CC BY
60
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БОЛОТНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
УДК 631.43
Н.И. ГамаюновС.Н. Гамаюнов“
ОСМОТИЧЕСКИЙ МАССОПЕРЕНОС В ТОРФЕ
'Тверской государственный технический университет "Тверская государственная сельскохозяйственная академия
Торфяная залежь - открытая система, которая обменивается энергией и веществом (водой, растворимыми в ней различными химическими соединениями) с окружающей средой - атмосферой и подстилающими ее минеральными грунтами. В связи с этим в залежи происходит осмотический перенос воды, а также сопутствующие явления -термо- и солевой осмос, изменение ее структуры. При наличии электрического поля возможен также электроосмотический перенос.
Торф в залежи представляет собой водный раствор высокомолекулярных соединений (ВМС) растительного происхождения различного химического состава и структуры. Он имеет минеральные компоненты различной дисперсности. Макромолекулы, взаимодействуя между собой, образуют ассо-циаты, а их совокупность - пространственную матрицу торфа, в которой отсутствуют сплошные каналы - капилляры. В связи с такой микроструктурой для торфа не применимы капиллярные модели мас-сопереноса. Такие модели применяются для некоторых минеральных почв. В торфе (особенно высокой степени разложения, диспергированном) отсутствуют сплошные и струйные потоки жидкости.
Под потоком жидкости в торфе понимается совокупность дискретных активированных скачков -трансляций [1] наименее связанных молекул жидкости. Они перемещаются через имеющиеся полости, поры между и внутри ассоциатов ВМС, размеры которых больше, чем диаметры молекул жидкости. Макромолекулы ВМС имеют ионогенные группы (ИГ). В процессе набухания они диссоциируют. Катионы переходят в раствор, а анионы жестко связаны с макромолекулами и, соответственно, с матрицей. При диссоциации ИГ на матрице возникает отрицательный заряд.
Находящиеся на матрице подвижные катионы во внутриматричном растворе находятся в динамическом равновесии. В этом растворе могут находиться свободные анионы. В стесненном простран-
стве внутриматричного раствора с ними рекомбинируют катионы и образуют ионные ассоциаты. Поэтому заряды катионов и их ассоциатов различны: от валентного значения до нуля. В последнем случае образуются молекулы.
При диссоциации вокруг связанных анионов и катионов образуются гидратные оболочки. В связи с таким механизмом их взаимодействия вероятность образования ионных связей с контактирующими диссоциированными ИГ мала. Происходит в основном электростатическое взаимодействие катионов и их ассоциатов со всей матрицей. Наибольший вклад в это взаимодействие оказывают ближайшие связанные анионы. Выход свободных катионов из матрицы во внешний раствор затруднен, так как они удерживаются ее суммарным электрическим полем противоположного знака.
Чистая вода при комнатной температуре состоит из упорядоченных ансамблей (кластеров) и «несвязанных» молекул. Перемещение кластеров в матрице затруднено. Часть молекул воды внутри матрицы непосредственно сорбируется преимущественно на полярных группах макромолекул и минеральных частицах. Большая часть поглощенной воды - это осмотическая влага. За счет осмотического давления происходят массоперенос и набухание торфа. Оно может достигать десятков и более мегапаскалей. Матрица является пространственным молекулярно-ионным «ситом» [2-5], что осложняет перемещение крупных молекул и гидратированных ионов внутри нее.
Из внешнего во внутриматричный раствор диффундируют различной валентности положительные и отрицательные ионы в эквивалентном по заряду количестве. Они совершают броуновское движение внутри доступных для них порах материала. Поступившие катионы вступают во взаимодействие с ИГ. Происходит ионный обмен, который приводит к изменению состава поглощенных катионов, структуры и степени набухаемости матрицы [6].
Это является второй причиной, объясняющей более интенсивный перенос молекул воды в начальной стадии процесса массопереноса по отношению к обратной миграции ионов через торфяной образец.
При рассмотрении процесса электроосмотическо-го переноса в торфе необходимо учитывать его особенности [7], а также растворов электролитов [8]:
1. При отсутствии в торфе капилляров не применима существующая модель электроосмоса [3, с. 222].
