CC BY
12
46. Assessment of landslide susceptibility by decision trees in the Met-ropolitan Area of Istanbul, Turkey / H.A. Nefeslioglu [et al.] // Mathematical Problems in Engineering. 2010. Article ID 901095. 15 p. https://doi .org/10.1155/2010/901095.
УДК 622.02 : 622.41 : 615.83 : 553.632 : 552.53
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЯНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД,
ФОРМИРУЮЩИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
Г.З. Файнбург, К.А. Черный
Рассматриваются основные физическо-химические свойства соляных горных пород - хлоридов щелочных металлов натрия, калия, магния - галита, сильвинита, карналлита, формирующие специфические параметры воздушной среды каменно-соляных и калийных рудников, включая подземные спелеостационары, а также специальных соляных помещений - «соляных пещер» или спелеоклиматических камер, используемых в лечебно-оздоровительных целях.
Приведены данные многолетних натурных наблюдений авторов за медленно текущими (для визуального наблюдения и инструментального фиксирования) явлениями природного характера - межфазного взаимодействия влажного воздуха с полиминеральной соляной поверхностью натуральных горных пород.
Ключевые слова: соляные горные породы, хлориды щелочных металлов, относительная влажность, аэродисперсная среда, природная радиоактивность.
Введение
Добыча полезных ископаемых в подземных условиях неразрывно связана с воздействием окружающего выработки горного массива на параметры рудничной атмосферы, рассматриваемой в горном деле как загрязненная природными и технологическими опасными и вредными газообразными и пылеобразными примесями воздушная среда, в которой высокая концентрация и грубодисперсность соляной пыли - результата диспергации массива при отбойке полезного ископаемого, порождают профессиональные заболевания и вызывают такие органолептические явления, как «вкус соли» на губах [1].
Тем удивительнее воздушная среда каменно-соляных и калийно-магниевых рудников вне рабочих зон и магистральных выработок, наблюдаемая в отработанных камерах и обладающая такими специфическими параметрами, особая чистота, свежесть и своеобразный «запах соли» [2]. Инструментально эти параметры фиксируются как низкая бактериальная обсемененность, гипоаллергенность, наличие кластерных (легких) аэроионов и ультратонкой наноразмерной соляной аэрозоли, образованной процессами конденсации [2, 3].
С середины 50-х годов ХХ века такую аэродисперсную среду стали последовательно и успешно использовать в лечебных и лечебно-оздоровительных целях в специально построенных подземных спелеотера-певтических стационарах Польши, Советского Союза (Азербайджана, Армении, Беларуси, Киргизии, России, Украины), Румынии [3, 4], а с середины 80-х гг. ХХ века - и в наземных помещениях, все поверхности которых выполнены из соляных горных пород [5], а применяемые инженерные решения позволяют создавать лечебную соляную среду, подобную воздуху подземных спелеолечебниц.
Состав соляных горных пород очень многообразен и хорошо изучен с геологической и горно-технологической сторон (см., например [6, 7]). Однако многие характеристики соляных пород, несущественные с позиции добычи полезных ископаемых и значимые с позиции их влияния на качество воздушной среды, все еще остаются недостаточно исследованными. Это существенно ограничивает целенаправленное управление процессами формирования соляной аэродисперсной среды для лечебных и лечебно-оздоровительных целей.
Попытка систематически изложить в едином теоретическом ключе результаты работы авторов в этой области, а также данные других научных дисциплин представлена в статье.
Методология исследований межфазного взаимодействия воздушной среды с горным массивом и его аэрозолями
Основным теоретическим методом исследования служит сравнительный анализ известных данных, полученных авторами в ходе натурных наблюдений и инструментальных исследований, а также аналогичных материалов других исследователей, опубликованных в открытой печати.
В данном исследовании будут использоваться данные о горных соляных породах тех месторождений, на которых имеются (или имелись) подземные спелеолечебницы, либо добываемые там галит и сильвинит используются для строительства спелеоклиматических камер и комплексов.
В течение многих лет авторы имели возможность посещать, наблюдать и инструментально исследовать процессы формирования подземной воздушной среды за счет межфазного взаимодействия соляных горных пород с воздухом практически во всех спелеолечебницах мира.
Результаты такого взаимодействия с влажным воздухом, как правило, плохо манифестируются из-за медленности изменения поверхности горного массива и «атомарности» течения процесса конденсации / испарения влаги, что существенно затрудняет их количественное исследование и постановку соответствующих экспериментов.
