CC BY
1Можно разработать и изготовить тепловые машины, работающие на разнице температур подледной воды и зимнего холодного воздуха, которые будут доступны в широком диапазоне мощностей. Наиболее компактные могут использоваться как переносные источники электроэнергии в зимних походах. Самые мощные могут обеспечить электроэнергией населенные пункты и даже целые улусы в зимний период.
Побочным эффектом машины, извлекающей тепло из подледной воды, является увеличение толщины льда водоема. Но при правильном выборе размера водоема, негативных последствий на экологию водоема можно избежать.
Литература
1. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок / А. И. Андрющенко, А.И. Попов. - Москва: Высшая школа, 1980. 240 с.
2. Арнольд Л.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов - издание 2-е переработанное / Л. В. Арнольд, Г.А. Михайловский, В.М. Селиверстов. - Москва: Высшая школа.1979. 446 с.
3. Сахаэнерго / Информация об объеме полезного отпуска. Расшифровка полезного отпуска электроэнергии за 2023 год [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://sakhaenergo.ru/investors/disclosure/informatsiya-ob-obeme-poleznogo-otpuska/, свободный - (дата обращения 15.07.2024).
4. Свободная энциклопедия Википедия / Wärtsilä-Sulzer RTA96-C [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://m.wikipedia.org/w/mdex.php?title=Wärtsilä-Sulzer_RTA96-C&stable=1, свободный - (дата обращения 12.05.2024).
5. Справочно-информационный портал Погода и климат / Средние месячные и годовые температуры воздуха в Якутске [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.pogodaiklimat.ru/history/24959.htm?ysclid=luvcv5jr7z265102553, свободный - (дата обращения: 10.02.2024).
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -290-293
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ БИВНЕЙ МАМОНТА РАЗНЫХ СОРТОВ
Исакова Т.А., Петухова Е.С., Павлова В.В., Соловьев Т.М., Ботвин Г.В., Чириков А.А.,
Петров В.В.
ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», г. Якутск [email protected]
Исследованы структурные характеристики разных сортов бивня мамонта (БМ) методами термогравиметрии, рентегнофазового анализа и ИК-спектроскопии. Термогравиметрический анализ БМ показал, что процесс термохимической деструкции практически не зависит от сортности. Методом РФА установлено, что основным компонентом БМ является магний замещенный гидроксиапатит. Однако, в образцах БМ III и IV сортов кроме гид-роксиапатита были обнаружены следы минерала ньюбериит. Методом ИК-спектроскопии отмечено, что сорта БМ отличаются друг от друга интенсивностью полос поглощения функциональных групп всех компонентов.
В зависимости от размеров и сохранности бивня мамонта (БМ) различают БМ на сорта согласно документу «Технические условия на ископаемый бивень и его обломки, добываемые на территории Республики Саха (Якутия)» (ТУ 421-001-92), разработанному Национальным мамонтовым фондом Республики Саха (Якутия) и Всемирным музеем мамонта (г. Якутск) [1]. Всего выделено 4 сорта.
I сорт. БМ без повреждений, без трещин, вещество бивня сухое, минимальный диаметр при выходе из альвеолы - 10 см; фрагменты без трещин, диаметр минимальный - 10 см, длина минимальная - 30 см;
II сорт. БМ целые или повреждённые с утратами в альвеолярной и/или в свободной части; вещество бивней влажное или сухое, с отдельными (не более 3 -х) продольными трещинами глубиной до 30% диаметра; диаметр минимальный - 7,5 см; фрагменты с трещинами (не более 3-х), диаметр минимальный - 7,5 см, длина минимальная - 20 см;
III сорт. БМ целые или повреждённые с утратами в альвеолярной и/или в свободной части; вещество бивней влажное или сухое, с несколькими продольными трещинами глубиной до 50% диаметра и/или с концентрическими трещинами в краевой зоне; диаметр минимальный - 5 см; длина минимальная - 10 см;
IV сорт. фрагменты бивней в виде обломков или щепы (редко - сильно разрушенные бивни) с многочисленными продольными и кольцевыми трещинами и расслоениями; гидрок-силапатит (костная ткань) и/или коллаген частично дегидратированы (обезвожены); параметры - без ограничений.