2. На границе ассоциат макромолекул-раствор возникает высокая напряженность электрического поля (Ег ~ 108 В/м) [9]. Поэтому миграция свободных катионов в заполненные водой полости между ассоциатами затруднена. Она возможна в местах контакта совокупности ассоциатов. По этим контактам катионы перемещаются внутри матрицы к катоду. Связанные анионы не перемещаются.
3. Перенос катионов в торфе сопровождается их взаимодействием с диссоциированными ИГ и ионным обменом [10, 11].
Рассмотрим простую систему, состоящую из п1 молей растворителя и п2 растворенного вещества, молекулы (ионы) которого имеют меньшую подвижность, чем растворитель. Для первого компонента (растворителя) значение парциальной идеальной мольной энтропии смешения равно [3, 4]:
(
Д S i = R in
1 + П2
, ni J
(1)
а изменение парциального изобарно-изотермического потенциала
Д G1 =ДЯ1 - T Д S i.
(2)
В процессе_смешения изменением парциальной энтальпии АН 1 можно пренебречь [2]. В этом случае
ДС1 =-T Д S i = RT In
f А_Л
Ps0
= —nV
1 ,
(3)
где V1 - объем моля растворителя; р8 и р80 - давление насыщенного пара над раствором и чистым растворителем.
Из соотношений (3) следует, что осмотическое давление
n=-i RT I in
V1
s0 j
(4)
С учетом уравнений (1) и (3) при n2 << n1 имеем:
RT п = in
V1
f n ^ 1 + П2
n1 j
RTn2 = RTC, V n
(5)
где C = =^— концентрация растворенного ком-
V in1
понента.
Полученная зависимость - закон Вант-Гоффа для растворов низкой концентрации. Полагая при малой мольной концентрации растворенного вещества П2 << ni,^Pso и -ln(ps/pso) ~ 1 -Ps/Pso, из соотношения (4) с учетом (5) получим закон Рауля:
Ps = Pso(1 - njni). (6)
Реальные процессы отличаются от идеальных. Они корректируются путем введения эмпирических коэффициентов [2, 4].
Поглощение паров воды происходит внутри полостей, пор торфа. В зависимости от их размера на полярных активных центрах могут сорбироваться одна или несколько молекул H2O. В более крупных порах образуются «гроздья» и упорядоченные кластеры из молекул воды, связанных водородными связями между собой и активными центрами. Сорбированные молекулы менее подвижны, чем поступающие извне из парогазовой или жидкостной сред во внутрь торфа несвязанные молекулы растворителя. Последние стремятся «разбавить» концентрацию сорбированных молекул до нуля. Матрица оказывает механическое сопротивление притоку свободных молекул растворителя. Возникает осмотическое давление. В этом случае в уравнении (5) n1 и n2 - число молей свободных и связанных молекул.
Осмотическое поглощение растворителя приводит к ограниченному набуханию и частичному растворению ВМС (фульвокислот, гумуса) в жидкости [4-6]. Набухание имеет место тогда, когда напряжения, возникающие в матрице под воздействием осмотического давления, не превышают предельного значения, при котором происходит разрыв основных связей между макромолекулами, их ассо-циатами, составляющими неоднородную матрицу торфа.
Приведенная упрощенная схема может быть распространена на широкий круг подобных явлений. В любой реальной смеси веществ имеются какие-то компоненты (газы, растворенные вещества, твердые частицы) более, а другие менее подвижны вследствие различных причин: проницаемости, фазовых переходов, адсорбции, ионного обмена, воздействия внутренних и внешних полей, химических реакций. Активные составляющие системы (в частности, вода) стремятся снизить концентрацию неактивных компонентов в пределе до нуля путем разбавления. Это возможно, если система открытая [12] и имеется приток в данный объем активных компонентов из окружающего пространства. В частности, такое явление наблюдается при переносе растворителя через торфяной образец.