Вместе с тем, многолетние (зачастую многовековые) результаты межфазного взаимодействия аналогичного характера наглядно видны в карстовых пещерах [8], где нет «мешающих» технологических примесей, в
частности грубодисперсных пылей, а вмещающие тоннели и гроты породы, в частности, карбонатные, образуют относительно стойкие к изменению параметров воздушной среды минералы, что делает их доступными наблюдению и исследованию.
Еще одной смежной для рассматриваемых вопросов областью относительно хорошо доступных инструментальному исследованию (и очень хорошо финансируемому из-за важности проблем экологии) явлений является поведение морского аэрозоля [9-12], другой - создание микромонокристаллов, в том числе наноразмеров, из газовой фазы в целях микроэлектроники [13, 14].
Результаты всех этих наблюдений и исследований равноправно используются в настоящей работе, излагающей их в системном порядке.
Основные общие характеристики соляных горных пород
Основные свойства любых соляных горных пород, в том числе хлоридов щелочных металлов, обусловлены их минералогическим составом. Рассматриваемые соляные горные породы преимущественно состоят: га-лит - из минерала галита (химическая формула NaCl), сильвинит - из агрегата минералов сильвина (KCl) и галита (последний обычно преобладает), карналлит - из одноименного минерала водного хлорида калия и магния (KCl-MgCl2-6H2O). Последний является чрезвычайно гигроскопичным и легко «плывет» на воздухе, превращаясь в рассол, а потому рассматривается только в виде отдельных «зерен» - включений в сильвинит, влияющих на взаимодействие соляной породы с влажным воздухом. Для строительства лечебных помещений он не используется.
В виде примесей основного минерального состава соляных горных пород могут присутствовать доломит, ангидрит, магнезит, гематит, бораты, битумы, глинистый и обломочный материал, окислы и гидроокислы железа, бром, рубидий, цезий, уран, радий и др. Эти нерастворимые водой минералы сконцентрированы в межзерновом пространстве агрегатов галита и в глинисто-ангидритовых прослоях соляного пласта [7].
Важнейшую роль в межфазном взаимодействии играет то существенное обстоятельство, что минералы галит и сильвин по физическим свойствам во многом подобны и имеют кубическую сингонию. Поэтому положительно заряженные атомы металлов (Na или К) и отрицательно заряженного хлора (Cl) структурно эквивалентны и образуют ионные структуры высокой стабильности: один ион натрия/калия (Na/K+) окружен шестью хлорид-ионами (Cl-), и, наоборот, один хлорид-ион окружен шестью ионами натрия / калия. Тем самым кристалл соли является одной гигантской многоатомной «молекулой».
Структура этих минералов в основном кристаллически-зернистая, но иногда порфировидная. Размер отдельных кристаллов варьирует от долей миллиметра до 2...3 см (галит - зачастую до 10...20 см). «Чистые»
кристаллы обладают высокой «стеклянной» / «зеркальной» блескостью из-за ровной поверхности. Кристаллы очень хрупки, поскольку легко разрушаются по плоскостям. Легко разрушаясь (под постоянным действием горного давления), мелкокристаллические горные породы способствуют образованию большого количества аэрозоля, витающего в горных выработках спелеостационара. Такая ситуация вызвала к жизни медицинскую концепцию воздействия соляного аэрозоля на организм человека, как основного лечебного фактора в каменно-соляных рудниках [15], имитируемого в галокамерах с помощью галогенератора сухого аэрозоля [16, 17].
Текстура соляных горных пород очень разнообразна. Наиболее существенны для межфазного взаимодействия (помимо однородности кристаллов) особенности неоднородностей текстуры: тонкослоистой, ритмично-слоистой (чередующихся и/или повторяющихся пропластков); брекчиевидной, мелко и крупно складчатой и т.п.
Особое значение для характера взаимодействия соляных горных пород с природным влажным воздухом имеет их гигроскопичность. Отдельная молекула воды, образованная относительно «большим» атомом кислорода О и двумя намного меньшими атомами водорода Н, обладает мощным дипольным моментом, и, образно говоря, представляет собой своеобразные «электрические клещи» для «вырывания» и переноса ионов, составляющих минерал галит / сильвин.
