Ученые из Перми провели эксперимент, напоминающий лабораторное путешествие в мир вечной мерзлоты: они замораживали песок с соленой водой, чтобы раскрыть секреты поведения грунтов в экстремальных условиях. Эта работа — не просто академическое любопытство, а насущная задача для строителей, которые возводят объекты в условиях вечной мерзлоты или прокладывают тоннели в обводненных, неустойчивых породах. Оказалось, что обычная соль в песке играет роль природного «антифриза», который не только заметно снижает температуру замерзания, но и меняет характер движения влаги внутри материала.
В лаборатории исследователи создали миниатюрную модель промерзания грунта: цилиндрические образцы песка, насыщенные солевым раствором разной концентрации, замораживались с одного торца. Можно представить себе своеобразный «песчаный стаканчик», который охлаждают со дна, а внутри него, словно шпионы, скрыты датчики температуры. Выяснилось, что чем солонее этот «коктейль», тем ниже температура, при которой он начинает превращаться в лед. Если чистая вода замерзает при 0°C, то при высокой концентрации соли (104 г/л) этот порог опускается до -7°C. Это особенно важно для мест, где грунтовые воды напоминают крепкий рассол — например, в некоторых соляных шахтах, где жидкость может оставаться незамерзшей даже при -41°C.
Но самое интересное началось, когда ученые проследили за поведением влаги. В незасоленном песке вода активно мигрирует к фронту замерзания, создавая там ледяные скопления. Можно сказать, что молекулы воды устраивают настоящий «ледяной десант» у границы холода. Однако соль меняет эту динамику: она удерживает часть воды в жидком состоянии даже при отрицательных температурах, смягчая миграцию и делая грунт более предсказуемым. Получается, соль выступает в роли «умиротворителя» для беспокойной влаги, не давая ей слишком активно перераспределяться.
Почему это так важно на практике? Потому что искусственное замораживание грунта — часто ключевой метод при строительстве шахт, метро или других подземных объектов в сложных гидрогеологических условиях. Если не учитывать влияние солей, можно столкнуться с неожиданными деформациями, потерей устойчивости стенок выработок и другими рисками. Данные этого исследования помогут создавать более точные расчетные модели, которые позволят инженерам работать безопаснее и эффективнее.
Так что, когда вы увидите, как соль плавит лед на тротуаре, вспомните, что похожие процессы — только в масштабах целых грунтовых массивов — помогают строить сложные инженерные объекты. Наука иногда начинается с простого эксперимента, но ее результаты буквально укрепляют наше подземное пространство, песчинка за песчинкой.
Исследование поддержано Российским научным фондом, что подчеркивает его прикладную ценность. Команда ученых представлена Горным институтом УрО РАН, Институтом механики сплошных сред УрО РАН, Пермским федеральным исследовательским центром УрО РАН.
Исследование опубликовано в журнале «Геосистемы переходных зон»