После дифференцирования уравнения (1) по времени t при n2 = const и умножения правой и левой его части на црп1/5 получим:
ЯЦ р
V
йп1
Ж
Яп
-<Ь (7)
2 У
где ц - молекулярная масса растворителя; 5 - сечение мембраны.
Из уравнения (7) следует, что время установления равновесного состояния в открытом ограниченном объеме зависит от числа молей растворителя п1 и растворенного вещества п2, а также от интенсивности поступления растворителя ^ в раствор.
Производная, характеризующая скорость перехода неравновесной системы в равновесную,
й Д£ 1
9і = -То
йх
О = [5а2/(6т0)]ехр(-Ж/ЯТ),
ческое давление на жидкость. Аналогичным образом можно учесть влияние гравитационных, электрических, магнитных полей на активационные скачки молекул жидкости [6]. Согласно Онзагеру потоки вещества, вызванные различными причинами, аддитивно суммируются [14].
С учетом соотношения (9) после дифференцирования получим уравнение потока жидкости
д1 = -ОуО
1-
ы йЖ, \йы ыЖ йТ ы¥ 1 йр йх ЯТ2 йх ЯТ йх
ЯТ
(10)
0 при п1 ^ да. Процесс предельного раз-
бавления вещества п2 в конечном объеме требует бесконечно большого времени ? и притока в этот объем растворителя п1. Следовательно, в реальном диапазоне времени открытая многокомпонентная система с различной степенью подвижности составляющих ее частиц - неравновесная. Поступление растворителя в объем происходит с постоянным снижением потока ^ во времени. Приток растворителя вызывает увеличение рассматриваемого открытого конечного объема. Если он ограничен жесткой оболочкой, то осмотическое давление компенсируется упругими напряжениями, возникающими в оболочке. В опытах (рис. 1) осмотическое давление воспринимала камера 1.
Одномерное уравнение переноса жидкости запишем в виде:
Первая составляющая уравнения (10) в круглых скобках учитывает диффузию молекул жидкости. Их перенос вызывается градиентом концентрации жидкости у0йи/йх внутри материала. Вторая составляющая учитывает сорбцию молекул жидкости внутри его пор. Последующие два слагаемых уравнения (10) позволяют учесть потоки, вызванные градиентами температуры и внешнего давления. Если они отсутствуют, то соотношение (10) переходит в уравнение Фика.
Опыты проводили на установке (рис. 1), позволяющей раздельно или одновременно исследовать массоперенос при гидростатическом давлении, термопереносе, солевом и электроосмосе.
(8)
в котором коэффициент диффузии [1, 12] в набухшем материале мембраны
(9)
где а - расстояние активированного скачка молекулы жидкости, т0 - период их тепловых колебаний; 5 = 1 - у0/рт - пористость, у0 = у/(1 + и), у - плотность набухшего торфа, и - влагосодержание, кг жидкости/кг сухого вещества, рт - плотность сухого вещества торфа; Ж =Ж1 + Ж2 - энергия активации трансляций молекул жидкости. Величина Ж1 -осредненная по всему количеству поглощенной влаги (сорбированной и осмотической) энергия активации скачков молекул жидкости в порах материала. С увеличением влагосодержания эта величина стремится к энергии активации трансляций молекул обычной жидкости в макрообъеме. Вторая составляющая Ж2 = р¥ 1, р - внешнее механическое, гидростатическое, барометрическое, осмоти-
Рис. 1. Схема установки: камера с образцом (1), вспомогательные камеры (2), воронки с водой, создающие разность гидростатических давлений (3), мерные капилляры (4), электроды (5), источник тока (6), термостаты (7)
В металлический цилиндрический корпус помещали исследуемый образец торфа длиной 4 см и сечением 16.5 см2. К корпусу с обеих сторон подсоединяли закрытые камеры 2, которые совместно с образцом заполняли водой. Необходимую разность напоров создавали путем изменения уровней жидкости в воронках 3, соединенных гибкими шлангами с правой и левой камерами. Интенсивность массопереноса определяли по скорости перемещения менисков в мерных капиллярах 4. Для исследования электроосмоса ток от универсального источника электропитания 6 подавали на спи-
ральные проволочные платиновые электроды 5. Постоянная или разная температура в камерах 2 устанавливалась с помощью термостатов 7.
