Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема мнпэации химических элементов является одной из важнейших проблем физико-химии мерзлых пород и имеет большое научное и практическое'значение.' В научном аспекте изучение миграции химических элементов в мерзлых породах необходимо для развития теоретических вопросов криолитогенеза, в частности вопросов формирования и преобразования состава многолетнемерзлых пород.
Практическая значимость данной проблемы связана с необходимостью решать экологические проблемы, возникающие в результате интенсивного техногенного загрязнения промышленных районов криолитозоны. Кроме того, мерзлые породы используются как среда для захоронения отходов,.в.частности, рассолов, а в последние годы рассматривается возможность использования мерзлых пород и для захоронения особо токсичных, в том числе радиоактивных отходов. В этом случае знание механизма и особенностей миграции химических элементов является обязательным для безопасного захоронения и прогноза распространения загрязнения.
Таким образом, проблема миграции химических элементов в мерзлых породах является весьма актуальной и требует специального рассмотрения. .
К настоящему времени по данной проблеме накоплен определенный материал. Можно выделить два направления в изучении проблемы миграции химических элементов в-мерзлых породах: полевое и экспериментальное. Первое свя-' зано с изучением формирования и строения геохимических ореолов рассеяния месторождений полезных.ископаемых в породах криолитозоны, которым занимались Н.И.Сафронов, О.П.Иванов, А.М.Иванов, В.Н.Макаров, В.М.Питулько, С.Л. Шварцев, Н.А.ІІІИЛО, Н.П.Чибисов, И.П.Винокуров и другие. Исследования этих авторов доказали сам факт переноса химических элементов в породах при отрицательных температурах, различную их подвижность в толщах мерзлых пород, зависимость процессов миграции от комплекса факторов природной среды. Экспериментальные исследования миграции химических элементов в мерзлых породах нашли отражение в работах И.А.Тюгюнова, М.М.Дербеневой, Э.Д.Ершова, Ю.П.Лебедекко, Е.М.Чувилина, В.ЕОстроумова, P.R.Murrman, Р. HoekstrX Y.Nacano и др.. Ими были получены данные по развитию физико-химических процессов в мерзлых породах разного состава при взаимодействии с растворами, водорастворимых'солей, рассмотрены закономерности миграции солей в зависимости от термодинамических условий.
Однако несмотря на полученные результаты ряд вопросов остался неисследованным. Прежде всего это касается роли льда в механизме переноса химических элементов в мерзлых породах, закономерностей миграции химических элементов во льдах и мерзлых породах различного состава и строения. Су-
ществуют лишь отдельные данные по количественным характеристикам ионное проницаемости мерзлых пород и льдов.
В связи с этим, целью настоящей работы явилось экспериментальное исследование процессов миграции ионов химических элементов в мерзлых породах и льдах. В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
разработать методику экспериментальных исследований миграции ионов химических элементов во льдах и мерзлых породах. ч.,
исследовать механизм миграции ионов химических элементов в мерзлых породах, выяснить роль льда, как важной компоненты мерзлых пород, в переносе ионов.
изучить закономерности миграции ионов химических элементов во льдах в зависимости от их состава и строения, а также от внешних условий: температуры, состава и концентрации контактных растворов.
исследовать особенности миграции ионов химических элементов в мерзлых породах разлячнок дисперсности, минерального состава, влагосодержания и криогенного строения.
получить количественные характеристики процесса миграции ионов химических элементов в мерзлых породах и льдах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана методика экспериментальных исследований миграции ионов химических элементов во льдах и мерзлых породах, включающая-определение количественных параметров переноса ионов и влаги, оценку ионной проницаемости на основе исследования физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии льдов и мерзлых пород с водными растворами солей.
-
Исследованы особенности механизма миграции ионсн химических элементов ъо льдах и мерзлых породах различного состаьа и строения при разных температурах и концентрациях контактных растворов.
-
Вскрыты закономерности миграции ноноз химических элементов во льдах различного строения к состава в условиях различных температур, состава и концентраций контактных растворов. Выявлена повышенная подвижность химических элементов so льду по сравнению с мерзлыми породами.
А. Получены иовые экспериментальные данные по закономерностям миграции ионов химических элементов в породах различного гранулометрического к минерального состава, влагосодержйкия и криогенного строения. Выявлена зависимость процессов массонереноса Ионов различных химических элементов от концентраций контактных растворов.
5. Получены количественные характеристики миграции ионов химических элементов в мерзлых породах и льдах в зависимости от их состава и строения, а также тишорзтуоы и состава контактных растворов.
Практическое значение работы.
Полученные в результате экспериментальных исследований количественные параметры ионной проницаемости мерзлых пород и льдов различного состава и строения могут быть использованы при изучении геохимических ореолов рассеяния вокруг месторождений полезных ископаемых, а также для прогноза распространения техногенных геохимических полей, формирующихся в результате интенсивного химического загрязнения промышленных районов крио-лнтозоны.
Ряд новых методических положений и выводов нашел применение в учебном процессе кафедры геокриологии геологического факультета МГУ.
Личный вклад автора. В ходе исследований автором был применен комплекс методов, необходимых для изучения процессов миграции химических элементов во льдах и мерзлых породах. Лично'проведено более 120 опытов по миграции химических элементов в мерзлых породах и льдах различного состава и строения длительностью от нескольких суток до года при различных температурных условиях. Автором выполнена обработка, анализ и обобщение полученных результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были апробированы на Научном Совете по Криологии Земли РАН /Пушино, 1994 г./; на 7 международном симпозиуме по промерзающим грунтам /Нанси, Франция, 1994/; на III Минском международном форуме по тепломассообмену /Минск, 1996/; на 5 Китайской конференции по гляциологии и геокриологии /Ланчжоу, 1996); на Ломоносовских чтениях МГУ /Москва, 1996/, а также на первой конференции геокриологов России/Москва, 1996/.
Публикации. За время работы по данной теме автором было опубликовано 5 научных статей. Одна статья находится в печати.
Структура и объем рзботы. Работа обьемомЛ^ страниц машинописного текста содержит 44 рисунков, 3 таблиц и состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы, который включает 109 наименований.
В основу работы положены результаты экспериментальных исследований, выполненных в период обучения в очной аспирантуре кафедры геокриологии геологического факультета МГУ в 1993-1996 годах под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора Э.Д.Ершова и кандидата геолого-минералогических наук, доцента Е.М.Чувилина, которым автор глубоко признателен за постоянное внимание и всестороннюю помощь. Автор выражает искреннюю благодарность доктору г.-м. наук Л.Т.Ромак, кандидатам наук В.Г.Чевереву, И.А.Комарову за полезные советы и внимание, а также Н.Ю.Кочетковой, Н.С.Напетовой, И.С.Смирнову за помощь, оказанную при проведении опытов и оформлении работы.
Определения содержания химических элементов в грунтах и льдах проводились атомно-абсорбционным, ректгеноспектральным методами, методом
пламенной фотометрии в лабораториях МОМГЭ, ИМГРЭ, а также в спектрохи-мической лаборатории геологичесхого факультета МГУ, сотрудникам которых автор приносит искреннюю благодарность.