Эффективность межфазных реакций на поверхности «щелочно-галоидный кристалл - воздух» существенно повышается под воздействием радиации [18, 19]. Специально спланированные исследования показывают, что действие ионизирующих излучений существенно изменяет характер гетерогенных превращений в системе «кристалл - воздух», что приводит к эффективному разрушению кристаллической решетки и образованию в ней точечных дефектов, а также освобождению из кристаллической решетки галогенов, например, хлора. Эти радиационно-стимулированные гетерогенные процессы могут проходить в широком интервале температур относительно низких температур, давлении и влажности воздуха, которые характерны для реальной атмосферы.
Поэтому наличие в соляных горных породах природных радионуклидов рядов 226Яа, 232ТИ, 238и и 40К [20, 21] способствует интенсификации процессов межфазного взаимодействия и аэроионизации рудничной атмосферы.
Другим важным обстоятельством является пористая структура древних глин, легко впитывающих влагу, а затем неизбежно превращающихся за счет капиллярных сил в «нанос» и природную «подложку» для роста кристаллических новообразований.
Влияние влаги воздушного потока на состояние соляной поверхности
Натурные наблюдения показывают, что наибольшее влияние на формирование состава рудничной атмосферы в каменно-соляных и калийных рудниках оказывает относительная влажность воздуха. В наибольшей степени ее влияние (от аргумента [22] х = 1/(1 - ЯИ), где ЯИ - относительная влажность в долях) манифестируется при высоких значениях ЯИ, близкой к точке росы, в ходе годового цикла [23] климатических параметров.
Летним днем теплый воздух, попадая в рудник с меньшими температурами горных пород (например, 8.. .10 °С для Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей), охлаждается по мере движения по выработкам ниже точки росы и легко отдает избыточную для этих условий влагу. Часть ее захватывается поверхностями горных выработок, включая почву, часть - пылью и штыбом, что приводит к образованию луж различного размера и глубины, а также вязкой кашеобразной смеси глинистых и соляных частиц - полужидкой грязи, так называемой «алакши» на транспортных выработках, создавая препятствия движению. Объем этих явлений настолько значителен, что летом транспортные штреки приходится непрерывно чистить от алакши и применять другие меры борьбы с конденсационными рассолами [24].
Конденсационная влага в зависимости от удаленности от возду-хоподающего ствола, расходов и скорости движения воздуха в выработках образует, особенно при малых скоростях движения воздуха и относительно неизменной влажности разных микрообъемов воздуха, на соляной поверхности выработок очень тонкую, но ясно видимую и ощутимую на ощупь пленку соляного рассола. Такая пленка частично адсорбируется пористыми глинами и соляным массивом (за счет межкристаллических прослоев), частично под действием гравитации «стекает / сползает» к почве, образуя конденсационные рассолы.
При этом за счет неоднородности относительной влажности различных вихрей турбулизованного воздуха влага испаряется с поверхности, унося при этом растворенные в ней ионы щелочных металлов и хлора. Таким образом, происходит своеобразный процесс воздушного «полирования» соляных поверхностей. Сначала исчезают наиболее гигроскопичные зерна вкраплений карналлита, а затем и прослои сильвинита, оставляя га-лит и древние глины «на месте» (в несколько трансформированном виде).
Процессы такого «вымывания» или «выщелачивания», постоянно идущие в рудниках, очень существенны для герметичности любого рода перемычек, где на местах контакта материала перемычки с поверхностью горного массива всегда рано или поздно возникают хорошо выявляемые и постоянно увеличивающиеся со временем «щели» для инфильтрации (прососов) воздуха.
Поскольку время единичного «атомарного» акта процесса испарения ничтожно, общий результат межфазного взаимодействия определяется наложением множества временных «циклов» конденсации / испарения, и особенно явно виден на масштабах сезона, года, нескольких лет. Накопление видимых результатов этих разнонаправленных процессов идет крайне медленно, практически годами, и требует большого объема соприкасающегося с соляной поверхностью воздуха с высокой временной и пространственной неоднородностью относительной влажности и постоянного изменения точки росы из-за изменения температуры. Поскольку проведение прямых экспериментов для подобных явлений практически невозможно, то приходилось довольствоваться наблюдениями почти качественного характера.
Подача в течение полугода (с сентября по апрель) влажного (по погоде) воздуха, требуемого для проветривания поверхностного картофелехранилища вместимостью 10 тысяч тонн, в вентиляционных каналах которого были расставлены в шахматном порядке сильвинитовые блоки 20x20x40 см, привело к полному «вымыванию» из них сильвина толщиной 15...20 см. Остались «остов» из галита и на нем небольшие кусочки (1...5 см) сильвина, причем только в аэродинамической тени движения воздушного потока. При этом весь сильвин превратился в аэрозоль субмикронного размера, бактерицидно воздействующую на хранящийся картофель, что почти в два раза снизило его потери.
