Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel
An ice ridge is a special case of granular medium with a wide range of fractions. It represents a chaotic piling-up of blocks occurring under the action of gravity in the sail and due to the Archimedes force in the keel. An important characteristic of the internal structure of ice ridges is their po...
Published in: | Arctic and Antarctic Research |
---|---|
Main Authors: | , |
Format: | Article in Journal/Newspaper |
Language: | Russian |
Published: |
Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
2021
|
Subjects: | |
Online Access: | https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338 https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-59 |
id |
ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/338 |
---|---|
record_format |
openpolar |
institution |
Open Polar |
collection |
Arctic and Antarctic Research |
op_collection_id |
ftjaaresearch |
language |
Russian |
topic |
уплотняемость ice ridge keel porosity пористость торос |
spellingShingle |
уплотняемость ice ridge keel porosity пористость торос V. V. Kharitonov В. В. Харитонов Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
topic_facet |
уплотняемость ice ridge keel porosity пористость торос |
description |
An ice ridge is a special case of granular medium with a wide range of fractions. It represents a chaotic piling-up of blocks occurring under the action of gravity in the sail and due to the Archimedes force in the keel. An important characteristic of the internal structure of ice ridges is their porosity. Scientists from different countries have been dealing with this problem. First-year ice ridges are taken into consideration in Arctic and subarctic marine structural design, and the calculation of ice loads includes ridge porosity and strength, as well as other parameters. The aim of the present work is to discern the regularities of porosity distribution in the unconsolidated part of the keel with depth. Ice ridge porosity is identified by means of processing thermodrilling records. In this paper, porosity is interpreted as a step function equal to zero if there is ice at the point (x, y, z), and to one if there is no ice at the point (x, y, z). The author applies the model of compaction of the bulk medium under the influence of gravity, and, particularly for the keel, due to the Archimedes force. A zero depth corresponds to the lower surface of the keel, so each individual porosity distribution of the unconsolidated part of the keel at the drilling point must be shifted down until the maximum keel draft depth is reached in the region under consideration. After alignment, the step curves are averaged. The distance is measured up, starting from the depth of the maximum keel draft. The curve of the averaged porosity can be divided into segments reflecting the characteristic features of the distribution. According to the graphs, average porosity decreases exponentially. Ice ridges of several geographical regions are considered, and in each region is divided into groups by years of research. On the whole, 17 depth-wise distributions of the average porosity are obtained for seven regions. Each distribution was approximated according to the model, taking into account the average density of water and ice in the ... |
format |
Article in Journal/Newspaper |
author |
V. V. Kharitonov В. В. Харитонов |
author_facet |
V. V. Kharitonov В. В. Харитонов |
author_sort |
V. V. Kharitonov |
title |
Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
title_short |
Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
title_full |
Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
title_fullStr |
Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
title_full_unstemmed |
Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
title_sort |
trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel |
publisher |
Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт |
publishDate |
2021 |
url |
https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338 https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-59 |
geographic |
Arctic |
geographic_facet |
Arctic |
genre |
Annals of Glaciology Arctic Arctic Subarctic |
genre_facet |
Annals of Glaciology Arctic Arctic Subarctic |
op_source |
