Физика и моделирование криогеннных процессов в литосфере

Авторы: Горелик Я. Б.,Колунин В. С.

Физика и моделирование криогенных процессов в литосфере

Давайте обсудим свойства удивительного природного образования, которым является мерзлая порода. Основными компонентами рыхлых отложений являются минеральные частички и вода, которая содержит естественные примеси растворенных веществ. Ясно, что химический состав компонентов мерзлой породы совпадает с составом талой, из которой она образовалась. Первая неожиданность возникает при анализе физического состояния воды в мерзлой породе. Оказывается, что мерзлый грунт является таковым не вполне - помимо льда в нем (вплоть до очень низких температур порядка ) всегда содержится определенное количество незамерзшей воды. Эта вода находится в термодинамическом равновесии с внутригрунтовым льдом и способна течь как обычная объемная жидкость. Этот факт был обнаружен в конце прошлого века шведским ученым Холквистом и имеет фундаментальное значение для понимания очень многих природных явлений, происходящих в естественной мерзлой толще. Проще всего было бы объяснить этот факт наличием растворенных солей в поровой жидкости. Однако многочисленными исследованиями доказано, что засоленность имеет второстепенное значение. Даже в хорошо отмытых и заполненных дистиллированной водой грунтах содержится значительное количество незамерзшей воды. Главной же причиной являются сосредоточенные вблизи минеральной поверхности особые силы взаимодействия молекул воды с этой поверхностью, а также ее кривизна. Чем более дисперсной является порода, тем более развита ее внутренняя поверхность и тем большее количество незамерзшей воды оказывается в ней при данной отрицательной температуре. По этой причине ее количество растет в ряду от песков к глинам. Те же силы приводят к тому, что грунт остается в талом состоянии при температурах несколько более низких, чем .

Что же может происходить с мерзлой породй, если в ней содержится незамерзшая вода? Взгляните на Рис. 1, где приведена фотография ледяного тела, растущего на поверхности керамического тонкопористого фильтра. Верхняя часть фильтра вместе со льдом находится при отрицательной температуре, а нижняя - при положительной и соединена трубочкой с резервуаром, где находится вода при атмосферном давлении. Растущий лед, подобно растению, высасывает воду из резервуара, поднимаясь все выше. Скорость этого процесса - несколько миллиметров в сутки. Можно попробовать воспрепятствовать росту льда,нагрузив его сверху гирькой, однако остановить этот рост не так-то просто.

Рис. 1. Лед, выращенный на поверхности керамического фильтра.