В другом эксперименте с более сухим воздухом внутренних помещений фотосчетчиком замеряли счетную концентрацию аэрозоли (в диапазоне 0,3.5 мкм) до и после прохождения воздуха через специальный резервуар с дробленой до размера 1.3 см сильвинитовой рудой. В течение 2 часов показания не менялись, что свидетельствовало об отсутствии «сдува» крупнодисперсной аэрозоли с поверхности руды. Затем начался рост всех показателей - сгенерированные наноразмерные частицы стали «обводняться» за счет влаги воздуха и их оптический диаметр стал расти до возможности фиксации таких частиц фотосчетчиком.
Заметим, что во всех проведенных экспериментах [2] в спелеокаме-рах после прохождения воздушного потока через дробленную до размеров 3.6 см сильвинитовую руду удалось зафиксировать существенное повышение количества тяжелых аэроионов в воздухе, что говорит о невидимой глазом и фотосчетчиками субмикронной соляной аэрозоли, полученной исключительно за счет «по-атомного» отрыва «частиц» соли с поверхности при взаимодействии с неоднородно влажным воздухом. При этом кластерные (легкие) аэроионы генерируются под прямым воздействием радиоактивного излучения 40К.
Еще один пример влияния влажного воздуха на «сублимацию» соли в воздух можно увидеть в следующем модельном эксперименте. Если плотно завернуть кусочки сильвинита в обычную бумагу и оставить ле-
жать (например, в шкафу), то где-то через месяц - два, развернув бумагу, можно ощутить тонкий и неповторимый «запах соли» калийного рудника. Заметим, что запах всегда связан к наноразмерными образованиями, которые образуются и при малых движениях воздуха, и связаны с изменением относительной влажности.
Формирование вторичных соляных образований
Наличие в воздухе субмикронных частиц соли и роль относительной влажности показывают формирование вторичных соляных образований на соляных поверхностях, либо путем присоединения «атомообраз-ных» соляных частиц, либо путем кристаллизации рассолов, находящихся в порах горной породы, а также перекристаллизация поверхностных кристаллов, рост их единичного размера.
Яркий пример последнего можно наблюдать в одной из горных выработок каменно-соляного рудника вблизи г. Тузлуджа провинции Игдыр (Турция). Расположенная примерно в 500 м от входа в рудник, отработанная тупиковая камера (типа грота) размером 15x30x5 м соединяется небольшим входом с основным штреком, что замедляет воздухообмен между воздухом камеры и основным потоком свежего воздуха. Температура в руднике порядка 12 °С, а на поверхности порядка 35.40 °С (по крайней мере, летом, когда состоялся визит в этот рудник). Вход в камеру расположен выше её почвы, а потому в камере образовался своеобразный бассейн, заполненный насыщенным рассолом из конденсационной влаги и соли.
Испарения с поверхности этого рассола в воздушную среду грота переносятся естественной конвекцией к кровле, где за многие годы гладкие поверхности, образованные при выемке полезного ископаемого, под воздействием перекристаллизации ныне полностью покрыты сплошным «ковром» крупных (3.4 см) единично выросших кристаллов галита почти правильной кубической формы.
Результаты межфазного взаимодействия и перекристаллизации хорошо видны на куске красного сильвинита (порядка 5x20x40 см) (рис. 1.), первоначально отслоившегося от разрушающегося целика и простоявшего с осени 1978 года в кабинете одного из авторов на открытой полке среди других образцов соляных пород и кристаллов.
Первоначально верхняя поверхность представляла собой ровную (матовую) глинистую поверхность, по которой произошла отслоение данного образца. Затем по краям верхней поверхности образца начали расти кристаллы, постепенно распространяясь внутрь обнаженной поверхности. В настоящее время это сплошной ковер «верхушек» крупных кристаллов галита. Более того, все горизонтальные поверхности (на контакте глинистых или галитовых прослоев) обсыпаны мельчайшими белесыми новообразованиями. Справа видна искусственно вызванная (для сравнения) де-
струкция соляного массива под действием капелек жидкости и белый след кристаллизовавшего рассола в виде подтёка.