Arctic and Antarctic Research; Том 67, № 1 (2021); 44-59 Проблемы Арктики и Антарктики; Том 67, № 1 (2021); 44-59 2618-6713 0555-2648 10.30758/0555-2648-2021-67-1 |
op_relation |
https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338/188 Leppäranta M. The Drift of Sea Ice. 2nd ed. Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. 350 p. Грищенко В.Д. Морфометрические характеристики гряд торосов на льдах Арктического бассейна // Труды ААНИИ. 1988. Т. 401. С. 46–55. Бородачев В.Е., Гаврило В.П., Казанский М.М. Словарь морских ледовых терминов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. 128 с. Астафьев В.Н., Сурков Г.А., Трусков П.А. Торосы и стамухи Охотского моря. СПб.: ПрессПогода, 1997. 208 с. Høyland K.V. Consolidation of first-year sea ice ridges // Journal of the Geophysical Research. 2002. V. 107 (C6), P. 15-1–15-15. doi:10.1029/2000JC000526. Surkov G.A. Thickness of the consolidated layer in first-year hummocks // Proc. 16th Int. Conf. on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Ottawa, Ontario, Canada. August 12–17, 2001. Ottawa, 2001. P. 245–252. Surkov G.A. Internal Structure of First-Year Hummocks // Proc. of the 11th (2001) ISOPE. Stavanger, Norway. June 17–22, 2001. V. 1. P. 796–798. Bonnemaire B., Høyland K.V., Liferov P., Moslet P.O. An ice ridge in the Barents Sea, part I: morphology and physical parameters in-situ // Proc. of the 17th Int. Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Trondheim, Norway. June 16–19, 2003. Trondheim, 2003. V. 2. P. 559–568. Андреев О.М. Влияние вертикальной неоднородности заполнения киля тороса на скорость его промерзания // Лед и снег. 2013. № 53 (2). С. 63–68. Алексеев Ю.Н., Афанасьев В.П., Литонов О.Е., Мансуров М.Н., Панов В.В., Трусков П.А. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа / Под ред. О.Е. Литонова и В.В. Панова. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 360 с. Болгов М.В., Красножон Г.Ф., Любушин А.А. Каспийское море: экстремальные гидрологические события / Под ред. Хубларяна М.Г. М.: Наука, 2007. 381 с. Олейников А.И., Скачков М.Н. Модель уплотняемых сыпучих тел и некоторые ее приложения // Моделирование систем. 2011. № 4 (30). С. 48–57. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений. М.: Недра, 1998. 208 с. Миронов Е.У., Порубаев В.С. Статистическая модель морфометрии гряды тороса в юго-западной части Карского моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 3 (89). С. 49–61. Shestov A.S., Marchenko A.V. The consolidation of saline ice blocks in water of varying freezing points: Laboratory experiments and computer simulations // Cold Reg. Sci. Technol. 2016. V. 122. P. 71–79. Shestov A.S., Marchenko A.V. Thermodynamic consolidation of ice ridge keels in water at varying freezing points // Cold Reg. Sci. Technol. 2016. V. 121. P. 1–10. Høyland K.V. Morphology and small-scale strength of ridges in the North-western Barents Sea // Cold Reg. Sci. Technol. 2007. V. 48. P. 169–187. Rahli O., Tadrist L., Blanc R. Experimental analysis of the porosity of randomly packed rigid fibers // Comptes Rendus de l’Académie des Sciences. Series IIB — Mechanics-Physics-Astronomy. 1999. V. 327 (8). P. 725–729. Boton M., Azéma E., Estrada N., Radjai F., Lizcano A. Quasistatic rheology and microstructural description of sheared granular materials composed of platy particles // Physical Review E87, American Physical Society. 2013. V. 87 (3) P. 1–15. Новые материалы в технике / Под ред. Тростянской Е.Б., Колачева Б.А., Сильвестровича С.И. и др. М.: Химия, 1964. 656 с. Борисенко Н.И. Инструментальные твердые сплавы: Лабораторный практикум. М., 2009. 174 с. Телешев В.И., Ватин Н.И., Марчук А.Н., Комаринский М.В. Производство гидротехнических работ. Ч. 1. Общие вопросы строительства. Земляные и бетонные работы: Учебник для вузов. М.: Издательство АСВ, 2012. 488 с. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед: Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 384 с. Ervik Å., Høyland K.V., Shestov A., Nord T.S. On the decay of first-year ice ridges: Measurements and evolution of rubble macroporosity, ridge drilling resistance and consolidated layer strength // Cold Reg. Sci. Technol. 2018. V. 151. P. 196–207. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 464 с. Johnston M. A decade of probing the depths of thick multi-year ice to measure its borehole strength // Cold Reg. Sci. Technol. 2014. V. 99. P. 46–65. Гайцхоки Б.Я., Спицын В.А. Некоторые результаты измерения температуры льда на дрейфующей станции «Северный полюс-13ф» // Труды ААНИИ. 1970. Т. 295. С. 154–158. Perovich D.K., Elder B.C. Temporal evolution of Arctic sea-ice temperature // Annals of Glaciology. 2001. V. 33. № 1. P. 207–211. https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338 doi:10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-59 |
