Введение к работе
Актуальность темы. Попшиенннй интерес к попросам изучения окружавшей среди, особенно климата и водних ресурсов Земли, отмеченной в последнее время, определяет пристачьное внимание ученых разных стран к погоним снежно-ледяным массивам полярных районов.' Помимо традиционного климатологического интереса, естественным об--разом возникает экологический аспект, приобретающий первостепенную значимость. В условиях растущего воздействия человека на природные процессы возникает ряд первоочередных проблем, требуюгаих незамедлительного решения. В числе наиболее важных из них следует выделить прогноз динамики и теплового режима оледенений. Однако в теоретической теплофизике ледниковых покровов до настоящего времени не уделено достаточного внимания роли лриповерхностннх снежно-фирно-внх горизонтов. Тем не менее, именно в этом слое протекают интенсивные процессы тепломассообмена, оказывающие влияние на динамику и тепловой режим всей ледниковой толши, которая "экранируется" . рыхлой ледяной породой от прямого воздействия атмосферы.
Теплофизические расчеты при анализе процессов, происходящих в приповерхностно!.? снежно-фирновом слое, оказываются особенно сложными в силу наложения и взаимодействия различных явлений, определяющих процессы тепломассопереноса. Качество подобных расчетов в первую очередь зависит от корректности выбора физической модели, учитнваюшей основные явления, которые управляют тепловим режимом в ледниковых покровах, а также от точности определения характеристик ледяной породы, их взаимосвязей и степени влияния на процессы тепломассообмена.
С этих позиций v надо оценивать целесообразность и актуальность проведенных наследований интенсивности, временной и пространственной изменчивости процессов тепломассопереноса и их зависимостей от условий формирования и спойстл породи, стогаютюй снеччо-
ледяные порровн в различных географических регионах.
Цель работы. Основной целью настоящей работы являлось выделение , изучение л количественная оценка всех наиболее важных явлений, участвующих в переносе тепла к массы через снежно-ледяную толщу, определение влияния на их интенсивность географической изменчивости, а'такта полунанке надежных универсальных зависимостей , их основных параметров от свойств среды и обратных зависимостей, характеризующих изменение этих свойств.
Матррпапи и ілетовн исследований, Фактическую основу диссертационного исследования составили материалы, полученные автором при лаоораторпог.: изучении естественного снежного покрова Ленинградской области в гидрофизической лаборатории Государственного гидрологического института. Лабораторные и полевые исследования в снеж-но-ледяних покровах полярних стран были выполнены на куполе Вавилова fapx. Северная Земля) и в Антарктиде на ст. Восток. Кроме того , некоторые данные были собраны на 105, 140 и 200 километрах профиля Рирнып-Восток во время участия в научном походе.
I! пронесен исследований автором били разработаны новые и усо
вершенствованы уяш известные методические приски и способы изуче
ния составлявших тепломассопереноса в сухих снежно-ледяных толщах.
Кроме того,' были разработаны, испытаны и 'внедрены в ррактику ра
боты САЭ: . '
экспериментальный стенд для изготовления образцов ледяной породи (плотностью свыше 450 кг/м3 ) правильной цилиндрической формы и заданных размеров; . . ' . -> устройство для исследований зависимости термических и реологических свойств льда от гидростатического давления и температуры;
конструктивно новый кристаллизатор.для измерений интенсивности миграции водяного пара.
При лабораторных исследованиях теплофнзических свойств ледя-' ной породи, в качестве основного, бил использован метод регулярного
- 5 -\
теплового режима первого рода. Для полевого изучения теплового ' режима в приповерхностной снежной толшв были применены тепломеры. Лабораторные и полевые исследования характеристик термической диффузии водяного пара через снежный покров осуществлялись с помощью конет^руктивно новнх кристаллизаторов. Такие систематические комплексные наблюдения, одновременно с измерениями температуры и,плотности , позволили оценить роль отдельных составлявших тепломассопе-реноса в естественной ледяной породе.
Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается
в следующем: '
1; Впервые на основе экспериментальных данных показан механизм влияния диффузионного массопереноса на деформирование профиля плотности в приповерхностном снежном покрове холодных ледников.
2. Предложена гипотеза объяснения деформации профиля температуры
в приповерхностной снежной толще холодных ледников за счет ее саморазвития и роста кристаллических форм.
-
Впервые на основе экспериментальных данных для естественной ледяной породы получена обшая зависимость ее эффективной теплопроводности от темввратуры и плотности во всем ее реально существующем в природе диапазоне.
-
На основе экспериментальных данных произведена оценка влияния давлеггия на термические свойства льда. Впервые получена универсальная зависимость эффективной тепчопроводности ледяной породы от ее плотности, температуры и давления.
-
Показана возможность использования тешгофизического метода для определения границ между стадиями рекристаллизационного льдообразования.
Практичяская значимость работы заключается в разработке новых методических способов исследований и в получении на их основе универсальных зависимостей, предназначенных для расчетов и анализа
-6Г .
закономерностей тепломассопереноса в ледниковых толщах различных географических регионов. Полученные результати могут бить использованы для численного модалирования температурного режима по всей снежно-ледяной толше, как это показано в работе на примере расчетов для ледникового покрова Антарктиды в районе ст. Восток.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследо-» вания по теме диссертации обсуждались на заседаниях научных семинаров гидрофизической лаборатории ГГИ в.1983 г., отдела географии полярных стран ААНИИ в 1984 г., отдела антарктических исследований ЛГИ в 1986-1990 гг. и отдела гляциологии Института географии АН СССР в 1991 г..Основные положения, исследований опубликованы в 5 научных публикациях.
Объем и структура работы. Работа'изложена \т>0 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав и заключения. В работе помещено рисунков и /^таблиц. Список литера-, турц включает t'O названия, в том числе^^ на иностранных языках.
Работа выполнялась под руководством члена-корреспондента АН СССР, доктора географических-наук И.А.Зотикова", которому автор выражает искреннюю благодарность Автор'глубоко признателен своим коллегам по отделу антарктических исследований за помощь при подготовке и'обсуждении диссертации.