До середини нашого століття сформувалася нова галузь геолого-географічних і геотехнічних (інженерно-будівельних) знань - мерзлотознавство. або, більш широко, ГЕОКРІОЛОГІЇ.
Джерелами її послужили результати досліджень зони мерзлих гірських порід на півночі і сході Євразії, виконані плеядою вчених - А. Ф. Міддендорф, А. І. Воєйкова, Л. А. Ячевским, В. А. Обручева. Б. Б. Полинова, А. В. Львовим, М. І. Сумгіним, А. А. Григор 'і ін. Початковий етап розвитку геокриологии підсумовано у двотомній колективній монографії «Основи геокриологии (мерзлотоведения)», випущеної видавництвом Академії наук СРСР в 1959 м Саме з цієї великої наукової роботи і почався новий сучасний етап розвитку геокриологии.
Грецьке слово «криос» означає холод, лід, тому ГЕОКРІОЛОГІЇ можна розуміти як науку про підземному льоді, холодних і крижаних зонах земної кори. Точніше, це наука про мерзлих, промерзають і протавали гірських породах і грунтах, їх стан, будову, поширення, властивості і закономірності зміни в результаті різного роду впливів.
У геокриологии ми зустрічаємося з великим числом складних завдань як практичного, так і теоретичного характеру. Завдання ці поглиблюються у міру раціоналізації освоєння Півночі, вдосконалення проектування, будівництва і експлуатації нових споруд, розуміння екологічних зв'язків і реалізації природоохоронних заходів. Тому ГЕОКРІОЛОГІЇ, яка стимулюється подібними завданнями, швидко розвивається, залучаючи до своєї сфери велике число дослідників, чому значною мірою сприяє існуюча тісний зв'язок між геокріологіческіх, технологічними, технічними та екологічними проблемами північних регіонів.
Виділяються наступні аспекти призначення геокриологии:
- техніко-технологічний;
- інженерно-будівельний і будівельно-технологічний;
- екологічний в локальному і глобальному плані;
- біологічний (сільське господарство, лісове господарство);
- пов'язаний з видобутком корисних копалин;
- який передбачає створення заповідників, інших територій, що охороняються і рекреаційних зон;
- і нарешті, ноосферний (евристичний, управлінський, виховний).
Безумовно, ноосферний (від грец. «Ноос» - розум) аспект призначення геокриологии, по суті, об'єднує всі попередні. Уміння управляти взаємодією між природою, технікою і технологією суспільного виробництва і є основна мета людства, що розвивається в ім'я його існування. Але, щоб керувати, необхідно пізнати закономірності природних об'єктів і процесів зміни в них. Саме цій меті стосовно геокріологіческіх системам і служить молода наука ГЕОКРІОЛОГІЇ.
У ній до теперішнього часу виділилися три основні відносно самостійні гілки розвитку, це: загальна та регіональна ГЕОКРІОЛОГІЇ (мерзлотознавство), що здійснює географо-геологічні дослідження з продовженням систематизації геокриологических явищ і процесів; фізична ГЕОКРІОЛОГІЇ, яка націлена на вивчення фізичної боку геокриологических процесів в верхньому ярусі земної кори (грунті, літосфері) із залученням сучасних фізичних методів і підходів; і нарешті, інженерна ГЕОКРІОЛОГІЇ, безпосередньо пов'язана з управлінням геокріологіческіх процесами при будівництві та експлуатації доріг, комунікацій, промислових і цивільних об'єктів, розвитку гірничодобувної промисловості та сільського господарства і т. д.
Ми можемо собі уявити чітко розроблений і ефективно діючий механізм ноадаптаціі до природній обстановці як систему збалансованих технічних, технологічних і організаційно-управлінських засобів, методів і заходів, які дозволяють раціонально використовувати природні ресурси, максимально пристосовувати інженерні та інші об'єкти господарської діяльності до специфічних особливостей північних ландшафтів , забезпечувати стійкість цих ландшафтів і підвищувати показники їх якості як середовища існування чоло століття.
У цій картині техногенні впливи на територіях криолитозони зведені до мінімуму завдяки широкому і поглибленого застосування геокриологических знань, сильному обмеження площі земної поверхні, що відводиться під господарську діяльність, зниження рівня забруднень до малоістотними, розвитку постійної дорожньої мережі, а також створенню транспортних засобів з малим питомим тиском на грунт. На додаток до цього на територіях, що втягуються в господарську діяльність, для компенсації негативних техногенних впливів широко і відповідно до їх призначення застосовані термодние, теплоізолюючі і ерготермодние системи.
