РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ КРИОГЕНЕЗА

Г.Бордонский, доктор физико-математических наук

Первый директор института, доктор геолого-минералогических наук Ф.Кренделев в лаборатории.

Создавая институт, его первый директор Ф.Кренделев старался заложить основу для академической науки, ориентированной на особенности Забайкалья. Будучи геохимиком, Федор Петрович считал перспективным изучение миграции и превращения веществ в мерзлотных образованиях. Однако дублировать исследования мерзлотоведов было нецелесообразно. В силу разных причин выбор был остановлен на радиофизических дистанционных методах изучения мерзлотных образований. Так, в 1981 г. была образована лаборатория радиофизических методов исследования (впоследствии лаборатория геофизики криогенеза).

Первоначально стояла задача дистанционного, с использованием самолета, определения газирующих образований, выходящих под дно водоема, покрытого пресным льдом. Это могут быть месторождения газа, нефти, угля или донные органические отложения. Для исследований пользовались методом, основанным на регистрации уходящего теплового излучения в СВЧ-диапазоне. Работа в этом направлении развивалась достаточно успешно. Была продемонстрирована возможность оконтуривания газирующих объектов на пресных водоемах при установке СВЧ-радиометров сантиметрового диапазона на небольшие низколетящие самолеты. Однако скоропостижная смерть Ф.Кренделева и последующие финансовые затруднения не позволили развиваться этим работам.

Вместе с тем, было установлено, что пресный лед, будучи кристаллическим веществом, обладает неупорядоченностью расположения протонов. Установлен сложный характер миграции примесей во льду и специфические вариации органических веществ, особенно при наличии капилляров. Взаимодействуя с внешней средой, лед может стать чувствительным индикатором состояния природной среды, например, загрязнения исходных вод, из которых он образовался. Поэтому, выполняя измерения радиотеплового излучения льда, оказалось возможным определять минерализацию природных пресных вод.

Проведя радиокартирование, можно выявить области повышенной минерализации льда и, следовательно, источников загрязнений. Аналогично можно выявлять наличие органического вещества. Например, недавно лимнологами ЛИН СО РАН в озере Байкал были обнаружены активно развивающиеся планктонные организмы в период таяния льда. Совместными работами показана возможность их дистанционной индикации.

В природе, кроме обычной (легкой) воды существуют тяжелые изотопы воды, образующие при замерзании тяжелый лед. В лабораторных экспериментах с СВЧ-резонаторами показано явное различие электромагнитных свойств двух видов льда. Хотя тяжелого льда в природной среде всего какие-то доли процента, но известно, что на свойства полупроводниковой среды влияют и весьма малые концентрации примесей.

Другой типичный природный мерзлотный объект — мерзлые почвы и грунты давно изучаются мерзлотоведами, однако исследование их диэлектрических свойств выявили необычность их электромагнитных свойств. Оказалось, что свойства мерзлых дисперсных сред нельзя полно представить обычной теорией диэлектрических смесей. Наличие проводящих пленок и пустот приводит к появлению эффектов перколяции (протекания) с сильным изменением параметров среды. В качестве примера можно указать на обнаружение эффекта осцилляции радиояркостной температуры ледяного покрова, содержащего капилляры с водой. В этой своеобразной дисперсной среде возникло явление самоорганизации.

Кроме того, в дисперсных средах свойства льда могут меняться из-за влияния поверхности минеральных частиц. Так, из-за роста давления при фазовых превращениях возможно возникновение других модификаций льда. Казалось бы, что все модификации льда уже открыты. Но недавно была обнаружена необычная — содержащая конструкции из пяти- и семичесленных колец. Эта модификация существует при температурах ниже нуля градусов по Цельсию и давлениях выше двух килобар. Так что открытия ставят новые задачи.