Оказывается, что требуемая для этого нагрузка зависит от температуры охлаждения и составляет примерно 13 атмосфер на один градус. Если, к примеру, вы охлаждаете столбик льда с площадью основания при температуре, то для прекращения его роста надо положить гирю в 26 кг. Имеются эксперименты, где рост льда продолжался при нагрузке около 100 атм. Это огромная цифра. Она показывает, что при соответствующих условиях роста лед способен, как перышко, поднять любое мыслимое сооружение, нагрузка от которого обычно не превышает нескольких атмосфер. Не надо объяснять, сколь катастрофичными могут быть (и бывают!) последствия. Нагрузка, при которой прекращается рост, называется равновесной, поскольку лед находится в равновесии с водой в резервуаре. Очень интересным обстоятельством является то, что ее величина оказывается примерно в 10 раз ниже, чем необходимо для равновесия объемных фаз воды при той же температуре (около 130 атм/град). Этот факт является прямым проявлением тех же поверхностных сил, действующих вдоль минеральной поверхности, и имеет очень важные следствия. Отметим, например, что для плавления столбика льда при температуре , необходимо приложить нагрузку, чуть превышающую 13 атм (в этом случае вода потечет обратно в резервуар), вместо 130 атм для объемных фаз воды. Вернемся, однако, к фотографии. Для того, чтобы лед рос как сплошное тело, необходимо, чтобы вода из резервуара поступала непосредственно к нижней поверхности столбика, находящейся на контакте с фильтром. Но ведь верхняя часть фильтра также является мерзлой. Каким же образом это может происходить? Ответ для нас очевиден: вода поступает по незамерзающим коммуникациям - пленкам воды и капиллярам. Однако внимательный взгляд обнаруживает еще одну загадку: ледяной столбик непрерывным образом продолжается в поры фильтра, где находится его сложная корневая система-внутрипоровый лед. Но поскольку при росте масса столбика перемещается вверх, то легко сообразить, что для непрерывности корневой системы последняя также должна перемещаться в том же направлении и с той же скоростью. (При этом протяженность корневой системы по вертикали остается постоянной, поскольку она все время намерзает снизу). Как же это может происходить, если стенки пор имеют многочисленные выступы и неровности? Здесь мы имеем дело еще с одним удивительным явлением, которое продемонстрировал в конце прошлого века английский ученый Батоммли. Он медленно перерезал массивный блок льда с помощью обычной проволоки, но блок не распадался на два куска, а оставался целым. Объяснение этому состоит в том, что лед плавится на передней части проволоки, а оттекающая вода замерзает на ее тыльной стороне. Явление плавления льда в местах повышенных напряжений и последующее замерзание в местах разгрузки получило название режеляции. Так, например, происходит перемещение ледников по каменистому, шероховатому ложу. Именно благодаря этому явлению и происходит перемещение внутрипорового льда вслед за ледяным телом на поверхности фильтра. Нетрудно понять, что для перетекания жидкости к тыльной стороне препятствие (например, проволоки) необходимо, что бы вокруг него существовала пленка незамерзшей воды. Таким образом, и здесь последней принадлежит основополагающая роль.

Мы подробно остановились на простом лабораторном эксперименте, чтобы выделить основные элементы и их причинно-следственные связи в данном процессе. Отметим их еще раз: поверхностные силы смещают точку равновесия фаз воды в грунтах по закону, отличному от объемных фаз. Это приводит к существованию равновесного содержания незамерзшей воды при отрицательных температурах, способной течь, как объемная жидкость. В свою очередь, становятся возможными процессы миграции влаги и перемещения льда внутри пористой матрицы за счет режеляции. Рост ледяных тел как на поверхности, так и внутри грунта может иметь место только при наличии первых двух процессов. Насосом, вызывающим движение воды в сторону растущего льда, являются те же поверхностные силы, величина которых возрастает в направлении от теплой к холодной стороне фильтра.

То, о чем говорилось выше, представляет качественную сторону явлений. Однако для прогноза развития реальных процессов в природных условиях необходимо установление строгих количественных связей между содержанием незамерзшей воды, температурой и давлением в среде, а также величинами соответствующих потоков тепла и массы. Их запись основана на тщательном анализе многочисленных экспериментов, подобных описанному выше, и требует привлечения фундаментальных понятий термодинамики, механики деформируемых тел, гидродинамики. В совокупности это образует целое направление, исследующее физику криогенных процессов, которые могут происходить в холодных регионах Земли и космосе. Вершиной этой деятельности являются математические модели этих процессов, которые позволяют давать количественную оценку самых различных по масштабам и значению событиям из прошлого, настоящего и будущего. Роль этих моделей важна и для обоснованного проектирования инженерных сооружений.

Рис. 2. Изменение температуры мерзлого грунта под нагрузкой 3 МПа при начальной температуре. (а) супесь пылеватая, ; (б) глина,

Вернемся к мерзлому грунту. Хорошо известно, что обычные тела при сжатии нагреваются. Происходит это вследствие перехода энергии деформации в тепло за счет внутреннего трения элементов среды. Однако взгляните на Рис. 2, где представлены диаграммы температурного поведения двух типов мерзлых грунтов под нагрузкой. Они ясно показывают, что в момент нагружения температура грунта скачкообразно понижается и восстанавливается практически до исходного значения при снятии нагрузки. Обратите внимание, что величина нагрузки в несколько раз ниже, чем необходимо для плавления обычного куска льда при той же отрицательной температуре. Почему так происходит? Ответ легко может быть получен, если мы вспомним, что на контакте с пористым телом лед плавится при существенно меньших нагрузках. Но для плавления льда необходимо подвести тепло, которое может быть взято только из внутренних запасов грунта, определяемых его теплоемкостью. Это вызывает охлаждение всей системы. Этот эффект назван баротермическим, поскольку связывает изменения давления и температуры в мерзлом грунте. В данном эксперименте кроме того важно, что вытаивающая влага дренирует в специальную обойму из плотной промокательной бумаги, в которой расположен образец грунта. Вода не замерзает в этой обойме, поскольку бумага обладает очень тонкопористой структурой. Если бы материал обоймы был более грубым, то отжимаемая вода вновь бы замерзала, а тепловой эффект от фазовых превращений стал бы равен нулю. На первый план при этом вышли бы силы трения - образец должен несколько повысить свою температуру. Это и происходит, например, в талых грунтах, а также в мерзлых, но очень маловлажных. В последнем случае внутри грунта имеются многочисленные воздушные полости, в которые собирается отжатая вода и замерзает там вновь. Однако природные грунты, как правило, водонасыщены и этот эффект проявляется в естественных условиях неожиданным образом.

Рис. 3. Распределение температуры в скв. 11. 1 - начальное распределение (равновесное);2 - через 100 лет; 3 - через 500 лет; 5 - фактические данные.

Посмотрим внимательно на Рис. 3, где точечными символами показаны фактические данные измерения температуры мерзлых пород в специально оборудованной термометрической скважине вблизи г.Салехард. Эксперимент готовился очень тщательно, что обеспечило точность измерения в , так что сомнения в достоверности этих данных отпадают. Слой мерзлого грунта, залегающий в интервале глубин от 140 до 240 м, перекрывается талым водонасыщенным прослоем толщиной около 50 м. Выше до самой поверхности массива лежит еще один слой мерзлой породы, который не показан на рисунке. Образование нижнего слоя мерзлоты связано с потеплением климата в прошлом, так что верхняя часть массива оттаяла. Слой грунта, оставшийся при этом в мерзлом состоянии, называется реликтовым. Последующее похолодание привело к образованию верхнего слоя мерзлых пород, который, однако, не достиг кровли нижнего слоя мерзлоты. Эти климатические трансформации продолжались несколько тысячелетий. За столь значительное время температура внутри реликтового слоя должна была установиться в соответствии с условиями термодинамического равновесия в толще. Эта равновесная кривая обозначена цифрой 1 на Рис. 3 и имеет наклон в силу влияния гидростатического давления на точку фазового равновесия воды в мерзлом грунте. Значительное отклонение фактических данных от кривой равновесия представляется совершенно неожиданным. Реликтовый слой оказывается охлажденным ниже равновесной температуры несмотря на то, что расположен между двумя талыми образованиями, имеющими положительную температуру пород. В этом можно было бы усмотреть даже нарушение второго начала термодинамики. Объяснить же такое распределение температуры обычными способами практически невозможно. Например, можно предположить какое- либо необычное распределение концентрации растворенных солей в поровом растворе, смещающих точку равновесия в пласте. Однако авторы наблюдений специально отмечают, что минерализация грунтовой воды чрезвычайно мала и не влияет на кривую равновесия. Не проходят и иные объяснения, основанные на колебаниях температуры поверхности массива в силу существования мощного талика над реликтовым слоем. Ответ же на этот вопрос содержится в диаграммах на Рис. 2 и в анализе истории образования этого слоя. Во времена потеплений, когда происходило оттаивание верхнего слоя грунта, одновременно происходил и нагрев нижнего мерзлого слоя. В какой-то момент нагрузка от вышележащей толщи стала превышать равновесное значение для внутригрунтового льда, который при более низких температурах находился в термодинамическом равновесии с окружающей породой. С этого момента лед начал таять, что и привело к охлаждению массива. Плавление льда, которое происходит во всем объеме реликтового слоя, протекает очень медленно и наблюдаемое распределение температуры может сохраняться многие сотни и тысячи лет. Строгие уравнения, которые переводят приведенные рассуждения в плоскость количественных расчетов, подтверждают этот вывод. Кривые 2- 4, полученные расчетным путем, показывают, сколь длительным может быть этот процесс. Важно здесь и то, что вытаивающая жидкость дренирует по незамерзающим коммуникациям мерзлого грунта в талые образования по обе стороны реликтового слоя. Интересно, как чутко реагирует мерзлый массив на изменение внешних условий в соответствии с общим принципом Ле-Шателье: потепление климата вызывает охлаждение массива!

Рис.4.Криогенная текстура искусственного происхождения, полученная в лаборатории.

Рассмотрим еще одно интереснейшее явление, которое сопутствует процессу промерзания грунта. На фотографии (Рис. 4) показана колонка грунта после промерзания в лабораторных условиях. Нижнее основание колонки в процессе опыта находилось в контакте с источником воды. Первоначально талый грунт сохранился в нижней части колонки и является совершенно однородным. Промерзшая же часть изменилась коренным образом: образовалась четко выраженная слоистость. Слои мерзлого грунта перемежаются линзами чистого льда, толщина которых закономерно увеличивается с глубиной. Картина слоистости, которая называется текстурой мерзлого грунта, оказывается однозначно связанной со свойствами грунта и условиями его промерзания. При некоторых, вполне определенных условиях для данного типа грунта, толщина ледяных линз может достигать размеров, превышающих высоту первоначальной талой колонки. Замечательным является то, что по образовавшейся текстуре мерзлого грунта можно в принципе восстановить температурные условия его промерзания. Ту же самую слоистость мы чаще всего обнаружим в природных толщах мерзлой породы. О на прослеживается до весьма значительных глубин от поверхности - порядка 100 - 150 м, однако максимальные толщины ледяных линз наблюдаются в верхних 10 - 40 м толщах. Ниже их толщина монотонно снижается, а расстояние между линзами увеличивается. Довольно часто в верхних слоях мерзлого грунта обнаруживаются слои льда, толщина которых колеблется от единиц до нескольких десятков метров. Совершенно ясно, что застывшая картина слоистости в промерзших рыхлых отложениях напрямую связана с климатом прошлых тысячелетий. Познать же закономерности изменения климата означает обрести ключ к разгадке многих тайн, которые волнуют человечество. Каким же образом возникает слоистость? Можно сразу сказать, что рост отдельных линз вполне аналогичен картине, которую мы описали для ледяного тела на поверхности керамического фильтра. Но чем вызвано их возникновение в данном конкретном месте и почему они прекращают свой рост спустя какое-то время? Ответ на эти вопросы требует анализа внутренних напряжений в промерзающем грунте, а точнее в той зоне, где расположена корневая система растущей линзы. В отличие от стационарного роста льда на поверхности фильтра при промерзании грунта длина этой зоны все время увеличивается, а внутренние напряжения в отдельных компонентах грунта также меняются со временем. Однако, по законам механики в каждом поперечном сечении этой зоны величина внешней нагрузки всегда должна быть равна сумме напряжений в отдельных компонентах грунта, т.е. сумме внутрипоровых напряжений (обусловленных внутренним давлением во льду и незамерзшей воде) и напряжений в скелете минеральных частиц грунта. Этот баланс подразумевает, что увеличение давления внутри пор вызывает уменьшение напряжений в скелете, если общая нагрузка остается постоянной. В некоторый момент времени в определенном сечении зоны корневой системы поровое давление, монотонно нарастая, достигает значения внешней нагрузки. В этот момент в данном сечении в скелете грунта начинают возникать растягивающие напряжения. Однако рыхлые отложения, которые образуют грунты, не обладают прочностью на разрыв и минеральные частички начинают расходиться в пространстве, которое немедленно заполняется льдом. Так образуется новая линза льда, которая перекрывает все поперечное сечение образца и лишает питания водой предыдущую линзу, которая в этот же момент прекращает свой рост. Далее процесс повторяется, что и приводит к образованию текстуры. Количественно ее параметры (размеры ледяных линз и расстояний между ними) определяются математической моделью текстурообразования, учитывающей в уравнениях весь комплекс факторов, которые оказывают влияние на этот процесс.