В целом нормальная влажность помещения почти никак не сказалась на состоянии поверхности образца, чего не скажешь о поверхности другого образца (рис. 2.), длительное время (порядка 15 лет) простоявшего в прохладном помещении на подставке в простенке между окнами (с их естественной инфильтрацией наружного воздуха с переменной влажностью), обращенных на север. Хорошо видны изъязвления поверхности, вызванные влажностью, и белого цвета новообразования, что наглядно показывает описанные выше разнонаправленные процессы межфазного взаимодействия влажного воздуха и кристаллической соляной поверхности. Летом из-за изменения точки росы образец местами «оплывал», зимой покрывался «рябью» новообразований.
Рис. 1. Кусок натурального сильвинита пласта Красный-11
Рис. 2. Сильвинитовая плитка, выпиленная из пласта Красный-11
Эти новообразования различных типов на каменной соли были впервые замечены, изучены в течение десятка лет и описаны Ю.П. Казанским [25]. Они, как правило, приурочены к местам нарушения поверхности, например, к желобкам от отбойного молотка.
По наблюдениям авторов, внешний облик новообразований на сильвинитовых породах принципиально не меняется, и все они возникают на границах зерен сильвина или галита, а также глины, проявляя сродство всем, даже ничтожным повреждениям. Эти новообразования аналогичны корраллитам карстовых пещер.
Еще более интересны процессы, происходящие в местах «затишья» в природных пещерах, рождающие так называемые «пещерный пух», «пещерный мох», «пещерную вату», т.е. длинные зачастую спутанные нитевидные кристаллы [8, 26, 27]. Эти процессы связаны с изменением влажности и точки росы из-за скачков температуры, а сверх малые размеры новообразований позволяют им полностью погружаться даже в турбулентные вихри малого объема и расти. Относительная сохранность этих объектов в пещерах связана с их устойчивостью к растворению и большей прочностью самого минерала. Заметим, что, если трубчатые (диаметром около 5 мм) новообразования от текущих внутри трубочки рассолов в каменно-соляных (в Польше) и калийных (в России) рудниках (так называемые «макароны») можно наблюдать в отработанной зоне с почти застойным воздухом, то супертонкие нитевидные образования из соли нам никогда не попадались. Скорее всего, их быстро разрушает высокая гигроскопичность.
Роль влажности в формировании соляной аэрозоли
Большую роль в процессах формирования аэрозольного и аэроионного состава рудничной атмосферы играет гистерезис растворения и испарения обводненных рассолом соляных «частиц». Такой гистерезис хорошо виден на примере морского аэрозоля, содержащего соли натрия, калия, магния [11, 12].
Так, полное растворение частиц морской соли происходит при 70.74 % относительной влажности, однако обратная кристаллизация происходит при гораздо более низких значениях относительной влажности в 45.50 %. Аналогичные процессы протекают с аэрозолем сильвинита.
В результате «генерация» соляного аэрозоля с поверхности соляной горной породы оказывается эффективней, чем последующее «осаждение» аэрозоля на поверхность. Таким образом, наличие соляной поверхности и потока воздуха с разной относительной влажностью всегда генерирует наноразмерные соляные аэрозоли (и особенности их спектра по размерам), а также аэроионный состав воздуха, представленный электрозаряженными аэрозолями (тяжелые аэроионы) и кластерными (легкими) аэроионами.
Наблюдаемые в измерениях превышения концентраций положительных или отрицательных тяжелых аэроионов (смена знака коэффициента униполярности) при относительных влажностях воздуха от 45 до 74 % зависят от того, каким путем к данной относительной влажности воздуха воздушная среда камеры «пришла».
Если относительная влажность воздуха превысила критическое значение более 74 %, при которой все аэрозольные солевые частицы превратились в жидкие капли, то при снижении относительной влажности аэрозольные частицы остаются в жидкой фазе и преимущественное осаждение испытывают отрицательные аэроионы.
Если же аэрозольные частицы не являются полностью растворенными, т.е. относительная влажность не превышала критическое значение 74 %, то преимущественному осаждению подвергаются положительные аэроионы.
Такие условия существования соляного аэрозоля приводят к тому, что однажды «вырванный» из кристалла ион соли достаточно долго «живет» и мигрирует в воздушной среде, обеспечивая ее «чистоту» и иные уникальные свойства, используемые для лечения, поскольку вдыхаемый воздух приносит эти ионы натрия и калия прямо в альвеолы.
Заключение
Таким образом, систематическое изложение рассмотренного вопроса показывает, что соляные горные породы, образованные из хлоридов натрия, калия и магния, в силу физико-химических свойств самих минералов и образованных ими пород обуславливают аэрозольный и аэроионный состав воздушной среды.
