КРИОХРАНИЛИЩЕ МАМОНТОВОЙ ФАУНЫ
CRYOSTORAGE OF MAMMOTH FAUNA

Изобретение относится к палеонтологии и предназначено для длительного хранения палеонтологических объектов с сохранившимися мягкими тканями, найденных в замороженном виде в условиях, приближенных к естественным, в специально оборудованных криохранилищах.
Криогенная консервация минимально изменяет состояние сохранности палеонтологических объектов по сравнению с тем состоянием, в которых они пребывали в течение нескольких десятков тысяч лет в толще многолетней мерзлоты. Криогенная консервация и хранение практически не изменяет физические и биохимические условия, в которых находились палеонтологические находки и в минимальной степени изменяет их параметры, что чрезвычайно важно для последующего научного изучения. Впервые криогенная консервация по отношению мамонтов была предложена и апробирована на примере головы и передней конечности Юкагирского мамонта (Protopopov Α., Lazarev P., Savvinov G. Problems of conservations of mammoth fauna remains with soft tissues under cryogenic conditions // International Simposium on Yukagir Mammoth: Recent Advance in Yukagir Mammoth Researches. - Nagakute (Japan), 2005. - P. 23). Эксперимент признан успешным и продолжается.
Из уровня техники известны средства и способы криогенного хранения палеонтологических объектов в течение длительного времени.
Известен способом криогенного хранения палеонтологических объектов путем их промораживание и хранение в морозильных контейнерах и камерах. Обычная температура хранения минус 15 минус 25 градусов по Цельсию. Охлаждающим газом, как правило, выступает фреон. Корпус морозильных контейнеров, как правило, изготавливаются из сендвич-панелей с теплоизолирующим материалом для сохранения внутри низкотемпературного режима. В настоящее время в таких морозильных камерах хранят палеонтологические находки в нескольких научных учреждениях России, в Москве, Санкт-Петербурге и в Якутске. Недостатками таких морозильных контейнеров и камер является высокое потребление энергии в теплый период и зависимость от стабильного электропитания, малый внутренний объем, высокий риск технических поломок, приводящие к быстрому размораживанию палеонтологических объектов, а также невозможность обеспечения санитарно-карантинного хранения. Еще одним серьезным недостатком морозильных камер является то, что в процессе испарения хладагента во внутренней части морозильника снижается влажность воздуха и происходит криогенная сублимация хранящихся там биологических объектов. Если в случае продуктов питания, хранящихся в течение нескольких месяцев сублимация терпима, то для палеонтологических объектов, срок хранения которых исчисляется годами, а то и десятилетиями, такое положение вещей недопустимо.
Следующим известным способом, характерным для Якутии и регионов с развитой многолетней мерзлотой, это подземные ледники - «булуусы». В таких подземных теплоизолированных хранилищах сохраняют в теплый период биологические объекты, требующие криогенного хранения. Здесь используется низкотемпературный эффект многолетней мерзлоты. В качестве аккумуляторов холода в таких ледниках используется озерный лед, который заготавливается зимой. Температура мерзлоты минус три минус пять по Цельсию. Недостатком указанного способа является относительно высокая температура такого криогенного хранения - не подходящее для длительного хранения палеонтологических объектов с мягкими тканями. Это часто приводит к поражению объектов хранения плесенью, что приводит к снижению эстетического восприятия внешнего вида и может стать препятствием при организации зарубежных выставок, так как во многих странах наличие плесени является доводом для запрещения ввоза объекта на их территорию. Описаны криофильные плесневые грибки, оптимальная температура жизнедеятельности которых протекает в диапазоне минус 5 минус 8 градусов по Цельсию (Gaudet D. Effect of temperature on pathogenicity of sclerotial and non sclerotial isolates of Coprinus psychromorbidus under controlled conditions // Canadian Journal Plant Pathology. 8., 1986. P. 394-399).
Известно изобретение «Хранилище для пищевых продуктов с аккумулированием холода» (патент RU №249539, F25D 3/02, Е04Н 7/00) включающее подземное хранилище для аккумуляции холода, в котором монтируется емкость для жидкости, аккумулирующей холод и гравитационной тепловой трубы для его охлаждения.
Недостаток данного решения в сравнении с заявляемым решением, заключается в высоких эксплуатационных расходах, высокой экологической угрозе загрязнения мерзлотных почв, охрана которых регламентирована законодательством Российской Федерации.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ охлаждения подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород и устройство для его осуществления (патент RU №2621912, С2 F25D 1/00) включающий аккумулирование холода в верхней части массива мерзлых грунтов в зимнее время посредством сезонно действующего воздушного охлаждающего устройства. Устройство для круглогодичного охлаждения подземных сооружений в массиве многолетнемерзлых горных пород включает два независимых воздушных охлаждающих устройства, каждое из которых включает как минимум одну горизонтальную охлаждающую трубу в грунте и как минимум две вертикально ориентированные трубы, которые выступают над поверхностью земли. Внутренние объемы вертикальных и горизонтальных труб соединены.
Недостаток данного решения является высокие энергетические затраты, низкая надежность сооружения из-за оттайки многолетнемерзлых грунтов, низкий уровень санитарно-эпидемиологической безопасности, невозможность обеспечения условий необходимых для длительного хранения и изучения палеонтологических объектов.
Вышеуказанные способы направлены лишь на криогенное хранение биологических объектов и используются только в хозяйственных целях, и поэтому не пригодны к применению для длительного хранения и изучения палеонтологических находок.
Прямых аналогов и прототипа заявляемого технического решения не выявлено.