Основными компонентами БМ, как и практически любой другой костной ткани, являются коллаген, гидроксиапатит (ГАП) и вода. Структурные характеристики образцов БМ определяли методом рентгенофазового анализа (РФА), термогравиметрического анализа (ТГА), ИК-спектроскопии. ТГА выполнен на приборе синхронного термического анализа фирмы NETZSCH - STA 449C Jupiter (Германия). Образцы нагревались в тигле из PtRh со скоростью нагрева 10 °С/мин от комнатной температуры до 1000 °С в инертной среде (аргон). РФА исследование проводили на дифрактометре D2 PHASER (Bruker, Германия) при следующих условиях: CuKa-излучение - 30 кВ, 10 мА; интервал 4,5-65° (20°). Для идентификации минералов использована база данных PDF-2/Release 2011 RDB. ИК-спектроскопическое исследование образцов из БМ было выполнено на ИК- спектрометре «Nicolet Protégé 460» (США). Снятие спектров производилось по стандартной методике на образцах, таблетирован-ных совместно с KBr. ИК-исследования выполнены в области 400-4000 см1.
На рисунке 1 представлены результаты ТГА БМ различных сортов.
Рис. 1. Результаты термического анализа образцов разных сортов бивня мамонта:а) I сорт; б) II сорт;
в) III сорт; г) IV сорт
ТГА БМ разных сортов показал, что процесс их термохимической деструкции практически не зависит от сортности. Об этом свидетельствуют характер полученных ТГ- кривых (рис.1), соответствующие температурные области основных стадий термодеструкции БМ,а также значения массовых потерь. Так выделяются 3 стадии термодеструкции БМ. В интер-
вале 25-200 °С в основном происходит выделение адсорбированной внешней влаги, содержание которой в исследованных образцах составляет ~8%. Стоит отметить, что в данном температурном диапазоне у образцов БМ III и IV сортов характер изменения массы имеет два экстремума в отличие от образцов БМ I и II сортов. Это может свидетельствовать о параллельном протекании двух различных процессов разложения. Так как БМ III и IV сорта, из-за наличия в них явных признаков естественного разложения, относят в группу находок более плохой сохранности, то разумно предположить, что в них часть органической массы находится в более окисленной форме, чем в бивнях I и II сортов. Поэтому наблюдаемые на ДТА-кривых образцов БМ III и IV сортов экстремумы могут быть связаны не только с выделением адсорбированной влаги, но и с термохимической деструкцией менее устойчивой окисленной формы их органической составляющей.
Процесс термического разложения основной органической массы БМ протекает в интервале температур 200-600 °С. Здесь наблюдается потеря массы в среднем на 27%. Из всех исследованных образцов выделяется образец бивня мамонта II сорта. У данного образца в идентичном температурном диапазоне выявлено уменьшение массы на 24,8%. Данная величина выглядит чуть заниженной, однако она находится в пределах естественного содержания органической массы в БМ.
В высокотемпературном интервале происходит дальнейшее выгорание органической части и преобразование структуры минеральной части. Об этом говорят незначительная потеря массы и наблюдаемые эндотермические и экзотермические пики. В ранее проведенных исследованиях было установлено [2], что при высоких температурах происходит преобразование минеральной части из апатитовой структуры в витлокитовую.
По данным РФА установлено, что в зависимости от сортности бивня состав его минеральной составляющей существенно не меняется - основным компонентом является магний замещенный гидроксиапатит (ГАП) (Ca10-xMgx(PO4)6(OH)2) [2]. Однако, в образцах БМ III и IV сортов кроме гидроксиапатита были обнаружены следы минерала ньюбериит (Mg(PO3OH)3H2O). Находки данного минерала в БМ в научной литературе известны [3]. Так, было высказано предположение, что данный минерал может образовываться в бивне в условиях кислой среды (рН< 6,2) и при высокой влажности в результате диссоциации ионов гидрофосфата и магния.
Методом ИК-спектроскопии отмечено, что фиксируемые на всех спектрах полосы связаны с разными физическими типами колебаний составных компонентов бивня. Колебаниям характерным для органической фазы (коллагена) соответствуют колебания амидных группировок (А и В, I, II, III) и колебаний С-Н связи алифатических групп (СН, СН2 и СН3). Пикам, характерным для ГАП, соответствуют колебания ортофосфорных группировок РО43-, гидрок-сид анионов OH-, карбонат-ионов СО32- (в случае карбонатзамещенного ГАП) и воды. Следует отметить, что вода в ГАП описывается двумя формами: H2O- - адсорбированная и H2O+ - вода, структурно связанная с апатитом [4]. Также вода в молекулярном виде находится в капиллярах (дентиновых трубочках) самого бивня [5].
