Исследователи раскрывают, как соль может влиять на потепление климата
Группа учёных из Сколтеха опубликовала серию из трёх статей, посвящённых различным аспектам проникновения соли из морской воды и других солей в мёрзлый грунт, содержащий газовые гидраты — кристаллоподобные соединения воды и газа, в основном метана. Эта так называемая миграция соли влияет на скорость таяния вечной мерзлоты по мере развития глобального потепления. Учёт этого процесса необходим для точного моделирования изменения климата. Результаты исследований представлены в статьях от 27 июня и 9 июля в журнале Geosciences и в статье от 5 июля в Energy & Fuels.
"Современные математические модели естественной и антропогенной деградации вечной мерзлоты часто пренебрегают миграцией соли, — прокомментировал ведущий научный сотрудник Сколтеха, руководитель проекта Евгений Чувилин. — Однако как естественное поступление океанической соли, так и химические растворы, используемые при бурении скважин, понижают температуру начала таяния мерзлоты, ускоряя её деградацию. Поэтому миграцию соли необходимо учитывать, и именно поэтому мы изучаем её в мельчайших деталях".
В одном из исследований изучалось, как давление, оказываемое на мёрзлый грунт во время миграции соли, влияет на деградацию безгидратной и насыщенной гидратами мерзлоты. Эксперименты показали, что рост давления не оказывал значительного эффекта на миграцию соли и скорость деградации безгидратной мерзлоты. Однако при насыщении грунта гидратами их присутствие влияло на диффузию соли, и такая мерзлота оказалась высокочувствительной к изменениям давления: его снижение ускоряло миграцию соли, а повышение — уменьшало скорость переноса ионов, замедляя оттаивание.
В другом исследовании команда рассмотрела три дополнительных фактора, потенциально влияющих на тот же процесс: температуру окружающей среды, концентрацию соли и её химический состав. Эксперимент показал, что при постепенном понижении температуры (рассматривался только диапазон ниже нуля) миграция соли всё больше замедлялась. Хотя этот эффект в целом ожидаем, впервые его масштаб был количественно оценён на образцах мёрзлого грунта. Также при более высоких концентрациях соли ионам требовалось меньше времени для проникновения в грунт. Что касается состава соли, миграция была активнее для хлоридов, чем для сульфидов, и замедлялась в следующей прогрессии, начиная с наиболее "подвижного" иона металла — магния, затем натрия, кальция и, наконец, калия.
Третье исследование включало окружение кубического образца температурными датчиками для обнаружения изменений пространственного распределения температуры в мёрзлом грунте из-за миграции соли. По ходу эксперимента возникало неоднородное температурное поле. Причина в том, что области, куда соль уже проникла, начинают таять раньше, а таяние поглощает тепло. Этот эффект в несколько раз более выражен для мерзлоты, насыщенной гидратами, что связано с разложением газовых гидратов при миграции соли. Охлаждающий эффект наступает быстрее, а исходному температурному полю требуется больше времени на восстановление.
"Результаты нашего экспериментального моделирования предлагают новый взгляд на процессы диссоциации внутримерзлотных газовых гидратов в условиях миграции соли и вклад миграции соли в деградацию вечной мерзлоты в условиях изменения климата на Земле", — заключил Чувилин.