op_rights |
Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). |
op_doi |
https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-5910.30758/0555-2648-2021-67-110.1029/2000JC000526 |
container_title |
Arctic and Antarctic Research |
container_volume |
67 |
container_issue |
1 |
container_start_page |
44 |
op_container_end_page |
59 |
_version_ |
1802641687260954624 |
spelling |
ftjaaresearch:oai:oai.aari.elpub.ru:article/338 2024-06-23T07:45:38+00:00 Trends in porosity сhanges of the unconsolidated part of ice ridge keel Распределение пористости неконсолидированной части киля торосов V. V. Kharitonov В. В. Харитонов 2021-03-23 application/pdf https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338 https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-59 rus rus Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338/188 Leppäranta M. The Drift of Sea Ice. 2nd ed. Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. 350 p. Грищенко В.Д. Морфометрические характеристики гряд торосов на льдах Арктического бассейна // Труды ААНИИ. 1988. Т. 401. С. 46–55. Бородачев В.Е., Гаврило В.П., Казанский М.М. Словарь морских ледовых терминов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. 128 с. Астафьев В.Н., Сурков Г.А., Трусков П.А. Торосы и стамухи Охотского моря. СПб.: ПрессПогода, 1997. 208 с. Høyland K.V. Consolidation of first-year sea ice ridges // Journal of the Geophysical Research. 2002. V. 107 (C6), P. 15-1–15-15. doi:10.1029/2000JC000526. Surkov G.A. Thickness of the consolidated layer in first-year hummocks // Proc. 16th Int. Conf. on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Ottawa, Ontario, Canada. August 12–17, 2001. Ottawa, 2001. P. 245–252. Surkov G.A. Internal Structure of First-Year Hummocks // Proc. of the 11th (2001) ISOPE. Stavanger, Norway. June 17–22, 2001. V. 1. P. 796–798. Bonnemaire B., Høyland K.V., Liferov P., Moslet P.O. An ice ridge in the Barents Sea, part I: morphology and physical parameters in-situ // Proc. of the 17th Int. Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Conditions. Trondheim, Norway. June 16–19, 2003. Trondheim, 2003. V. 2. P. 559–568. Андреев О.М. Влияние вертикальной неоднородности заполнения киля тороса на скорость его промерзания // Лед и снег. 2013. № 53 (2). С. 63–68. Алексеев Ю.Н., Афанасьев В.П., Литонов О.Е., Мансуров М.Н., Панов В.В., Трусков П.А. Ледотехнические аспекты освоения морских месторождений нефти и газа / Под ред. О.Е. Литонова и В.В. Панова. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 360 с. Болгов М.В., Красножон Г.Ф., Любушин А.А. Каспийское море: экстремальные гидрологические события / Под ред. Хубларяна М.Г. М.: Наука, 2007. 381 с. Олейников А.И., Скачков М.Н. Модель уплотняемых сыпучих тел и некоторые ее приложения // Моделирование систем. 2011. № 4 (30). С. 48–57. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений. М.: Недра, 1998. 208 с. Миронов Е.У., Порубаев В.С. Статистическая модель морфометрии гряды тороса в юго-западной части Карского моря // Проблемы Арктики и Антарктики. 2011. № 3 (89). С. 49–61. Shestov A.S., Marchenko A.V. The consolidation of saline ice blocks in water of varying freezing points: Laboratory experiments and computer simulations // Cold Reg. Sci. Technol. 2016. V. 122. P. 71–79. Shestov A.S., Marchenko A.V. Thermodynamic consolidation of ice ridge keels in water at varying freezing points // Cold Reg. Sci. Technol. 2016. V. 121. P. 1–10. Høyland K.V. Morphology and small-scale strength of ridges in the North-western Barents Sea // Cold Reg. Sci. Technol. 2007. V. 48. P. 169–187. Rahli O., Tadrist L., Blanc R. Experimental analysis of the porosity of randomly packed rigid fibers // Comptes Rendus de l’Académie des Sciences. Series IIB — Mechanics-Physics-Astronomy. 