Основные закономерности изменения содержания незамерзшей воды. Фазовый состав воды в мерзлых породах различного генезиса, состава и строения

С понижением температуры агрегатные превращения воды происходят с разной интенсивностью. Вначале промерзание влажной породы сопровождается весьма значительными переходами воды в лед, а затем этот процесс замедляется и становится незначительным.

Рис. Зависимость незамерзшей воды от тем-ры

Условно разделяют 3 температурные области: 1-я изменение количества Wнз равно или больше 1%, 2-я изменение Wнз от 1% до 0.1%, 3-я изменение Wнз менее 0.1%.

Количество незамерзшей воды зависит от ее состава и строения, определяемого генезисом и возрастом отложений, от температуры и давления, удельной активной пов-ти, структуры порового пространства и концентрации порового ратвора.

С увеличением удельной активной поверхности, количество незамерзшей воды увеличивается.

Увеличение неоднородности порового пространства, причиной которого является неоднородность гран состава, ведет у росту числа ультракапиллярных и микроультрокапиллярных пор, за счет которых содержание незамерзшей воды увеличивается.

Так как отрганика гидрофильна, то увеличение заторфованности ведет к увеличению незамерзшей воды.(зависимость линейна).

Большой интерес представляет определение зависимости содержания незамершей воды от внешнего давления. Из уравнения Клапейрона-Клаузиуса вытекает, что понижение температуры замерзания воды определяется формулой:

Где Т∘ -- температура фазового перехода воды при нормальном давлении, Vi, Vw – мольные объемы льда и жидкой фазы,Рi,Pw – давление во льду и воде, L – скрытая теплота плавления льда.Эта формула показывает, что если внешнее давление воспринимает лед, а вода находится только при атмосферном давлении , то лед будет таять при температуре более низкой.

Зависимость количества незамерзшей воды от гранулометрического состава.

1-песок, 2-супесь,3-суглинок,4-глина.

Зависимость Wнз от минерального состава

1-глина монтмориллонитовая, 2-глина гидрослюдистая,3-глина каолинитовая

Влияние обменных катионов значительно проявляется лишь в глинах. Содержание незамерзшей воды увеличивается по мере насыщения глины одновалентными катионами.В диапозоне температур 0 -- -10 наблюдается понижение Wнз в ряду:Na⁺>Ca²⁺>Fe³⁺ При температурах ниже -10 может наблюдаться обратная зависимость.

Засоленность.

Увеличение засоленности ведет к понижениею температуры замерзания воды и увеличению содержания незамерзшей воды в грунте.

Также количество незамершей воды зависит от генетических типов отложений. В морских отложнеиях оно достаточно большое, что связано с их засоленностью, дисперсностью и присутсвием Na⁺

Для континентальных отложений заметно ощющается различие в фазовом составе воды пород аллювиального и эллювиального происхождения, которое вызвано наличием большого количества органики и соединенй двухвалентных катионов.Гляциально-морские отложения занимабю промежуточную позицию между континентал и морскими породами.

2. Аутигенное минералообразование в криолитозоне.

Минералообразование Аутигенное — формирование м-лов на месте их нахождения. в новых термодинамических условиях, и т. п.

В мерзлых породах такими минералами являются лед, образующийся при замерзании воды и соли, выпадающие в осадок при криогенном концентрировании вод, и газовые гидраты.

Таблица 1 Стадии криогенной концентрации соленых вод морского генезиса

N°	Стадия	Диапазон температур, °С
I II III IV V VI	Образование льда и выпадение углекислой изве­сти СаСО3 Образование льда и концентрирование раствора без существенного изменения его состава Выпадение мирабилита Na2SO4- 10H2O Выпадение гидрогалита NaЈl-2H2O Выпадение хлористого магния MgCl2-6H2O Выпадение хлористого кальция СаС12-/Ш2О и полное замерзание раствора	от 0 до —2 от —2 до —.8 от —8 до —23 от —23 до —36 от —36 до —55 ниже —55