Як нами вже було показано при розгляді принципу руху енергії і принципу опору в фізичної геокриологии, «живучість», або стійкість, будь-якої фізичної або фізико-геологічної системи визначається потоками енергії за різними ступенями свободи цієї системи, а також відповідними опорами, що стоять на шляху руху потоків енергії. Саме система опорів для потоків енергії в різних видах її переходу і утворює будь-яку дисипативну структуру.
Грунтово-грунтові комплекси північних районів - це свого роду дисипативні структури, стійкість яких можна підтримувати шляхом введення додаткових термічних опорів (теплоізолюючих покриттів) або термічних провідників - Термодім (від грец. «Терм» - тепло, «од» - шлях).
До Термодім відносяться відомі теплові труби, термосифонного, термосваі, повітряні колонки. Як правило, ці пристрої мають замкнуту порожнину або контур з текучим теплоносієм (невязкая або легкокипящая рідина, газ або повітря). Висока теплопроводящая ефективність таких пристроїв пов'язана з конвективним переносом тепла в них теплоносієм за участю головним чином гравітаційних, (або архімедівських) сил. Іноді в подібних пристроях для інтенсифікації руху теплоносія використовують примусову циркуляцію.
В даний час Термодім знаходять все більше застосування як засіб для охолодження і недопущення відтавання мерзлих підстав споруд (будівель, гребель, опор ліній електропередач і ін.). Володіючи односпрямованим дією, т. Е. Передаючи тепло тільки в напрямку від грунту в атмосферу, Термодім фактично здійснюють охолодження грунту лише в холодний сезон року.
Швидке промороження грунту навколо підземної частини Термодім з настанням морозного сезону року запобігає розвитку сил обдимання. Тому Термодім в даний час використовують і як засіб для запобігання пученія фундаментів споруд.
У деяких ліспромгоспу в Західному Сибіру для швидкого промораживания заболочених ділянок використовували кілки (стволики дерев) приблизно метрової довжини, які вбивали в болотистий грунт. Коли мали в шаховому або ромбічної порядку, заглиблений у грунт на полдліни. Через меншого термічного опору від грунту в атмосферу в напрямку через кілки грунт навколо них промерзав швидше, ніж через земну поверхню зі снігом. В результаті приблизно на два тижні раніше можна було відкривати рух по зимовій дорозі на болоті. Після проморожування несучого шару виступаючі частини колів м'яли бульдозером.
Термодім встановлюються вертикально або похило частково заглиблені в грунт, і іншою своєю частиною контактують з тепловідводної середовищем, наприклад атмосферним повітрям.
Але вода не залишиться в рівновазі: одна з двох шахт хоча трохи (випадково) буде нагріта сильніше. У ній водяний стовп буде легше і тому він кинеться вгору, переважує більш холодним стовпом. Спочатку це рух буде слабо, ледве помітно, а потім досягне відомої постійної сили, тому що, при русі, вода в виводить каналі, пройшовши більшу відстань, буде мати температуру незрівнянно вищу, ніж в іншому каналі, куди вода щойно надійшла з охолодженої поверхні Землі.
При вузькому вихідному отворі шахти ми будемо мати не тільки гарячу воду, а й механічну силу в формі високо б'є фонтану ».
Таким чином, К. Е. Ціолковський описав Термодім для передачі внутрішньої енергії з надр планети до її поверхні з подальшим отриманням не тільки тепла, але і механічної роботи. Тому такий пристрій - це вже ерготермод (від грец. «Ерг» - робота), т. Е. Термодім, в якому здійснюється і процес цілеспрямованого отримання роботи. До ерготермодам ми маємо право відносити і відомі теплові насоси.
Термодім і ерготермоди можуть успішно застосовуватися для термічної і механічної стабілізації підстав складних інженерних споруд при економному використанні енергоресурсів. Прикладом цього може служити запатентована в США система спільного транспортування по підземних трубопроводів, прокладених в мерзлому ґрунті, нафти і газу з використанням принципу теплового насоса, який охолоджує навколишній газопровід мерзлий грунт і нагріває в'язку нафту, що рухається по нафтопроводу, розташованих у межах газопроводу. Інший приклад ерготермода - це поєднання абсорбційної холодильної машини з гравітаційною тепловою трубою, вперше запропоноване В. П. Латишевим (1974). Воно передбачає використання бінарної суміші холодоагентів і дозволяє за рахунок різниці температур двох середовищ викликати охолодження третьої середовища.
Отже, саме ГЕОКРІОЛОГІЇ відкриває шлях розумної адаптації господарської діяльності людини до природних умов Півночі, дозволяє використовувати мерзлі гірські породи в якості підстави, середовища та конструктивних елементів для різних видів інженерних споруд, вказує шляхи забезпечення їх стійкості.
Поділіться посиланням з друзями