Торф имел суммарное количество поглощенных катионов натрия, калия, кальция, магния и железа 1.29 мг-экв/г сухого вещества. Предварительно путем создания избыточного гидростатического давления в левой камере через образец торфа пропускали дистиллированную воду. Опыты начинали после установления внутри исследуемого образца ионного и дисперсионного равновесия, которое достигалось за 10-20 сут. В течение этого периода стабилизировался расход жидкости и показатель кислотности рН ~ 6.
Для исследования термопереноса воды через образец длиной l правую и левую камеры (рис. 1) заполняли дистиллированной водой. В этом случае при u = const первая составляющая уравнения (10) была равна нулю. В левой камере температура 273 К была постоянной. В правой камере температуру последовательно повышали на величину VT7. За счет постоянного по длине образца градиента гидростатического давления i = 3-104 Па/м возникал жидкостной поток QM.
С ростом средней температуры образца Т= 297 + VTl/2 вследствие увеличения коэффициента диффузии (9) с температурой поток воды линейно возрастает (рис. 2, график 1). При малом диапазоне изменения температуры (297-309 К) экспериментальные зависимости QH(VT) - линейные. Если по направлению термоперенос совпадает с потоком QH, то суммарный поток QH+1 больше, а в противоположном направлении QK_T - меньше QH (рис. 2, графики 2, 3). Величина термопереноса при градиенте температуры VТ = 8 К/см составляет 11% от потока QH.
2m±r'10lD, М3/С
2 4Vr<102, К/СМ
Рис. 2. Изменение потоков массопереноса 0м через мембрану (1) при наличии параллельного 0м+т (2) и антипараллельного 0м-т (3) термопереноса влаги с увеличением средней температуры и ее градиентов VI
При проведении экспериментов с солевым осмосом в левую камеру заливали дистиллированную воду, а в правую - раствор соли MgCl2 различ-
ной концентрации. Давление и температура в опытах были постоянными. Приращение парциальной энтропии (3), (5) и осмотическое давление п в начале процесса в левой камере равны нулю, а в правой Д 51 > 0. Если перенос ионов из правой в левую камеру затруднителен, то неравновесная система может достигнуть равновесия путем переноса (всасывания) воды из левой камеры.
Скорость переноса V и соответственно поток ^ из левой камеры согласно уравнению (7) пропорциональны производной йД51/ й?. В свою очередь, значения этой производной при П2 << П1 пропорциональны концентрации растворенного вещества в правой камере, что согласуется с экспериментом (рис. 3). Поток осмотического массопере-носа постепенно снижается по мере поступления ионов в левую камеру. Этот процесс, как отмечалось, сопровождается ионным обменом и изменением структуры материала.
1ГМОЛЬ/Мл
Рис. 3. Зависимость скорости осмотического переноса V от концентрации С соли МдС12
О существенных изменениях структуры торфа свидетельствуют опыты по массопереносу Q под давлением через образец сначала дистиллированной воды, а затем растворов соли СаС12 различной нормальности (н). Опыты проводили при постоянной температуре. Поток воды выносит из образца ионы калия и кальция (рис. 4, кривые 5, 6). При замене ионов К+ на Н+ образуются водородные связи между полярными группами. Дополнительные связи возникают также через молекулы воды, которые одновременно через Н-связи взаимодействуют с несвязанными полярными группами контактирующих звеньев макромолекул [6, 7].
Ионный обмен поливалентных ионов на ионы водорода приводит к значительным изменениям структуры торфа. Процесс ионного обмена на карбоксильных группах происходит по схеме: Я-СОО-Са-ООС-Я+2Н+ ~ 2(Я-СООН) + Са2+, где Я - звенья контактирующих макромолекул, имеющих ИГ.
