Ледяное древо

Материалы студентам и ученикам / Удивительная мерзлота / Ледяное древо

Страница 2

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 существенно изменяют условия термодинамического равновесия льда и воды в грунтах в сравнении с условиями, характерными для их объемных фаз. Это приводит к присутствию незамерзшей воды в равновесном состоянии при отрицательных температурах, которая способна течь, как обычная 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 происходит только при наличии этих двух процессов. Насос, вызывающий движение воды в сторону растущего льда, работает исключительно благодаря поверхностным силам, величина которых возрастает в направлении от теплой стороны фильтра к холодной.

Все это представляет качественную сторону явлений. Однако, чтобы прогнозировать развитие реальных процессов в природных условиях, необходимо установить строгие количественные связи 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 и требует привлечения фундаментальных понятий термодинамики, механики деформируемых тел, гидродинамики. В совокупности образуется целое направление, исследующее физику криогенных процессов, которые могут происходить в холодных регионах Земли и космосе. Вершина этой деятельности - математические модели процессов, позволяющие давать количественную оценку самых различных по масштабам и значению событий прошлого, настоящего и будущего. Роль моделей важна и для обоснованного проектирования инженерных сооружений.