Выявлены особенности динамики техногенного засоления пород сезонно-талого слоя. Отмечено повышение степени засоленности пород этого слоя на границе с многолетнемерзлой толщей, что является следствием двух криогенных физико-химических процессов:

1) концентрирования хорошо растворимых солей при кристаллизации воды;

2) миграции высокоминерализованного порового раствора за счет термоградиентного фактора.

Конкретизированы существующие представления о зоне аэрации и ее границах в условиях многолетнего и устойчивого сезонного промерзания горных пород. Оценены особенности влагопереноса в данной зоне и предложены аналитические зависимости для расчета интенсивности переноса влаги. Установлено, что зона аэрации в условиях криолитосферы не может исчезать или изолироваться от атмосферы при сезонном промерзании горных пород. В зимний период она, также как и в теплое время года, осуществляет связь между областями постоянного водонасыщения или льдонасыщения и атмосферой. Формирующийся в зоне аэрации в зимний период лед во многом является следствием этой ее связующей роли. Увеличение мощности зоны аэрации на площадях антропогенного засоления почво-грунтов способствует активизации гидрогеохимических процессов и формированию линз криопэгов.

На основе анализа комплексных воднобалансовых мониторинговых исследований в Центральной Якутии выявлена роль основных составляющих инфильтрационного питания надмерзлотных вод сезонно-талого слоя в естественных ненарушенных условиях. Установлено, что доля атмосферных осадков, выпадающих в теплый период года, составляет около 60% от годовой величины инфильтрационного питания надмерзлотных вод сезонно-талого слоя. На долю инфильтрации влаги, образуемой при таянии снежного покрова и подземного льда, приходится 20%. Такой же процент в суммарном инфильтрационном питании надмерзлотных вод составляет влага, образуемая за счет процессов конденсации водяных паров воздуха в слое сезонного протаивания мерзлых горных пород.

Предложена концептуальная модель взаимосвязи между основными глобальными климатообразующими факторами (космопланетарными, астропланетарными и геопланетарными). Периоды свободных гармонических температурных колебаний, обусловленных данными факторами, постоянны во времени, а амплитуды их относительно невелики. Однако в моменты совпадения фаз отдельных климатообразующих циклов возможно появление своеобразного резонансного эффекта, что значительно усиливает степень влияния глобальных факторов на климат и термический режим горных пород. Предполагается, что именно этот эффект, названный терморезонансным, приводит к значительным периодическим глобальным похолоданиям и потеплениям климата и обусловливает пульсационный характер развития криолитозоны по площади и разрезу. На основе подобных представлений составлена приближенная схема взаимосвязи между основными глобальными климатообразующими факторами в течение последних 130 тыс.лет для территории северной Евразии.

В целях повышения эффективности проектирования и проведения инженерно-геологических изысканий в условиях криолитозоны предложена методика ускоренной солевой съемки, дающая исходные данные для характеристики гидрогеохимических особенностей участков строительства. По результатам съемки возможна оценка условий стока поверхностных и надмерзлотных вод, прогнозирование изменений гидрогеохимической обстановки и выявление мест формирования водоносных таликов и криопэгов.

Впервые выполнены натурные исследования по изучению эмиссии парниковых газов из пород зоны аэрации и оценке влияния деятельности микроорганизмов на температурный и химический режим пород и подземных вод на участках таликовых зон бестяхской террасы р.Лены. Установлено, что количество парниковых газов (СО2 и СН4) в горных породах зоны аэрации на глубине до 20 м превышает содержание этих газов в приземном воздухе в 3-7 раз.

На основе учета фазовых переходов и межфазовых переносов воды в водообменных циклах предложен унифицированный вариант схемы общего круговорота воды. Выделено четыре типа водообмена: климатический, биологический, геологический и технологический, каждый из которых подразделен на соответствующие циклы. Рассчитана энергетика отдельных выделенных глобальных циклов водообмена, которая свидетельствует об огромном значении круговоротов воды, обусловленных фазовыми ее переходами, в формировании теплового баланса Земли, планетарного газообмена и в развитии других глобальных процессов.