Во-первых, отсутствие отдельных молекул кристаллических минералов приводит к тому, что свойства твердого тела сохраняются до нано-размеров. Кроме того, это отсутствие вызывает два вторичных фактора: высокие скалываемость (естественное размельчение) и гигроскопичность (взаимодействие с влагой воздуха), что обеспечивает широкий спектр ре-спирабельного аэрозоля, генерируемого взаимодействием влажного воздуха с соляными поверхностями.
Во-вторых, наличие радиоактивных элементов в соляных породах, особенно в древних глинах, способствует ионизации воздуха и аэрозоля, рождает кластерные и тяжелые аэроионы, что вторично влияет на динамику аэрозоля и вызывает особую чистоту (антиаллергенность) воздуха, используемого в спелеолечебницах и спелеоклиматических камерах для лечения.
Список литературы
1. Файнбург Г.З., Черный К.А. Естественнонаучные основы нетрадиционного использования соляных горных пород Верхнекамского место-
рождения калийно-магниевых солей. Пермь: Изд-во. Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. 212 с.
2. Fainburg G. Salty air therapy: the new effective method for treatment and healing. Perm: Publishing house of Perm National Research Polytechnic University, 2017. 274 p.
3. Спелеотерапия в калийных рудниках и спелеоклиматотерапия в сильвинитовых спелеокамерах: теоретические основы и практические достижения / под ред. И.П. Корюкиной, Г.З. Файнбурга. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. 303 с.
4. Speleotherapy - modern bio-medical perspectives / H. Lazarescu, I. Simionca, M. Hoteteu, L. Mirescu // Journal of Medicine and Life. 2014. Vol. 7. Special Iss. 2. P. 76 - 79.
5. Файнбург Г.З. «Соляная пещера» - артефакт всемирно-исторического значения, рожденный в Перми // Пещеры: сб. науч. тр. / Естественнонаучн. ин-т Перм. гос. нац. иссл. ун-та. Пермь, 2016. Вып. 39. С. 83 - 100.
6. Высоцкий Э.А., Гарецкий Р.Г., Кислик В.З. Калиеносные бассейны мира. Минск: Наука и техника, 1987. 387 с.
7. Копнин В.И. Верхнекамское месторождение калийных, калийно-магниевых и каменных солей и природных рассолов // Горный журнал. Известия Вузов. 1995. № 6. С. 10 - 43.
8. Кадебская О.И. Процессы современного минералообразования в карбонатных пещерах Урала, связанные с различными микроклиматическими обстановками // Географический вестник. 2016. № 1(36). С. 5 - 17.
9. The impact of atmospheric oxidation on hygroscopicity and cloud droplet activation of inorganic sea spray aerosol / B. Rosati [and others] // Scientific Reports. 2021. V. 11. Article No. 10008.
10. KanngieBer F., Kahnert M. Modeling optical properties of non-cubical sea-salt particles // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V. 126 (4). Article No. e2020JD033674.
11. Nanosize effect on the deliquescence and the efflorescence of sodium chloride particles / G. Biskos [and others] // Aerosol Science and Technology. 2006. V. 40 (2). P. 97 - 106.
12. A humidity-controlled fast integrated mobility spectrometer (HFIMS) for rapid measurements of particle hygroscopic growth / T. Pinterich [and others] // Atmospheric Measurement Techniques. 2017. V. 10. P. 4915 -4925.
13. Гиваргизов Е.И. Рост нитевидных и пластинчатых кристаллов из пара. М., 1977. 304 с.
14. Небольсин В.А., Щетинин А.А. Рост нитевидных кристаллов. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2003. 620 с.
15. Торохтин М.Д., Чонка Я.В., Лемко И.С. Спелеотерапия заболеваний органов дыхания в условиях микроклимата соляных шахт. Ужгород: Закарпаття, 1998. 288 с.
16. Rashleigh R., Smith S. MS., Roberts N. A review of halotherapy for chronic obstructive pulmonary disease // International Journal of COPD. 2014. Vol. 9. P. 239 - 246.
17. Lemko O.I., Lemko I.S. Speleotherapy, halotherapy, haloaerosol-therapy: definitions, mechanisms of influence, perspectives of usage (part I) // Asthma and Allergy. 2017. V. 3. P. 50 - 63.
