31, с. 164-163. Ссовкзстпо с Всйтковсгаш К. Ф.)

18.Структура и деформация льда. - В кн.: Тезисы докладов VII Всесоюзного сэзезлппя по гляциологии. Томск, 1980. (совместно с Соясиатптшу Э. II)

19.Задача структурного аяаягза при изучения наяедного льда. -НГИ, 1£80 (1531), выя. 40, с. 194-197. (совместно с Корейзей Н.М. .Солсгатпшга В. И.)

20. Исследование дефор^яруеиюти и структурных изтаяений льда в условиях трехосного сгатия. - Тр. 3-го Всес. симп. по реологии грунтов. Ленинград, 3-8 сентября 1979 г., Ереван: йзд-во Ерев. унив-та, 1980. с. 348-352. (совместно с Иуиериной Е.П.)

21.Закономерности формирования структуры ледяных образований на поверхности твердых тел. - В сб.: Гляциологические исследования, N 26. К.: Радио и связь, 1981, с. 60-66.

22. Условия возникновения льда на границе твердого тела и воды. - Э сб.: Гляциологические исследования, N 23. М.: Радио и связь, 1981, с. 16-21.

23.Влияние структуры на механические свойства снзга. - МГИ, 1982, Н' 43, с. 109-113. (совместно с Войтковсюм В.К., Болтневой Т. В.)

24. Изменение структуры льда в процесс© ползучести и строение льда в ледниковых куполах. - В кн.: Теаксы докладов 5-го Всесоюзного симпозиума по реологии' грунтов. Волгоград, 16-17 октября 1985 г., М.: Стройкздат, 1935, с. 24-23.

25. Метод прогнозирования структуры ледяных образований. В кн.: Ученые МГУ - науке н производству. М.: МГУ, 1986.

26. Кинетика и механизм гомогенной кристаллизация вода. -В кн.: Проблемы инженерной гляциологии. Новосибирск: Науна, 1833, с. 5-10.

27. Прогнсзированиэ условий возникновения, структуры и прочности ледяных покрытий на поверхности твердых тел. - В кв.: Проблемы инженерной гляциологии. Новосибирск: Наука, 1986, с. 121-128.

28.Некоторые закономерности кристаллизации воды в дисперсных горных породах. - МГИ, 1688, N 62, с. 31-36.

29.Новые данные о коэффициенте диффузии водяного пара в снеге. - МГИ, 1938, N 63, с. 76-81. (совместно с Войтковским К. Ф., Сазоновым А. В., Сократовш С. А.)

30. Некоторые закономерности деформирования мореносод&р-жащэго льда. - МГИ, 1988, N 64, с."(совместно с Кунииьш И.В.)

31.Структурные иследования ледяного керна Джантуганского фирнового плато на Центральном Кавказе. - МГИ, 1933, N 64, с. 25-33. (совместно с Михаленко В.М., Серебрянниковым А.В., Гвоздиком 0. А.)

32.Влияние криофобностн материала субстрата на прочность смерзания льда с твердыми телами. - В кн.: Криофобность и криофобные ледостойкие материалы. Якутск: Изд-во Якутского научного центра, 1989, с. 6.. '

33. Силы адгезии льда с твердыми телами. - В кн.: Инженерно-геокриологическое обеспечение строительства сооружений. Новосибирск: Наука, 1989, с. 11-19.

34.Математическая модель тепло- и массопереноса в стратифицированной снежной толще. - В кн.: Труды 3-го Всесоюзного