Проведен анализ материалов многолетних режимных наблюдений за изменением мерзлотно-гидрогеохимических условий техногенно засоленных грунтов на экспериментальных полигонах в районе г.Якутска. Установлено формирование техногенных водоносных таликов, которые существенно изменяют засоленность пород, гидродинамический и гидрохимический режим криопэгов.

На основе анализа основных общепланетарных климатообразующих процессов выявлены особенности взаимосвязи и влияния различных факторов на формирование глобального климата. Установлено, что основополагающую роль в долгопериодных колебаниях климатической системы играют космопланетарные факторы, связанные с изменением орбитальных параметров Солнечной системы и нашей Галактики. Утверждается, что климатические циклы, обусловленные космопланетарными факторами, явились основой развития биосферы, ее разнообразия и причиной глобальных биологических катастроф, которые произошли в истории развития нашей планеты. Из этого следует, что положительная фаза 1,3 млрд. климатического цикла, охватывающая практически весь фанерозой, завершается. Отсюда можно сделать вывод, что будущее нашей планеты на ближайшие 500-600 млн.лет - это царство холода и льда. В этом отношении ледяной континент Антарктида и криолитозона, охватывающая в настоящее время около 25% суши в северном полушарии Земли и имеющая мощность до 1,5 км, являются не только следствием прошедших плейстоценовых оледенений, но и предвестниками надвигающегося эпохального похолодания на нашей планете, сравнимого по величине с протерозойским оледенением Земли.

Выявлены основные закономерности изменения мерзлотно-гидрогеологических условий на участках подземной прокладки тепловыделяющих линейных сооружений (трубопроводы, подземные коллекторы и т.д.) на урбанизированных территориях криолитозоны. Установлено, что формирующиеся на подобных участках линейные несквозные талики изменяют мерзлотно-гидрогеологическую обстановку в зависимости от условий водообмена (гидравлически открытые или изолированные таликовые водоносные системы). Отмечено, что наиболее существенные изменения мерзлотно-гидрогеологической обстановки происходят в гидравлически изолированных таликах, где наблюдается значительное повышение минерализации подземных вод и засоленности горных пород.

Выяснена роль фазовых переходов воды в формировании природных водообменных циклов. В климатическом круговороте воды, помимо известного атмосферного или атмогенного цикла, выделены криогидрогенный, атмолитогенный, гляциогенный и криолитогенный циклы, формирование которых связано с фазовыми переходами воды. Расчитаны энергетика и интенсивность годового глобального водообмена, обусловленного выделенными циклами.

Систематизированы и проанализированы материалы многолетних (1985-2000гг.) мерзлотно-гидрогеохимических исследований техногенных криопэгов (отрицательнотемпературных подземных вод) на трех экспериментальных участках в долине р.Лены (район г.Якутска). Разработана методика составления базы исходных данных, выяснены условия формирования и динамики развития техногенных криопэгов, предложены рекомендации по предупреждению их образования и развития.

На основе проведенного комплексного анализа природных условий формирования и распространения подземных вод в Центральной Якутии выделены основные таликовые и подмерзлотные водоносные комплексы, дана их количественная и качественная характеристика и проведено районирование территории по перспективам использования подземных вод для нужд населения.

На основе многолетних режимных мерзлотно-гидрогеологических исследований субаэральных таликов в Центральной Якутии выявлены особенности динамики влаги в зоне аэрации горных пород и закономерности связи между ресурсами подземных вод над- и межмерзлотных таликов и количеством выпадающих атмосферных осадков. Установлено, что в однородных среднезернистых песках с преобладающим диаметром фракций около 0,25 мм продвижение инфильтрационной влаги в летний период замедленно. Это приводит к повышению влажности и теплопроводности пород зоны аэрации и, как следствие, к увеличению их температуры.