18. Губарева Т.В. Спектры поглощения щелочно-галоидных частиц морского аэрозоля // Изв. ТПУ. 2010. Т. 317. № 2. С. 157 - 161.
19. Губарева Т.В. Гетерогенные реакции в системе щелочно-галоидный кристалл / воздух при активации рентгеновским излучением // Изв. вузов. Сер. Физика. 2011. № 1-2. С. 198 - 204.
20. Николаев А.С., Файнбург Г.З. Радиационная безопасность на калийных предприятиях // Безопасность труда в промышленности. 1998. № 12. С. 42 - 44.
21. Черный К.А. Параметры ионизирующих излучений калийных солей и закономерности их пространственного изменения // Горный журнал. 2019. № 1. С. 75 - 80.
22. Approximated expression of the hygroscopic growth factor for poly-dispersed aerosols / С.Н. Jung [and others] // Journal of Aerosol Science. 2021. V. 151. Article No. 105670.
23. Максимович Г.А., Бельтюков Г.В. Формирование и миграция конденсационных рассолов в горных выработках калийных рудников // Тр. ВНИИГ. 1972. Вып. 56. С. 65 - 72.
24. Зайцев А.В., Агеева К.М. Осушение горных выработок калийных рудников с использованием средств систем автоматического управления проветриванием // Недропользование. 2022. Т. 22, № 1. С. 45 - 50.
25. Геологические аспекты спелеотерапии (на примере лечебной шахты пос. Солотвино, Закарпатской области УССР) / Ю.П. Казанский [и др.]. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1986. 79 с.
26. Maltsev М.А. The influence of season changes of the cave microclimate to the gypsum genesis // Proceedings of the 10th International Congress of Speleology. Budapest, 1989. V. III. P. 813 - 814.
27. Эфемерные (сезонные) минералы в Кунгурской ледяной пещере / С.С. Потапов [и др.]. Пещеры: сб. науч. тр. Перм. гос. ун-та. Пермь. 2008. Вып. 31. С. 112 - 119.
Файнбург Григорий Захарович, д-р техн. наук, проф., директор института, faynburg@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Черный Константин Анатольевич, д-р техн. наук, доц., зав кафедрой, chernyy_k@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
PHYSICAL PROPERTIES OF SALT ROCKS, WHICH ARE FORMING SPECIFIC PARAMETERS OF AIR ENVIRONMENT
G.Z. Fainburg, K.A. Chernyi
The article discusses the main physical and chemical properties of salt rocks - alkali metal chlorides of sodium, potassium, magnesium - halite, sylvinite, carnallite, which form the specific parameters of the air environment of rock-salt and potash mines, including underground speleohospitals, as well as special salt rooms - "salt caves" or speleoclimatic chambers used for therapeutic and recreational purposes.
The data of long-term field observations by the authors for slow current (for visual observation and instrumental fixation) natural phenomena - the interfacial interaction of moist air with the polymineral salt surface of natural rocks are presented.
Key words: salt rocks, alkali metal chlorides, relative humidity, aerodisperse environment, natural radioactivity.
Feinburg Grigory Zakharovich, doctor of technical sciences, professor, director of the institute, faynburg@,mail.ru, Russia, Perm, Perm National Research Poly-Technical University,
Cherny Konstantin Anatolyevich, doctor of technical sciences, associate professor, head of the chair, chernyy_k@mail.ru, Perm, Russia, Perm National Research Polytechnical University
Reference
1. G. Feinburg. Z. K. Chernyshevsky.A. Natural science foundations of unconventional use of salt rocks of the Verkhnekamsk deposit of potassium-magnesium salts. Perm: Publishing House. Perm. nats. issl. poly-tech. un-ta, 2018. 212 P.
2. Fainburg G. Salty air therapy: the new effective method for treatment and healing. Perm: Publishing house of Perm National Research Polytechnic University, 2017. 274 p.
3. Speleotherapy in potash mines and speleoclimatotherapy in silvinite speleocamers: theoretical foundations and practical application / Edited by N. I.P. Koryukina, G.Z. Feinburg. Perm: Publishing house of Perm. nats. issl. polytech. un-ta, 2017. 303 P.
4. Speleotherapy - modern bio-medical perspectives / H. Lazarescu, I. Simionca, M. Hoteteu, L. Mirescu // Journal of Medicine and Life. 2014. Vol. 7. Special Iss. 2. P. 76 - 79.
