Все думы — о вас. Письма семье из лагерей и тюрем, 1933-1937 гг.

По-прежнему, а может быть и более прежнего, я погружен мыслями в мерзлоту. Тут все — и явления природы, и интересы строительства, и разговоры окружающих наводят на эту тему. К тому же у меня с П<авлом> Н<иколаевичем> происходят деятельные сборы и приготовления к поездке — переселению на мерзлотную станцию в Сковородино (б<ывшая> ст. Рухлово на стыке Забайкальской и Уссурийской железных дорог). Там надо будет произвести ряд опытов, наблюдать мерзлотные явления, соприкасаться с ними в условиях строительства. Набрал я много материалов, относящихся к физике и, отчасти, геологии этих процессов, сделал сводки. Мне кажется, я уже разгадал механизм образования так называемых пучин, причем оказалось, что развиваемые в литературе взгляды неверны и во всяком случае существенно неполны. Даже удивительно, до чего люди не наблюдательны. Например, здесь на каждом шагу можно видеть длинные и широкие трещины, так называемые «морозовые трещины», — в почве, во льду рек и наледей. Все пишут и говорят, что причины их неизвестны. Но простая очевидность указывает на наличие в почве, наряду с положительными давлениями по вертикали, давлениями пучения, — также и отрицательных давлений, или растяжений, по горизонтали, сил, разрывающих грунт. Механизм возникновения тех и других сил оказался простой, но вовсе не «расширение воды при размерзании» на 9 %, которое у всех на языке и на уме. Дело — в давлениях и натяжениях при процессе кристаллизации воды, то есть в силах не гидростатистических, не всесторонних, а векторных, с направленностью по осям кристаллической решетки, по которым идет ориентировка молекул льда (вода, или то, что обычно называют водою, есть раствор льда — тригидрола (H2O)3 и пара моногидрола (H2O)1 в собственно воде, дигидроле (H2O)2. Процесс охлаждения воды ведет к увеличению концентрации тригидрола, и когда этих молекул становится много, они выкристаллизовываются в направлении линий распространения тепла или, точнее, против них, причем имеют стремление присасываться к твердым поверхностям, на которых имеется адсорбированный слой воды, надо полагать уже в твердом состоянии, по-сколько адсорбированные молекулы бывают ориентированы. Твердое тело, прикасающееся ко льду, вызывает в нем раздражение, и лед разрастается в направлении нажимающей на него поверхности, как ткань разрастается, когда ее что-нибудь раздражает. С точки зрения общей энергетики это есть проявление принципа Ле-Шателье2. Система стремится сохранить наличное свое состояние, развивая такие процессы, которые как раз обратны фактору, вызывающему ее изменение. Если на лед производится некоторое давление, то он при слабых давлениях (до 15 кг/см2) и низких t° противодействует сжимающему усилию ростом именно в этом направлении, а при сильных давлениях и сравнительно высоких температурах повышает свою точку плавления, как это выяснено Джемсом и Вильямом Томсонами3, ибо таяние льда ведет к повышению его температуры и, следовательно, к тепловому расширению, которое противодействует производимому давлением сокращению объема. Этот раздражающий эффект настолько велик, что ведет к поднятию тяжестей, слоев грунта, строений, скал, разрыву трещин. Мне рассказывали о случаях, когда замерзание воды, находящейся под огромными валунами 10х8х5 метров, приподымало их, например на 10 см, несмотря на то, что вода имела полную возможность вытечь из-под камня и замерзнуть где-нибудь в стороне. Но она, напротив, собиралась силами кристаллизации под валун и вопреки законам гидростатики давила по вертикали вверх. Мало того. Чтобы выкристаллизоваться в направлении противодействия (с силою до 15 кг/см2) давлению вещество воды заимствуется из окружающей среды и с боковых граней того же кристалла. Он «тает» там, где нет давления, чтобы своим материалом питать растущую под действием раздражения грань. Отсюда — появление отрицательного давления на этих гранях, т. е. боковых, и подсасывающее действие растущего кристалла: он сокращается в ширину (т. е. в направлениях, перпендикулярных к главной оси — направлению роста) и, следовательно, отрывается от других ему параллельных кристаллов; в образующиеся трещины всасывается вода, поступающая на рост раздражаемой грани, следовательно образуется вновь пониженное давление. Таким образом наледь растет, трескается, снова растет и пучит грунт, над нею находящийся, а также раздвигаются частицы грунта, между которыми возникают кристаллы льда. Что это явление не имеет ничего общего с объемным расширением воды при замерзании, свидетельствует хотя бы факт возникновения подобных же эффектов в жидкостях, при затвердевании свой объем не увеличивающих, а, напротив, уменьшающих. Контрольные опыты в этом направлении я буду еще производить в Сковородине.