Исследование микростроения мерзлых почв и дисперсных пород с помощью рентгеновской компьютерной томографии: методы, подходы, перспективы

Процессы неоднократного (циклического) промерзания-оттаивания вносят значительные изменения в строение почв и грунтов. Метод рентгеновской томографии позволяет исследовать ненарушенные образцы пород и почв в мерзлом состоянии. Благодаря различию в рентгеновской плотности предметами анализа в образцах помимо твердой фазы могут быть ледяные включения и поровое пространство. Это существенно расширяет возможности изучения криогенных деформаций пород и почв. В работе представлены результаты изучения динамики структуры почвы и ее порового пространства при многократном промерзании и оттаивании на примере почвенного материала различного генезиса в модельном эксперименте с помощью метода компьютерной рентгеновской микротомографии. Выработана и испытана методика исследования динамики структуры и порового пространства, проведен анализ строения почвы после различного количества циклов промерзания-оттаивания. На примере смеси каолина с песком экспериментально подтверждено, что с увеличением количества циклов промерзания-оттаивания в образце происходит кольцевидная сортировка песчаных частиц и их перемещение на контакты с ледяными шлирами. Установлено, что материал почв разного генезиса по-разному реагирует на многократное промерзание-оттаивание. В порядке убывания криогенных изменений в структуре объектов можно составить следующий ряд: текстурный горизонт дерново-подзолистой почвы > гумусовый горизонт чернозема типичного > cолонцовый горизонт солонца

сезонная мерзлота, микроморфология, минеральный скелет, лед, поры, агрегаты, season congelation, frozen soil, micromorphology, microstructure, mineral matrix, ice, pore, aggregates, x-ray microtomography

1. Губин С.В. Динамика структурообразования в тундровых криогенных неглеевых почвах (Тундровые криоземы) // Почвоведение. 1993. № 10. С. 62-70.

2. Губин С.В., Лупачев А.В. Подходы к выделению и изучению погребенных почв в мерзлых толщах отложений ледового комплекса // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 2. С. 79-84.

3. Давлетшина Д.А., Чувилин Е.М., Якимчук И.В., Надеев А.Н. Применение рентгеновской микротомографии для исследования микроморфологии мерзлых пород // Тр. III Всерос. конф. “Практическая микротомография”. СПб., 2014. С. 45-49.

4. Жангуров Е.В., Лебедева (Верба) М.П., Забоева И.В. Микростроение генетических горизонтов автоморфных таежных почв Тимана // Почвоведение. 2011. № 3. С. 288-299.

5. Жесткова Т.Н., Заболотская М.И., Рогов В.В. Криогенное строение мерзлых пород. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. 137 с.

6. Качинский Н.А. Замерзание, размерзание и влажность почвы в зимний сезон в лесу и на полевых участках. М., 1927. 168 с.

7. Конищев В.Н., Фаустова М.А. Микростроение покровных лессовидных образований Большеземельской тундры // Геология кайнозоя севера европейской части СССР. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1966. С. 167-177.

8. Конищев В.Н., Рогов В.В. Микроморфология криогенных почв и грунтов // Почвоведение. 1977. № 2. С. 119-125.

9. Коннова О.С. Некоторые результаты исследования строения мерзлых пород // Мат-лы по лаборат. исслед. мерзлых пород. 1957. Вып. 3. С. 195-226.

10. Кошелева И.Т. Микроморфология тундровых почвогрунтов как возможный индикатор их генезиса // Изв. АН СССР. Сер. Географическая. 1958. № 3. С. 25-30.

11. Мазуров Г.П., Тихонова Е.С. Преобразование состава и свойств грунтов при много кратном замораживании // Вестник Ленингр. ун-та, Сер. Геол. и геогр. 1964. № 18. Вып. 3. С. 35-44.

12. Микростроение мерзлых пород / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 183 с.

13. Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Поздняков А.И., Тюгай З.Н., Початкова Т.Н., Черноморченко Н.И., Манучаров А.С. Практикум по физике твердой фазы почв. М.: Гриф и К, 2011. 64 с.

14. Парфенова Е.И., Ярилова Е.А. Руководство к микроморфологическим исследованиям в почвоведении. М.: Наука, 1977. 198 с.

15. Пастухов А.В. Микроморфологическое строение мерзлотных и длительно сезонно-промерзающих суглинистых почв Европейского северо-востока // Изв. Коми НЦ УРО РАН. 2012. № 4(12). С. 30-37.

16. Рогов В.В. Основы криогенеза. Новосибирск: ГЕО, 2009. 203 с.

17. Роде А.А. Дисперсность твердой массы почвы, химический и минералогический состав ее и отдельных ее компонентов // Почвоведение. 1938. № 2. С. 181-230.

18. Соколов Л.А., Шоба С.А. Влияние промерзания и оттаивания на свойства почв в зонах рекреационных нагрузок // Науч. докл. Высшей школы. Биологические науки. 1982. № 7. С. 104-110.

19. Турсина Т.В. Микроморфологическая диагностика криогенных признаков в почвах // Тез. докл. IV Всес. конф. Сыктывкар, 1985. С. 32-33.

20. Шумский П.А. Основы структурного ледоведения. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 491 с.

21. Taina I.A., Heck R.J., Elliot T.R. Application of X-ray computed tomography to soil science: a literature review // Canadian J. Soil Sci. 2008. V. 88. P. 1-19.

22. Taina I.A., Heck R.J., Deen W., Ma Eddie Y.T. Quantification of freeze - thaw related structure in cultivated topsoils using X-ray computer tomography // Canadian J. Soil Sci. 2013. V. 93(4). P. 533-553. doi: 0.4141/cjss2012-044

23. Torrance J.K., Elliot T., Martin R., Heck R.J. X-ray computed tomography of frozen soil // Cold Reg. Sci. Tech. 2008. V. 53(1). P. 75-82.