Сублимация и десублимация (аблимация) влаги в мерзлых породах.

Согласно термодинамическим представлениям сублимация льда - это фазовый переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое, сопровождающееся поглощением тепла (теплота сублимации = 2,83 кДж/г).

Механизм процессов сублимации и аблимации с точки зрения молекулярной кинетической теории: молекулы воды, находящиеся в структурной решетке поверхности льда и обладающие в данный момент наибольшей скоростью теплового (кинетического и колебательного) движения, вылетают в окружающее газовое пространство, освобождаясь от взаимодействия с остальными молекулами. Возможен процесс захвата поверхностными силами льда отдельных молекул и их групп, хаотично движущихся в окружающем газовом пространстве и соударяющихся с поверхностью льда. Эти молекулы или их группы при соударении теряют кинетическую энергию своего поступательного движения и включаются в кристаллическую решетку поверхности льда. При этом процесс сублимации льда преобладает над захватом их из окружающего газового пространства. В противном случае развивается процесс аблимации.

Если принять гипотезу о наличии квазижидкой пленки на поверхности льда, то под процессом сублимации льда следует принимать процесс испарения этой пленки с пополнением её запасов за счет подплавливания льда. Как показывают исследования, процесс сублимации происходит неравномерно со всей поверхности льда, а с отдельных энергетически неустойчивых участков (дефекты кристаллической решетки), а также ребра и вершины кристаллов льда на его поверхности. Известно, что процесс сублимации льда в дисперсных грунтах связан как с процессами фазовых переходов (десорбции), так и с процессами внутреннего и внешнего переноса тепла и влаги. Поэтому, по существу, сублимация представляет собой процесс иссушения грунтов при отрицательных температурах (морозное иссушение). Интенсивность сублимации льда в порах определяется как плотность потока влаги, проходящего через открытую поверхность образца, то есть, как масса влаги (∆m), теряемая породой с единицы площади поперечного сечения (F) за промежуток времени ∆ . Морозное иссушение - .

Процесс сублимации льда в дисперсных породах при их взаимодействии с парогазообразной средой существенным образом зависит также от молекулярного состава газа. При увеличении молекулярной массы от гелия (М=4) к воздуху (М=29) к аргону (М=38) величина уменьшается, что связано с уменьшением величин коэффициентов диффузии пара, при увеличении молекулярной массы парогазообразной среды.

Процесс обратной сублимации - аблимация, то есть кристаллизация водяных паров на грунтовых поверхностях, который сопровождается выделением тепла и образованием кристаллов льда виде снега. Аблимация происходит, если температура грунтовой поверхности ниже температуры окружающей парогазообразной среды. Интенсивность аблимации увеличивается с ростом величины температуры окружающей среды. В начальной стадии процесс кристаллизации пород носит ярко выраженный характер. Образование первых кристаллов аблимационного льда происходит на ребрах и других местах, имеющих дефекты поверхностей, обладающих избытком поверхностной энергии. Дальше кристаллы растут, сливаются, образуют на грунтовой поверхности сплошной слой снега. Плотность такого льда различна по его высоте. Она уменьшается по мере удаления от грунтовой поверхности, что связано с развитием метаморфизма, то есть перекристаллизации. С течением времени, плотность аблимационного слоя снега растет, что приводит к увеличению его теплопроводной способности.

Одновременно с ростом мощности аблимационного слоя снега с поверхности невлагонасыщенных пород может происходить диффузия влаги внутрь горной породы. Близкие значения интенсивности аблимации льда для водонасыщенных песков различного минерального состава объясняется тем, что их теплопроводная способность выражается через величину коэффициента теплопроводности (различия незначительны). Для невлагонасыщенного характеризуется меньшими значениями коэффициента теплопроводности, и интенсивность аблимации меньше по сравнению с влагонасыщенными. В глинистых породах наряду с процессами паропереноса и аблимации происходит перемещение незамерзшей воды под действием градиента температуры. Процесс аблимации водяных паров в крупнообломочных породах имеет свои особенности. интенсивность аблимации возрастает с увеличением размеров обломков, что связано с их большей теплопроводностью.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: