Микроволновые особенности солёного льда вблизи температуры эвтектики

Особенности электромагнитных характеристик льда минерализованных водоёмов заключается в существенном влиянии химического состава солей, захваченных в ледяной покров. Различие температурных характеристик определяется значением температуры эвтектики солей. Однако не только эти значения определяют электрофизические характеристики льда, например, его электропроводность и микроволновые коэффициенты отражения. Важными параметрами являются размеры кристаллов льда и кристаллогидратов, а также форма жидких включений и их распределение в пространстве, занимаемом солёным льдом.
Цель настоящей работы заключалась в изучении изменений коэффициента отражения электромагнитного излучения на частотах 18 и 34 ГГц при замораживании растворов хлорида натрия и йодистого калия. Исследовали также изменение отражательной способности при циклическом изменении температуры от её значений ниже и выше температур эвтектики данных солей.
Эксперименты проводили в лабораторных условиях с использованием климатической камеры, позволяющей охладить образец до –55 °C. Раствор соли помещали в небольшую плоскую металлическую кювету. Антенны передатчика и приёмника направляли на водную поверхность под углом наблюдения ~45°, излучение осуществляли на вертикальной поляризации. Точность измерения температуры составляла ~1 °C.
В результате измерений обнаружены два небольших выброса на кривых отражённой мощности в зависимости от температуры при вторичном замерзании образца с хлоридом натрия, по-видимому, связанных с фазовыми превращениями в точках эвтектики и возрастанием рассеяния излучения. В выполненном эксперименте две соответствующих выбросам температуры имели значения вблизи –23 и –28 °C. Однако в первом цикле охлаждения от +20 °C наблюдали возрастание поглощения вблизи –21 °C. Данную особенность можно связать с точками эвтектики NaCl-2H2O и NaCl-H2O. Для этих кристаллогидратов в (Drebushchak et al., 2017) были обнаружены температуры эвтектики вблизи –23 и –27 °C. При нагревании льда до таяния с последующим замораживанием смеси льда и воды наблюдали уменьшение коэффициентов отражения при вторичном охлаждении ниже –30 °C, ~25%. Эту особенность можно связать с изменением структуры льда, например, изменением размеров кристаллов и распределения плёнок незамёрзающей воды в пространстве между кристаллами.
Эффект миграции солевых включений при периодическом суточном изменении температуры был обнаружен в (Бордонский, Крылов, 2000) для льда содового озера. В его ледяном покрове кристаллы соли в холодные малоснежные годы выступали на поверхность, а в общем концентрация соли возрастала в верхних слоях от значения 1 г/кг в начале зимы до 5 г/кг перед деструкцией льда. Движение жидкости по капиллярам при суточных вариациях температуры воздуха (из-за термических напряжений) может также влиять на рассеивающие свойства среды, особенно в низкочастотном участке микроволнового диапазона.
Медленное и быстрое изменение микроволновых параметров солёного льда могут дать определённую информацию об атмосферных процессах и динамике температуры воздуха.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №18-05-00085).