1999. V. 327 (8). P. 725–729. Boton M., Azéma E., Estrada N., Radjai F., Lizcano A. Quasistatic rheology and microstructural description of sheared granular materials composed of platy particles // Physical Review E87, American Physical Society. 2013. V. 87 (3) P. 1–15. Новые материалы в технике / Под ред. Тростянской Е.Б., Колачева Б.А., Сильвестровича С.И. и др. М.: Химия, 1964. 656 с. Борисенко Н.И. Инструментальные твердые сплавы: Лабораторный практикум. М., 2009. 174 с. Телешев В.И., Ватин Н.И., Марчук А.Н., Комаринский М.В. Производство гидротехнических работ. Ч. 1. Общие вопросы строительства. Земляные и бетонные работы: Учебник для вузов. М.: Издательство АСВ, 2012. 488 с. Богородский В.В., Гаврило В.П. Лед: Физические свойства. Современные методы гляциологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 384 с. Ervik Å., Høyland K.V., Shestov A., Nord T.S. On the decay of first-year ice ridges: Measurements and evolution of rubble macroporosity, ridge drilling resistance and consolidated layer strength // Cold Reg. Sci. Technol. 2018. V. 151. P. 196–207. Песчанский И.С. Ледоведение и ледотехника. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 464 с. Johnston M. A decade of probing the depths of thick multi-year ice to measure its borehole strength // Cold Reg. Sci. Technol. 2014. V. 99. P. 46–65. Гайцхоки Б.Я., Спицын В.А. Некоторые результаты измерения температуры льда на дрейфующей станции «Северный полюс-13ф» // Труды ААНИИ. 1970. Т. 295. С. 154–158. Perovich D.K., Elder B.C. Temporal evolution of Arctic sea-ice temperature // Annals of Glaciology. 2001. V. 33. № 1. P. 207–211. https://www.aaresearch.science/jour/article/view/338 doi:10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-59 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). Arctic and Antarctic Research; Том 67, № 1 (2021); 44-59 Проблемы Арктики и Антарктики; Том 67, № 1 (2021); 44-59 2618-6713 0555-2648 10.30758/0555-2648-2021-67-1 уплотняемость ice ridge keel porosity пористость торос info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2021 ftjaaresearch https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-1-44-5910.30758/0555-2648-2021-67-110.1029/2000JC000526 2024-05-31T03:22:51Z An ice ridge is a special case of granular medium with a wide range of fractions. It represents a chaotic piling-up of blocks occurring under the action of gravity in the sail and due to the Archimedes force in the keel. An important characteristic of the internal structure of ice ridges is their porosity. Scientists from different countries have been dealing with this problem. First-year ice ridges are taken into consideration in Arctic and subarctic marine structural design, and the calculation of ice loads includes ridge porosity and strength, as well as other parameters. The aim of the present work is to discern the regularities of porosity distribution in the unconsolidated part of the keel with depth. Ice ridge porosity is identified by means of processing thermodrilling records. In this paper, porosity is interpreted as a step function equal to zero if there is ice at the point (x, y, z), and to one if there is no ice at the point (x, y, z). The author applies the model of compaction of the bulk medium under the influence of gravity, and, particularly for the keel, due to the Archimedes force. A zero depth corresponds to the lower surface of the keel, so each individual porosity distribution of the unconsolidated part of the keel at the drilling point must be shifted down until the maximum keel draft depth is reached in the region under consideration. After alignment, the step curves are averaged. The distance is measured up, starting from the depth of the maximum keel draft. The curve of the averaged porosity can be divided into segments reflecting the characteristic features of the distribution. According to the graphs, average porosity decreases exponentially. Ice ridges of several geographical regions are considered, and in each region is divided into groups by years of research. On the whole, 17 depth-wise distributions of the average porosity are obtained for seven regions. Each distribution was approximated according to the model, taking into account the average density of water and ice in the ... Article in Journal/Newspaper Annals of Glaciology Arctic Arctic Subarctic Arctic and Antarctic Research Arctic Arctic and Antarctic Research 67 1 44 59 |