При обмене ионов Са2+ на Н+ происходит разрыв ионных связей между контактирующими зве-
ньями макромолекул и образование Н-связей. Это вызывает снижение плотностей и размеров входящих в матрицу ассоциатов макромолекул - пепти-зацию. Следствием пептизации являются снижение механического сопротивления матрицы осмотическому давлению, увеличение степени набухания и уменьшение ее проницаемости 5 из-за более равномерного распределения макромолекул внутри ограниченного жесткой оболочкой объема матрицы. Молекулы жидкости в процессе миграции рассеиваются на звеньях макромолекул, что снижает число их трансляций вдоль оси образца и соответственно уменьшается поток Q (рис. 4, кривая 1). Вследствие поглощения ионов водорода матрицей возрастает рН фильтрата (кривая 3).
Если происходит обратный процесс: обмен ионов кальция на водородные ионы, то наблюдаются укрупнение и уплотнение (коагуляция) ассоциатов. При этом образуются свободные полости между ними, по которым совершают активационные скачки молекулы жидкости с меньшим коэффициентом рассеяния. Поток Q возрастает (кривая 2) по мере увеличения концентрации переносимых через образец 10-3, 10-2, 10-1 н СаС12, а рН снижается (кривая 4). При массопереносе через образец вновь дистиллированной воды (точка й на кривой 2) наблюдается снижение потока, подобное началу графика 1, и рост значений рН (кривая 4). Из экспериментов следует, что рН не является причиной, а следствием ионообменных процессов и изменений структуры торфа. Кривые, подобные приведенным на рис. 4, получены для растворов различных кислот и солей [15].
Опыты по электроосмотическому переносу Qэ проводили следующим образом. В обе камеры (рис. 1) заливали дистиллированную воду и создавали постоянный градиент гидростатического давления. Возникал поток Qм из левой в правую камеру. Температуру в камерах и ток 3 в течение опыта поддерживали постоянными.
На катоде при наличии нейтральной или щелочной среды происходит разложение молекул воды.
Этот процесс описывается реакцией: 4Н20 + 4е_ ^ 40Н" + 2Н2| [2]. При наличии нейтральной или кислой среды на аноде происходит реакция: 2Н20 - 4е_ = 4Н+ + 02|. Электроны во внешней цепи перемещаются от катода к аноду. Возникает ток. В результате в прианодной зоне образуется кислая, согласно экспериментам рН 3-4, а в прика-тодной зоне - щелочная среда (рН 11-12), а на электродах соответственно адсорбируются молекулы кислорода и водорода. Кроме приведенного механизма получения тока, электрические заряды переносят находящиеся в торфе свободные катионы. Они увлекаются потоком совершающих активационные скачки молекул воды, а также перемещаются под воздействием электрического поля.
С повышением концентрации катионов в правой камере возрастает, как отмечалось при рассмотрении рис. 3, осмотический перенос молекул воды через образец торфа. Увеличение концентрации катионов пропорционально току 3, времени т, осмотическому давлению п и соответственно потоку Qэ воды, мигрирующей через образец. Поэтому отношение QJJ должно быть приближенно постоянным, что согласуется с экспериментом (начальные линейные участки графиков 1-4, рис. 5 а).
Если концентрация ионов, молекул в какой-то части системы изменяется, то это вынуждает их перенос до установления нового динамического равновесия. Вследствие переноса катионов в при-катодную зону в образце образуется отрицательный заряд, который компенсируется притоком водородных и других свободных катионов из раствора прианодной зоны. Ионы водорода (протоны) мигрируют к катоду по системе связанных между собой водородными связями молекул воды внутри торфа и вспомогательной камеры, а гидроксилы - к аноду эстафетным механизмом [2]. Все эти процессы внутри образца и в приэлектро-дных зонах происходят при электронейтральности всей системы.
<2-Ю9, м3/с
Рис. 4. Изменение во времени т (сутки) расходов 0 (1, 2) и рН (3, 4) раствора при массопереносе через мембрану дистиллированной воды (1, 3) и растворов СаС12 (2, 4); точкам а, Ь, с соответствуют изменения концентрации раствора 10-3, 10-2, 10-1 н СаС12, точке 6 - перенос дистиллированной воды; концентрации С1 ионов Са2+ (5) и С2 ионов К+ (6) в фильтрате
Вначале совместного переноса воды под воздействием градиентов гидростатического давления Qu и электроосмоса Qэ суммарный поток Qu+э линейно возрастает (рис. 5 а). Катионы выносятся в прикатодную зону. Их концентрация в правой камере увеличивается, что установлено экспериментально путем последовательного отбора проб из этой камеры [16].
