Вестник Кольского научного центра РАН № 3, 2019 г.

Содержание незамерзшей влаги в сезонно мерзлом деятельном слое болот Кольского полуострова На основе экспериментальных определений количества незамерзшей воды от температуры (Т, °С) и плотности сухого вещества торфа (р, г/см3) получена зависимость W^ =f(p,T) в виде: Wm= 1/р0,69 (0,014 т 0,3 + 0,016), где Wva — содержание незамерзшей влаги, % от массы сух. вещ. торфа. Погрешность расчета составляет ±15 %. Формула справедлива для мезоолиготрофных осушенных и естественных болот Севера европейской территории России в интервале плотностей от 0,06 до 0,40 г/см3. С помощью этой зависимости возможно прогнозировать содержание W^ при различных температурах, если известна динамика плотности в процессе осушения. Процесс инфильтрации талых вод в мерзлую торфяную залежь связан с появлением кристаллов льда, вызванных замерзанием части инфильтрующейся воды в капиллярной системе деятельного слоя. Уменьшение действующего диаметра капилляров неизбежно приводит к уменьшению коэффициента влагопроводности. Одновременно при инфильтрации повышается температура мерзлой торфяной залежи в сторону 0 °С, происходит сдвиг фазового равновесия, что приводит в первую очередь к увеличению содержания слабоподвижной влаги в тонких порах. В первом приближении расчет коэффициента влагопроводности может быть выполнен на основании полученной нами зависимости [12]: K = K (1 - Л/Р) [(1 - Р) / (1 - Р + Л)]2 [(W - W^) / (Р -Л - W ^ f 5, где K и K — коэффициенты влагопроводности мерзлой и талой почвы соответственно; Р — пористость; W — исходная влажность; W-нз — содержание незамерзшей влаги при заданной температуре; Л — льдистость среды, определяемая из выражения Л = W - W нз. Значения Р, W, W-нз и Л выражены в долях от объема. Исходная влажность может быть принята равной наименьшей влагоемкости или 0,85-0,95Р. Полное прекращение инфильтрации или горизонтальной фильтрации является следствием закупорки свободных пор льдом, образующимся в процессе теплового взаимодействия талой воды с мерзлой залежью. Таким образом, процесс теплового взаимодействия зависит от температуры залежи перед началом снеготаяния, ее влажности и содержания незамерзшей влаги в этот период. Выводы Отличительной особенностью влаги в деятельном слое болот является способность ее части не замерзать при отрицательных температурах. Отсутствие сведений о содержании незамерзшей влаги при этих температурах обусловливает возникновение погрешностей при расчете характеристик дренажных мелиоративных систем на болотах Севера. Содержание незамерзшей влаги определялось лабораторным путем на образцах торфа, отобранных на естественных и осушенных болотах. Установлено, что оно зависит от температуры мерзлого торфа и плотности сухого вещества торфа. Незамерзшая влага в мерзлом торфе присутствует во всем спектре температур от 0 до -15,0 °С и ниже. С понижением температуры ее содержание уменьшается с образованием двух зон: зоны интенсивных фазовых переходов (от 0 до -3 °С), где изменение содержания W^ при падении температуры на 1,0 °С составляет более чем 10-30 %, и зоны затухающих фазовых превращений (от -3 °С и ниже), где этот показатель существенно меньший. Послойное содержание незамерзшей влаги естественных (неосушенных) болот уменьшается по глубине деятельного слоя. При температуре -0,5 °С наибольшее ее содержание наблюдается в верхнем слое — 203 % от массы сухого вещества торфа. На нижних горизонтах (99-110 см) при этой же температуре ее содержание не более 90,3 %. Но в отличие от неосушенных болот послойное содержание незамерзшей влаги в деятельном слое осушенных болот увеличивается по глубине этого слоя. На осушенном болоте в районе Мурманска (на глубине 50 см) содержание W^ равно 210 % от массы сухого вещества торфа. На нижних горизонтах залежи (99-110 см), которые не подвергаются воздействию технических средств и сохраняют естественную плотность, ее содержание остается без изменений — 90,3 %. Это можно объяснить тем, что в данных ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2019 (11) 63