Рис. 5. Зависимость параметров слоистой криогенной текстуры от глубины при различных коэффициентах гидропроводности []: (а) и (б). 1 - размеры шлиров, 2 - расстояние между шлирами.

На Рис. 5 приведены отдельные примеры вычислений для промерзающего в естественных условиях массива грунта. Пример расчета на Рис. 5а подтверждает общую закономерность немонотонного распределения размеров ледяных линз с глубиной. Пример же на Рис. 5б демонстрирует возможность образования мощного слоя льда в верхней части разреза. Достоинство же математической модели, на основе которой построены эти примеры, заключается в том, что она указывает ясные причины и конкретные условия, при которых формируются те или иные картины распределения льда в массиве. Так, падение размеров шлиров, начиная с некоторой глубины, обусловлено весом вышележащей толщи, которая гасит процесс льдовыделения. Образование же массивного ледяного тела на Рис. 5б обусловлено достаточно мягкими условиями промерзания и высокой проницаемостью исходного талого образования.

Насколько полезным инструментом исследования может казаться рассматриваемая модель, показывает следующий пример. Давно замечено, что расположение ледяных линз по разрезу является не вполне регулярным. Линзы то сближаются, то вновь разбегаются, напоминая неравномерно растянутую гармошку, причем это наблюдение имеет место и в сравнительно однородных по составу и свойствам отложениях. До недавнего времени объяснить такие аномалии не представлялось возможным даже в качественном плане. Нет их и на Рис. 5. Если попытаться объяснить этот факт колебаниями температуры на поверхности массива, то оказывается, что короткопериодные гармоники с большой амплитудой на поверхности, обусловленной сезонными процессами, не проникают вглубь Земли больше чем на 10-15 м и, следовательно, не могут изменить картину распределения ниже этого уровня. Длиннопериодные колебания, обусловленные изменением климата, имеют очень малую амплитуду и также не оказывают существенного влияния на этот процесс.

Рис.6. Влияние колебания уровня водоема на параметры криогенной текстуры с глубиной. Толстые линии - постоянный уровень воды, тонкие линии - амплитуда колебания уровня 10 м. 1 - размер ледяных шлиров, 2 - расстояние между шлирами.

Какие же еще возмущения способны нарушить плавную картину в изменении параметров криотекстуры? Вспомним, что естественно залегающие грунты как правило соединены гидравлической связью с открытыми водоемами. Колебания уровня этих водоемов так же естественно, как и колебания температуры на поверхности. Однако, в отличие от температуры, изменения давления в грунтовой воде, вызванное колебаниями уровня, распространяется на большие расстояния практически без затухания. Насколько может быть серьезным такое влияние на процесс образования криотекстуры?

Посмотрим на результаты расчета конкретного примера, показанного на Рис. 6, где для сравнения приведены аналогичные данные в условиях постоянства уровня водоема. Картина в распределении льдистости разительно изменилась. Происхождение гармошки проявилось в первую очередь в периодическом изменении межшлировых промежутков, но и размеры шлиров изменились существенно. Интересно, что периодичность в расположении льда не вполне соответствует периодичности накладываемых возмущений. Здесь имеет место сложный процесс интерференции колебаний давления и изменения поровых напряжений, который приводит к образованию структур, схожих с застывшей картиной биений, известной в колебательных процессах. Для подтверждения влияния гидростатики водоема на параметры криотекстуры необходимо сравнение с конкретным геологическим материалом. Однако уже на основании выполненных расчетов можно высказать предположение, что криогенные текстуры консервируют ритмику гидрологической обстановки прошлых эпох и могут служить ее палеоклиматическим индикатором.