Изучены основные процессы формирования и динамики техногенных криопэгов аллювиальных отложений в долине Туймаада (Центральная Якутия). Выявлены главные процессы формирования трех ярусов криопэгов. Установлено, что в очень холодные зимы происходит криогенное оттеснение высокоминерализованных отрицательно-температурных подземных вод из верхнего яруса (1,8-4,0 м) вниз по разрезу, что приводит к засолению подстилающих горных пород и переходу их в пластично-мерзлое состояние. В последующем это способствует формированию второго яруса криопэгов в интервале 5,0-7,0 м. Образование нижнего яруса криопэгов (17-19 м) происходит в процессе диффузии активно мигрирующих ионов вниз по разрезу. За счет формирования трех ярусов криопэгов вся толща аллювиальных отложений становится засоленной. При проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений в Центральной Якутии необходимо учитывать возможность формирования многоярусных криопэгов, их динамику и общую высокую засоленность всей толщи аллювиальных отложений.

Исследованы гидрогеоэкологические особенности полигонов подземного захоронения агрессивных дренажных рассолов на алмазных месторождениях Западной Якутии. Выяснено, что криогенная толща в данном регионе имеет сложное строение. На водораздельных площадях она представлена чередующимися ярусами мерзлых и охлажденных ниже 0?С горных пород и имеет общую мощность около 850 м. Подобное строение криогенной толщи связано с особенностями ее формирования в процессе длительного эпигенетического промерзания горных пород. Выявлена динамика изменения температурного режима криогенной толщи в процессе захоронения в нее дренажных рассолов.

Проведен анализ современного состояния гидрогеологических условий Центральной Якутии и оценены перспективы использования подземных вод данного региона для питьевого водоснабжения, орошения земель и для бальнеологических целей. Написана монография «Подземные воды Центральной Якутии и перспективы их использования».

Составлены обзорная карта и каталог действующих водозаборов и разведочных гидрогеологических скважин бассейна р.Лены и написана пояснительная записка, в которой отражены условия формирования подземных вод, качество и степень их использования для целей водоснабжения.

В условиях сплошного распространения ММП мощностью 200-600 м формирование надмерзлотных, таликовых и межмерзлотных вод, являются существенным ландшафтнообразующим фактором. Для обобщения и систематизации материалов по разным типам подземных вод создана база данных в программном обеспечении ГИС Geolink версия 2.х, которая ориентирована на сбор, хранение и накопление мерзлотно-гидрогеологической, ландшафтной и геоэкологической информации. БД создана для выявления региональных особенностей формирования и распространения подземных вод и их влияния на криогенные ландшафты в естественных и нарушенных условиях Центральной Якутии, отвечающей мерзлотно-ландшафтному районированию Вилюйской и Лено-Амгинской аласным провинциям.

На основе анализа изменения мерзлотно-гидрогеологических условий техногенных ландшафтов, представленных намывными массивами грунтов в пойме р. Лены (202 микрорайона г. Якутска) установлены различные механизмы подтопления территории паводковыми водами. В период весеннего половодья, в связи с существованием слоя сезонного промерзания грунтов, происходит достаточно быстрая передача гидравлического давления от реки по локальным пойменным водоносным таликам и поршневое вытеснение воды через них в намывной массив. В летние дождевые паводки проникновение воды в намывной массив осуществляется в основном путем водонасыщения грунтов сезонно-талого слоя. Уровенная поверхность грунтовых таликовых вод при этом практически не реагирует на летние повышения уровня воды в р. Лене. Проведена обработка материалов режимных мерзлотно-гидрогеохимических исследований на семи ключевых участках долины Туймаада (район г. Якутска). Составлены прогнозные схемы развития техногенных криопэгов для данной территории.

Продолжены наблюдения за изучением уровенного гидрохимического режима надмерзлотных вод нарушенных условий по имеющейся сети гидрорежимных пунктов (район г. Якутска), а также исследования за изменением дебита и химического состава воды источников надмерзлотно-межмерзлотных вод, уровенного и температурного их режима (участки расположения источников Улахан-Тарын и Булус, район оз. Чабада). Создана текстово-цифровая база мерзлотно-гидрогеологических данных и их графическая интерпретация с использованием программного обеспечения Arc View GIS 3.2. Разработаны схемы прямых и обратных связей между текстово-цифровой и графической информацией.