В целом, анализ ИК-спектров показал, что сорта отличаются друг от друга интенсивностью полос поглощения функциональных групп всех компонентов. Чем ниже сорт, тем выше интенсивность полос. Это говорит о том, что процессы минерализации идут намного активнее на поверхности, чем в объеме. Также это может подтверждать важную роль бактерий в процессах минерализации биосистем, поскольку изменение физико-химических свойств объекта с участием бактерий начинается с наиболее доступных участков фрагмента кости и зависит от положения этих участков по отношению к поверхности почвы, начиная с момента, когда образец оказался на земле. Эти выводы согласуются с данными, где отмечается каталитическая активность неорганической составляющей поверхности в условиях влажной среды на процесс минерализации цианобактерий [6, 7].
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ НИОКТР № 122042000008-5. Выражаем благодарность ЦКП ФИЦ ЯНЦ СО РАН за возможность проведения исследований на научном оборудовании Центра.
Литература
1. Распоряжение Главы Республики Саха (Якутия) № 649-РГ от 13 августа 2018 г. «Об утверждении Концепции развития сбора, изучения, использования, переработки и реализации палеонтологических материалов мамонтовой фауны на территории Республики Саха (Якутия)» - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/550166534
2. Соловьев Т. М., Петухова Е. С., Ботвин Г. В., Исакова Т. А., Павлова В. В. Анализ состава и структуры бивня мамонта Mammuthus primigenius методами термогравиметрического и рентгенофазового анализа // Материаловедение. 2021. № 2. С. 9-12.
3. Freund A., Eggert G., Kutzke H., Barbier B. On the Occurrence of Magnesium Phosphates on Ivory // Studies in Conservation. 2002. V. 47 (3). P. 155-160. DOI: 10.2307/1506869
4. Вотяков С.Л., Киселёва Д.В., Щапова Ю.В., Смирнов Н.Г., Садыкова Н.О. Физико-химические характеристики ископаемых костных остатков млекопитающих и проблема оценки их относительного возраста. Ч.1. Термический и масс- спектрометрический элементный анализ. - Екатеринбург: Изд-во «Гошицкий», 2009. 118 c.
5. Хлопачев Г.А., Гиря Е.Ю. Секреты древних косторезов Восточной Европы и Сибири: приемы обработки бивня мамонта и рога северного оленя в каменном веке (по археологическим и экспериментальным данным). - СПб: Наука, 2010. 143 с.
6. Золотарев В.М. Исследование процесса минерализации биосистем методами ИК спектроскопии диффузного отражения // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 116, № 4. С. 645-660.
7. Benning L.G., Phoenix V.R., Yee N., Konhauser K.O. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. Vol. 68, No.4. P. 743-757.
DOI: 10.24412/cl -37269-2024-1-293-296
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МОЛНИЕЗАЩИТЫ ЛЭП, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
Киселев А.Ю.1, Васильев П.Ф.2 1 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск 2 Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН, г. Якутск
Надёжность ЛЭП лежит в основе бесперебойной работы потребителей электроэнергии, способствует сохранению энерговооружённости страны. Аварийное отключение ЛЭП может привести не только к перерыву в электроснабжении крупных и ответственных потребителей, но и к нарушению устойчивой работы энергосистемы. Особенно актуально вопросы обесточения потребителей стоят в районах Крайнего Севера, в частности, Якутии, где температура в зимнее время года достигает критических значений. Помимо этого, грозовой сезон на территории Якутии, характеризуется достаточно высокой грозовой активностью, достигающей в отдельных районах показателя 100 грозовых часов в год. Учитывая, что сооруженные во времена СССР воздушные ЛЭП не были запроектированы с фокусом на абсолютную грозоупорность, прямые удары молний и грозовые перенапряжения создают определенную аварийность на ЛЭП Якутии.
Проведённый анализ аварийных отключений ЛЭП напряжением 110 и 220 кВ, расположенных на территории Республики Саха (Якутия) за 2020-2023 гг. показал, что по причине грозовых воздействий произошло 154 отключения, что составляет 26,3% всех отключений ЛЭП данных классов напряжения за указанный период времени. Таким образом, территория Якутии подвержена достаточно активной грозовой деятельности, а ЛЭП остаются подвержены атакам молний.
В статье кратко рассмотрены актуальные проблемы обеспечения молниезащиты ЛЭП, расположенных на территории Республики Саха (Якутия), а также способы ее повышения.
