Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности (λ) от степени влажности (Sr) для исследуемых вулканических шлаков и пеплов в талом (а) и мерзлом (б) состоянии

Без знания теплофизических характеристик грунтов, которые входят во многие расчетные формулы для нахождения температурного поля, теплопотоков и т.д., невозможно описать процессы теплообмена, происходящие в талых, мерзлых, промерзающих и протаивающих горных породах. К сожалению, теплофизические свойства дисперсных вулканических пород Камчатки изучены крайне слабо. Имеющиеся данные касаются в основном пород с жёсткими связями или находящихся в талом состоянии. Для мёрзлых пород информации практически нет.

Были исследованы вулканические шлаки и пеплы, отобранные в районе Ключевской группы вулканов на Камчатке. Возраст пород варьировал от 35 до 9000 лет. Пробы отбирались на разных высотах: от 300 до 1630 м. Глубины отбора находились в диапазоне от 0,2 до 5 м. Значения естественной влажности варьировали от 13 до 67%, плотности - от 0,9 до 1,9 г/см³. По ГОСТ 25100-95 все пеплы относятся к пескам пылеватым. Спектры ИК-поглощения позволили состав пеплов, у которых стекло основного (базальтового и андезитового) состава, диагностировать как аллофан, а состав образцов, у которых стекло кислого (риолитового) состава, - как опал (Kuznetsova et al., 2010; Кузнецова и др., 2011). Аллофан является продуктом преобразования вулканического стекла и относится к аморфным алюмосиликатам.

Для определения теплопроводных характеристик исследуемых пород в лабораторных условиях использовались метод регулярного режима I рода, для определения теплоемкости скелета грунта - метод монотонного разогрева на измерителе ИТ-С-400 (Методы..., 2004).

Значения коэффициентов теплопроводности для шлаков и пеплов при фиксированных значениях влажности и плотности близки, что объясняется пониженными значениями теплопроводности более пористых шлаков. С ростом влажности от 0 до 80 % и плотности скелета от 0,7 до 1,7 г/см³ коэффициент теплопроводности λ закономерно увеличивается от 0,13 до 1,0 Вт/(м*К) в талом и от 0,14 до 1,27 Вт/(м*К) в мерзлом состояниях. Для сухих вулканических шлаков и пеплов λ находится в пределах 0,13-0,17 Вт/(м*К) (Мотенко, Кузнецова, 2011).

Теплопроводные характеристики для мерзлых вулканогенно-обломочных пород (шлаков и пеплов) значительно ниже, чем для песков осадочного генезиса, что объясняется появлением в них незамерзшей воды, формой частиц, а также меньшими значениями коэффициентов теплопроводности аморфных компонентов породы, величина которых уменьшается с понижением температуры.

Все полученные экспериментальные данные по теплопроводности для исследованных пород были обобщены в виде зависимостей коэффициента теплопроводности от степени влажности S_r для талого и мерзлого состояния (рис. 1).

Для практического использования коэффициенты теплопроводности можно рассчитать по формулам:

- для пеплов со стеклом кислого состава (содержат опал):
λт = 1,251 *Sr2 - 0,065 *Sr + 0,219	R2 = 0,92,
λм = 1,193 *Sr + 0,153	R2 = 0,95,
- для пеплов со стеклом основного состава (содержат аллофан):
λт = 0,138 *Sr2 + 0,562 *Sr + 0,154	R2 = 0,9,
λм = 0,895 *Sr + 0,142	R2 = 0,96.

Значения теплопроводности при фиксированных значениях степени влажности выше у пеплов, состав которых был определен как опал, чем у пеплов аллофанового состава.

Литература:
1. Кузнецова Е.П., Мотенко Р.Г., Вигасина М.Ф., Мельчакова Л.В. Связь минерального состава и скорости преобразования вулканического стекла // Мат-лы первого Российского совещания "Глины 2011". 2011. C.75-76.
2. Методы геокриологических исследований, под ред. Ершова Э.Д.. М.:изд-во МГУ, 2004. 512 с.
3. Мотенко Р.Г., Кузнецова Е.П.. Роль содержания льда и незамерзшей воды при оценке теплопроводности вулканических пеплов (Камчатка) // Лед и снег. 2011. N2, c. 99-104.
4. Kuznetsova E.P., Motenko R.G., Vigasina L.V., Melchakova L.V. Allophane and palagonite as the product of volcanic glass alteration of different ages // Geochimica et Cosmochimica Acta, volume 74, issue 11, supplement 1, Knoxville, Tennessee. 2010. P. 551.