Проанализирован материал многолетних исследований по химическому составу подземных вод сквозных и надмерзлотных таликов, развитых под руслом, протоками и на низких террасах долины среднего течения р. Лены. Выявлена изменчивость химического состава подземных вод в зависимости от минерализации питающих поверхностных вод в годовом цикле и особенностей состава подстилающих коренных пород. Установлена роль антропогенного загрязнения и криогенных процессов в изменении состава таликовых вод.

На основе анализа изменения мерзлотно-гидрогеологических условий техногенных ландшафтов, представленных намывными массивами грунтов в пойме р. Лены (202 микрорайона г. Якутска) установлены различные механизмы подтопления территории паводковыми водами. В период весеннего половодья, в связи с промороженностью слоя сезонного протаивания грунтов, происходит достаточно быстрая передача гидравлического давления от реки по локальным пойменным водоносным таликам и поршневое вытеснение воды через них в намывной массив. В летние дождевые паводки проникновение воды р. Лены в намывной массив осуществляется в основном путем водонасыщения грунтов сезонно-талого слоя. Уровенная поверхность грунтовых таликовых вод при этом практически не реагирует на летние повышения уровня воды в р. Лене.

Проведен сравнительный анализ и систематизация результатов исследований таликовых и межмерзлотных вод. Разработана легенда к цифровой карте таликовых и межмерзлотных вод мерзлотных ландшафтов Центральной Якутии масштаба 1:1 000 000, которая в дальнейшем будет использована для составления тематических слоев водоносных комплексов таликовых и межмерзлотных вод. При составлении легенды к карте «Таликовые и межмерзлотные воды зоны распространения ММП» выделены локально водоносные таликовые комплексы несквозных подозерных таликов в террасовых, русловых, пойменных четвертичных отложениях и коренных породах неоген-кембрийского возраста, их водоносность и тип скоплений подземных вод в таликах, перспективность их использования.

Разработана система инженерной защиты территории г. Якутска от подтопления надмерзлотными водами, обводнения и развития опасных криогенных процессов. Предложена трехуровненная система дренирования городской территории, включающая магистральные коллектора, главные (уличные) коллектора и локальные дренажи, предназначенные для сбора дождевых и надмерзлотных вод с территории кварталов и отдельных крупных зданий. Рекомендованы новые конструкции дренажных устройств, сочетающие одновременно функции сбора и отвода ливневого и надмерзлотного стока и учитывающие климатические, мерзлотно-гидрогеологические и геоморфологические условия территории г. Якутска.

На основании анализа многолетних режимных наблюдений за динамикой основных мерзлотно-гидрогеологических параметров техногенных криопэгов, залегающих на глубине 17-19 м в окрестностях г. Якутска, выявлена 8-летняя периодичность в колебаниях уровня воды. Установленная особенность связана с цикличностью в изменениях зимних температур воздуха. Выявленную зависимость необходимо учитывать при составлении прогнозов динамики уровенного режима подземных вод замкнутых таликов, формирующихся в слое годовых теплооборотов в Центральной Якутии.

Анализ результатов натурного эксперимента по изучению динамики надмерзлотных криопэгов на участках прокладки линейных выработок показал, что их наиболее интенсивное изменение температуры и минерализации происходят за счет бокового охлаждения. При этом оттеснение легкомигрирующих компонентов происходит в большей степени вследствие горизонтальной их миграции по водоносному слою, чем вниз по разрезу. Однако по мере удаления от траншеи охлаждающее ее влияние быстро ослабевает вследствие выделения тепла при кристаллизации воды и повышения ее минерализации. Это приводит к понижению температуры кристаллизации оттесняемых криопэгов и способствует формированию в подстилающих многолетнемерзлых породах высокоминерализованных вод. Наиболее засоленными становятся грунты на расстоянии до 3-4 м от бокового линейного источника холода. При проектировании строительства на таких участках необходимо учитывать особенности динамики геотермического режима, поскольку даже незначительные изменения температуры могут повлиять на мерзлотно-гидрогеохимическую обстановку.