Если ток в цепи не превышает 1.5 мА (графики
1, 2), то после линейного участка электроосмоти-ческий поток остается постоянным. При 3 > 1.5 мА (кривые 3, 4) после линейного участка значения Qu+э уменьшаются, а затем поток жидкости стабилизируется. Периоду от начала процесса до стабилизации при постоянном токе 1 мА (график 1) соответствует время падения напряжения (кривая 5) из-за увеличения концентрации ионов Н+ и ОН- в приэлектродных зонах и интенсивности их переноса через образец торфа. При стабилизации электропроводность раствора, напряжение и электрическое сопротивление образца становятся постоянными.
С увеличением концентрации ионов в правой камере возрастает их диффузия в образец. По мере уменьшения концентрации катионов в прикатод-ной емкости снижается осмотический перенос воды в правую камеру. Стабилизация потоков наступает тогда, когда диффузия катионов в образец
и перенос их под воздействием электрического поля и потоком Qu в обратном направлении становятся равными. Для больших значений тока роль массопереноса по отношению к электроосмотичес-кому потоку незначительна, а при малых она существенна, поскольку увеличивается относительная доля переноса ионов потоком Qu в прикатод-ную зону и снижается обратная их диффузия в образец.
После выключения тока (точка В, рис. 5 а) в течение 10-40 мин. происходит постепенное снижение совместного потока Qu+э из-за выноса катионов из образца в прикатодную зону потоком Qu, а также остаточной разности потенциалов ф. В опыте, который проводился с током 1 мА, она равна 0.35 В (кривая 6).
При переходе адсорбированных газов водорода и кислорода с поверхности катода и анода в раствор в виде ионов Н+ и ОН- возникает ток [2]. Миграция имеющихся и вновь образующихся ионов гидроксония к катоду и гидроксилов из катодной зоны к аноду способствует продлению времени работы вторичного источника тока. Чем больше разность значений рН между катодом и анодом, тем продолжительнее время релаксации остаточного напряжения ф. В связи с этим нулевое значение ф при токах 0.5-10 мА достигается соответственно за 2-10 ч., а ионное равновесие за 16-36 ч.
25
20
15
10
«5 <¿ . 1 и, в \ 13 V\? 12
/v"^ 5
/ ■?
/ / 2
// / 1 W\ "
А ем
ф, В
0,3
0,2
0,1
20
40
60
80 100
Рис. 5. Изменение во времени т суммарного потока воды под воздействием гидростатического давления 0м и электроосмоса 0э: а) в прямом направлении 0м+э при значениях постоянного тока J(мА): 1 (1), 1.5 (2), 2.5 (3), 5 (4); напряжения и (5) после включения тока (А) и остаточной разности потенциалов ф (6) после его выключения (6); Ь) при токе J = 1 мА в обратном направлении
соответственно 0м-3 (1), и (2), ф (3).
В другой серии опытов потоки Qм и Qэ были ан-типараллельны. Это вызывало снижение результирующего потока Qм_э (рис. 5 Ь, кривая 1) и напряжение на электродах (кривая 2). После выключения тока (точка В) в течение 16 ч. поток Qм_э возрастал, но не достигал значений начального потока Qм, а остаточная разность потенциалов ф (кривая 3) не снижалась до нуля. Поток Qм = 3.5-10-10 м3/с сущес-
твенно осложнял миграцию катионов к катоду, который находился в левой камере. Поэтому значения Qэ < Qu при токе 3= 1 мА меньше, чем при параллельных электроосмотическом ^э = 4.8-10-10 м3/с) и Qu потоках (рис. 5 а, график 1).