Рис. 7. Зависимость потока массы от температуры охлаждения в различных опытах. (а) - Бровка и др. (1990), - размер промерзающей зоны (штриховая линия); (б) - Vignes et al. (1974).

Математическая модель текстурообразования дает объяснение и другим интересным фактам, которые подмечены в натурных и лабораторных исследованиях. Например известно, что если до промерзания тонкодисперсной толщи в ней находился песчаный пропласток, то после промерзания зона над этим пропластком толщиной в 1,5-2 м практически не содержит ледяных линз. Объясняется это касанием корневой системы под очередной растущей линзой песчаного пропластка и быстрым замерзанием последнего. Все дело здесь в протяженности зоны корневой системы, которая на глубинах больших чем 15- 20 м имеет длину около метра и более.

Другой пример взят из практики лабораторных экспериментов. На Рис. 7 показано изменение скорости роста льда в зависимости от температуры охлаждения в двух опытах. Непонятным образом в первом случае эта скорость растет с понижением температуры, а в другом - падает. Объяснение этому возможно получить только на основе точных уравнений. Оказывается, что при одних и тех же внешних условиях возможно существование двух устойчивых режимов роста, отличающихся протяженностью корневой системы и по разному реагирующих на изменение температуры.

Рис. 7. Зависимость потока массы от температуры охлаждения в различных опытах. (а) - Бровка и др. (1990), - размер промерзающей зоны (штриховая линия); (б) - Vignes et al. (1974).

Конечно, не всякий содержащийся в грунте лед образуется таким образом, как описано выше. Он может быть просто погребен под наносами ила, либо образоваться из воды, внедрившейся под напором в уже мерзлые слои. Однако всегда важно точно установить условия его формирования, поскольку именно эти условия и воссоздают конкретную обстановку прошлого. Существенную помощь в этом оказывают результаты исследований многочисленных включений, содержащихся в природных льдах. Эти включения могут быть газообразными, твердыми или жидкими. Пузырьки газа могут многое рассказать о составе атмосферы в прошлые времена, твердые частички характеризуют свойства вмещающих лед пород, а жидкие капли - о происхождении и составе замерзшей воды.

Жидкая капелька концентрирует внутри себя большую часть примесей воды и потому остается незамерзшей в ледяном теле. Очень интересно то, что при наложении на лед градиентного поля температуры все микроскопические образования начинают медленно перемещаться в более теплую сторону льда. В этих условиях с течением времени происходит его самоочистка. Например, таким путем происходит опреснение морского льда, который в момент формирования содержит многочисленные капельки рассола. Исследования закономерностей перемещения включений оказывается важным для оценки возраста самого льда.

Рис. 8. Общий вид установки для исследования микропроцессов в промерзающих образцах.

Для этого в лабораториях создаются специальные криоскопические установки (фотография на Рис. 8), где наблюдаемые в микроскоп процессы выводятся на экран телевизора или компьютера, а запоминающие устройства позволяют воспроизвести все детали явлений. Одна загадка долгое время лишала сна исследователей, наблюдавших движение жидкой капли во льду. (Такое движение происходит вследствие оттаивания льда с теплой стороны капли и ее замерзания с противоположной, т.е. благодаря известному нам процессу режеляции). Дело в том, что при движении в сторону повышенных температур капелька еще и увеличивается в размерах.

Это было понятно, поскольку происходит частичное оттаивание льда так, что концентрация раствора в капле понижается в соответствии с условиями фазового равновесия при той температуре, где в данный момент находится капля. Но вот что непонятно: вследствие разности плотностей воды и льда при фактическом увеличении размеров капли внутри нее должны развиваться очень большие растягивающие напряжения, которые с неизбежностью должны приводить к газовыделению внутри капли. Однако ни один микроскоп в мире не зафиксировал это явление! Разгадка этого заключается в необычных свойствах льда. Этот твердый минерал при длительно действующих нагрузках может течь, как очень вязкая жидкость. Именно текучесть льда и разгружает каплю от высоких растягивающих напряжений. Теория, построенная с учетом этого важного свойства льда явно демонстрирует это обстоятельство в числах.