5. Feinburg.Z. "Salt cave" - an artifact of world-historical significance, discovered in Perm // Caves: SB. nauch. tr. / / Natural Science. in-t perm. state. national. issl. un-ta. Perm, 2016. Issue 39. pp. 83 - 100.
6. E. Vysotsky.A. R. Garetsky.G., Kislik V.Z. Potassium-bearing basins of the world. Minsk: Science and Technology, 1987. 387 p.
7. Kopnin V.I. Verkhnekamskoye deposit of potash, potassium-magnesium and rock salts and natural brines // Mining Journal. Izvestiya Vuzov. 1995. No. 6. pp. 10 - 43.
8. O. Kadebskaya.I. Processes of modern mineral formation in the carbonate caves of the Urals associated with various microclimatic conditions // Geographical Bulletin. 2016. № 1(36). C. 5 - 17.
9. The impact of atmospheric oxidation on hygroscopicity and cloud droplet activation of inorganic sea spray aerosol / B. Rosati [and others] // Scientific Reports. 2021. V. 11. Article No. 10008.
10. KanngieBer F., Kahnert M. Modeling optical properties of non-cubical sea-salt particles // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V. 126 (4). Article No. e2020JD033674.
11. Nanosize effect on the deliquescence and the efflorescence of sodium chloride particles / G. Biskos [and others] // Aerosol Science and Technology. 2006. V. 40 (2). P. 97 -106.
12. A humidity-controlled fast integrated mobility spectrometer (HFIMS) for rapid measurements of particle hygroscopic growth / T. Pinterich [and others] // Atmospheric Measurement Techniques. 2017. V. 10. P. 4915 - 4925.
13. Givargizov E.I. Growth of filamentous and lamellar crystals from steam // M., 1977. 304 p.
14. V. Nebolsina.A., Shchetinin A.A. Forms filamentous crystals. Voronezh: Voronezh State University, 2003. 620 P.
15. M. Torokhtin.D., Chonka Ya.V., Lemko I.S. Speleotherapy of respiratory diseases in the microclimate of salt mines. Uzhgorod: Transcarpathia, 1998. 288 p.
16. Rashleigh R., Smith S. MS., Roberts N. A review of halotherapy for chronic obstructive pulmonary disease // International Journal of COPD. 2014. Vol. 9. P. 239 - 246.
17. Lemko O.I., Lemko I.S. Speleotherapy, halotherapy, haloaerosol therapy: definitions, mechanisms of action, prospects of use (Part I) // asthma and allergy. 2017. V. 3. P. 50 - 63.
18. T. Gubareva.V. Absorption spectra of alkaline halide particles of marine aerosol // izv. TPU. 2010. Vol. 317. No. 2. pp. 157 - 161.
19. T. Gubareva.B. Heterogeneous reactions in the system of alkaline-halide crystals / air activated by X-ray radiation // izv. universities. Serb. Physics. 2011. No. 1-2. pp. 198 -204.
20. Nikolaev A.S., G. FeinburgS. Radiation safety at potash plants // Occupational safety in industry. 1998. No. 12. pp. 42 - 44.
21. K. Cherny.A. Parameters of ionizing radiation of potassium salts and patterns of their spatial change // Mining Journal. 2019. No. 1. pp. 75-80.
22. Approximate expression of the hygroscopic growth factor for polydispersed aerosols / C.N. Jung [and others] // Journal of Aerosol Science. 2021. V. 151. Article No. 105670.
23. G. Maksimovich.A., Beltyukov G.V. Formation and migration of condensation brines in potash mine workings // tr. VNIIG named after 1972. Issue 56. pp. 65 - 72.
24. Zaitsev A.V. K. Ageeva.M. Drainage of mining workings of potassium-ion mines using means of automatic management of subsurface use // subsurface use. 2022. Vol. 22, No. 1. pp. 45-50.
25. Geological aspects of speleotherapy (on the example of therapeutic mines of the village Solotvino, Transcarpathian region of the Ukrainian SSR) / Yu.P. Kazansky et al.]. Novosibirsk: IGiG SB of the USSR Academy of Sciences, 1986. 79 P.
26. Maltsev M.A. The influence of season changes of the cave microcli-mate to the gypsum genesis // Proceedings of the 10th International Congress of Speleology. Budapest, 1989. V. III. P. 813 - 814.
27. Ephemeral (seasonal) minerals in the Kungur Ice Cave / S.S. Potapov et al.]. Caves: collection of scientific tr. Perm. state University. Perm. 2008. Issue 31. pp. 112 - 119.