На основе экспериментальных линейных графиков lgQэ(7м) и ^^(Т-1) в диапазоне температур 293-313 К рассчитаны энергии активации Ж
В.В. Панов. Функциональная неоднородность деятельностного слоя сфагновых болот
трансляций молекул воды. Для электроосмоса при токах 0.5, 1, 1.5, 3 мА они соответственно равны 9.6, 7.1, 6.7, 6.3 кДж/моль. Энергия активации при наличии градиентов гидростатического давления равна 18 кДж/моль. При тех же значениях токов для совместных потоков Qu+э энергии активации равны 13.4, 11.3, 10.5, 8.4 кДж/моль.
Уменьшение значений Ж вызвано тем, что в процессе переноса ионов в электрическом поле разрушается структура воды. Ионы воздействуют на окружающие молекулы воды, изменяют их подвижность [8], искажают и разрывают Н-связи между молекула-
ми в кластерах. Это приводит к их частичному разрушению и увеличению доли «несвязанных» молекул. Кроме того, электрическое поле ориентирует молекулы воды и диссоциированные ИГ по направлению вектора напряженности электрического поля. Это также приводит к искажению, разрыву Н-связей между контактирующими молекулами воды и соответственно снижению значений Ж. С увеличением тока ./ возрастает число переносимых ионов, что вызывает более интенсивное разрушение структуры воды и снижение энергии активации Ж.
Поступила в редакцию 18.01.2008
Литература
1. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкости. Л., 1959. 458 с.
2. Курс физической химии // М.-Л.: Химия, Т. I., 1964. 624 с.; Т. II., 1973. 623 с.
3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., 1964. 574 с.
4. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М., 1978. 544 с.
5. Бартенев Г.М., Френкель С.Я. Физика полимеров. Л., 1990. 430 с.
6. Гамаюнов Н.И. Процессы переноса энергии и вещества. Тверь, 2004. 284 с.
7. Гамаюнов Н.И., Косов В.И., Масленников Б.И. Ионообменные процессы и электрокинетические явления в набухающих природных и синтетических ионитах. Тверь, 1999. 155 с.
8. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М., 1957. 182 с.
9. Гамаюнов Н.И. // Биофизика. 2000. Т. 45, № 5. С. 795-800.
10. Гамаюнов Н.И. // ЖФХ. 1987. Т. 61, № 5. С. 1267-1273.
11. Гамаюнов Н.И. // ЖФХ. 1995. Т. 69, № 8. С. 1484-1488.
12. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М., 1973. 280 с.
13. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Молекулярная физика. М., 1976. С. 318.
14. Де-Гроот С.Р., Мазур П. Неравновесная термодинамика. М., 1966. 456 с.
15. Воларович М.П., Гамаюнов Н.И., Пантелей К.С. // Коллоид. журн. 1970. Т. 32. № 5. С. 672-677.
16. Базин Е.Т., Гамаюнов Н.И., Лиштван И.И. // Коллоид. журн. 1973. Т. 35. № 1. С. 130-133.
УДК 631.42
В. В. Панов
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕЯТЕЛЬНОГО СЛОЯ СФАГНОВЫХ БОЛОТ
Тверской государственный технический университет
Введение
1. Рост сфагнового мха, режим увлажнения и неоднородность деятельного или активного слоя вызывают в моховом покрове скоординированное механическое перемещение моховых дернин [1].
2. Каждая дернина «ищет» для себя оптимальные условия существования. Движение дернин происходит в интервале избыточного и недостаточного увлажнения субстрата. В результате перехода стволов мха из вертикального положения в горизонтальное возникает горизонтальное движение дернин. Об этом упоминалось в работах [2, 3].
3. Взаимодействие дернин приводит к развитию в моховом покрове участков переуплотнения или разуплотнения. Это влияет на рост, плотность и прочность деятельного слоя [4, 5, 6, 7].
4. Дернины распространяются на поверхности деятельного слоя в соответствии с его пространственной и временной неоднородностью [8].
5. Рельеф и колебание деятельного слоя, связанные с организацией движения моховых дернин, указывают на саморазвитие растущего торфяного болота.
6. Границы сфагновых дернин дешифрируются характером роста и направлением их перемещения.