Рис. 9. Зависимость давления внутри включения от температуры в данной точке образца. 1 - лед с реальным значением вязкости, 2 - недеформируемый лед.

Два графика на Рис. 9 показывают, что вследствие текучести льда напряжения в капле уменьшаются по абсолютной величине более чем на три порядка по сравнению с его недеформируемой идеализацией. Однако правильно построенная теория позволяет решать целый ряд других важных вопросов. Например, из теории движения капель следует, что их скорость не должна зависеть от начального радиуса. Это действительно наблюдается на опыте. Другой вывод теории, который не подвергался экспериментальной проверке, состоит в том, что аналогичные включения будут перемещаться и в мерзлом грунте, будь они там образованы каким-либо путем. Причем скорость их перемещения должна быть в несколько раз выше, чем во льду. Объясняется это тем, что затраты на фазовый переход на границах существенно ниже в последнем случае из-за замещения части жидкости минеральными частицами. Это позволяет дать объяснение загадочному блужданию криопэгов - больших скоплений рассола внутри мерзлой толщи. (Вспомним, что скорость перемещения включений не зависит от их радиуса.) Это явление отмечено в Якутии и на Западном побережье Ямала. Вероятнее всего, их блуждание обязано естественным температурным градиентам, которые всегда присутствуют в природной среде.

Рис. 10. Схема добычи пресной воды из массивов льда. 1- айсберг, 2 - ствол скважины, 3 - нагреватель, 4 - насос, 5 - шланг, 6 - танкер, 7 - полость, 8 - патрубок.

Еще одним неожиданным следствием построенной теории движения капель является способ получения пресной воды из айсбергов весьма актуальной проблемы современного мира. Суть этого способа иллюстрирует Рис. 10. В ледяном гиганте бурят скважину до глубины в несколько сотен метров. Специальным нагревателем на забое проплавляем полость в которой насосом создаем максимально возможное разряжение. Под действием перепада давления в полости и в океане на ее уровне лед начинает течь в сторону полости. При включенном нагревателе он непрерывно тает на ее границах, а образующаяся вода откачивается на судно. Расчеты показывают, что для получения воды в количестве 30 т/сутки диаметр полости должен составлять примерно 6 метров. При этом скорость течения льда на границах полости очень мала - несколько микрон в час. В кратком очерке невозможно охватить все многообразие явлений, протекающих в мерзлых грунтах и имеющих физическую природу. Мы даже не коснулись таких замечательных фактов, как существование внутри грунтов льда при положительных температурах, необычной формы включений во льду, низкой температуры плавления малых ледяных тел и многого другого, что будоражит фантазию исследователя. Но все же сказанного достаточно, чтобы считать мерзлую породу удивительным образованием природы.

Горелик Яков Борисович - 1948г. рождения, кандидат физикоматематических наук, в.н.с, рук. проекта N6 ИКЗ СО РАН. Закончил Томский государственный университет в 1971 году по специальности физик. Физическими аспектами проблем геокриологии увлекся в 1978г. По данной тематике работает в учреждениях Академии Наук с 1983г., опубликовано 56 научных статей. Гранты РФФИ 94-05-16143(а), 97-05-65044(а), 00-05-64871(а).

Колунин Владимир Сергеевич - 1954г. рождения, кандидат физикоматематических наук, с.н.с. Закончил Тюменский государственный университет в 1977 году по специальности физик. Проблемами геокриологии начал заниматься в 1980г. на леднике Абрамова, Тянь-Шань. В настоящее время работает в институте криосферы Земли СО РАН. Опубликовано 16 научных статей. Гранты РФФИ 94-05-16143(а), 97-05-65044(а), 00-05-64871(а).