Задача настоящего изобретения заключается в создании криохранилища мамонтовой фауны предназначенное для длительного хранения палеонтологических объектов с сохранившимися мягкими тканями, найденных в виде мерзлых мумий, в низкотемпературных условиях, с возможностью обеспечения частичного хранения в бескислородной среде, при влажности воздуха, исключающей сублимацию палеонтологических объектов, а также позволяющее проводить исследовательские работы.
Предлагаемый способ хранения палеонтологических объектов в специально сконструированном криохранилище является наиболее энергоэффективным способом для длительного хранения с приостановкой процессов гниения вызываемого аэробными бактериями. Оптимальной температурой для криогенной консервации является отрицательная температура в диапазоне - 18° - -25°С. При криогенной консервации должен соблюдаться режим влажности - 60-70%. Для замедления процессов сублимации и запасания зимнего холода применяются холодовые аккумуляторов в виде ледовых блоков. Указанный режим криогенного хранения замедляет процессы мумификации на несколько порядков.
Техническим результатом использования заявляемого технического решения является:
- повышение эффективности хранения палеонтологических объектов в естественном виде в виде мерзлых мумий в течение всего года за счет низких температур и влажности, а при необходимости создания бескислородной среды на основе газообразного азота, при котором останавливаются процессы сублимации, гниения и окисления мерзлых мумий;
- создание многофункциональной исследовательской площадки устраняющий или минимизирующий риск нарушения правил и условий хранения палеонтологических объектов;
- расширение возможностей проведения многих видов научных исследований, например томографические исследования внутренних органов крупных животных через длительное время хранения, за счет сохранения в течение длительного периода палеонтологических объектов в условиях, близких к естественным;
- обеспечение санитарно-эпидемиологической безопасности, направленное на создание приемлемых условий для предварительного досмотра и санитарно-карантинного хранения палеонтологических объектов на период проведения микробиологических анализов;
- снижение энергетических затрат криохранилища и повышение его автономности.
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что криохранилище мамонтовой фауны включает в себя светоотражающий навес, основное здание криохранилища, разделенное сборно-разборными конструкциями на отдельные помещениями, часть из которых представлена газонепроницаемыми камерами, оснащенное шлюзовыми воротами, компрессорами для замораживания, а также подземный теплоизоляционный материал, вертикальные и горизонтальные холодовые обсадные колонны.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид криохранилища мамонтовой фауны, на фиг. 2 изображена подземная часть криохранилища мамонтовой фауны - вид сбоку, на фиг. 3 подземная часть криохранилища мамонтовой фауны - вид сверху, где:
1 - основное здание криохранилища;
2 - светоотражающий навес;
3 - шлюзовые ворота;
4 - компрессоры для замораживания;
5 - подземный теплоизоляционный материал;
6 - вертикальные холодовые обсадные колонны;
7 - горизонтальные холодовые магистрали.
Криохранилище мамонтовой фауны включает в себя надземную и подземную часть.
Надземная часть криохранилища мамонтовой фауны в свою очередь состоит из основного здания 1 и светоотражающего навеса 2.
Основное здание 1 сооружается из многослойного строительного материала, состоящая как минимум из трех слоев, при этом внешние слои изготовлены из жесткого материала и слоя теплоизоляционного материала между ними. Толщина теплоизоляционного материала составляет не менее 2 метров.
Светоотражающий навес 2, в зависимости от функциональной необходимости, может быть выполнен в виде арочного, прямостенного, полигонального, шатрового или иного сооружения, а также - каркасным или бескаркасным. Светоотражающий навес 2, в целях отражения света (или другого излучения) и уменьшения нагревания основного здания 1, выполнен из светоотражающего материала и полностью закрывает основное здание 1 от источника излучения, оставляя при этом между собой и основным зданием 1 воздушный буфер для уменьшения нагревания и проточной вентиляции. Проточная вентиляция светоотражающего навеса 2 обеспечивается за счет наличия в ее стенах не открытых проемов в нижней части.
Основное здание 1 оснащено шлюзовыми воротами 3, представляющими собой шлюзовую систему, состоящую из трех дверей, решетки и двух шлюзовых тамбуров. Шлюзовые ворота 3 располагаются в обеих торцевых частях основного здания 1 и расположены по типу сквозного проезда. Ширина шлюзовых ворот 3 не менее 3,5 метров.
Створки всех трех дверей шлюзовых ворот 3 открываются-закрываются независимо друг от друга. Пол шлюзовых ворот 3 гладкий без порогов. Створки шлюзовых ворот 3 дополнительно могут быть оснащены дверьми шириной не менее 100 см. Толщина дверей шлюзовых ворот 3 не менее 80 см. Все три дверей шлюзовых ворот 3 выполнены из прочного материала и утеплены. Первый, внешний шлюзовый тамбур шлюзовых ворот 3 имеет длину не менее 4 метров и оснащен устройством принудительного охлаждения. Второй, внутренний шлюзовый тамбур шлюзовых ворот 3, имеет длину не менее 4 метров, и охлаждается компрессорами для морозильных камер. Все тамбуры шлюзовых ворот 3 снабжены выносными термодатчиками.
Компрессоры для замораживания 4 монтируются в основном здании 1 и в случае повышении температуры во внутренних помещениях основного здания 1 выше минус 18 градусов по Цельсию должны, с помощью устройств управления и контрольно-измерительных приборов, генерировать холод в основном здании 1. Компрессоры для замораживания 4 призваны обеспечить стабильное поддержание необходимой температуры как одно из заявленных условий хранения палеонтологических объектов.
Размеры основного здания 1 по внешнему периметру может варьироваться от 300 квадратных метров и более. Внутреннее пространство основного здания 1 сконструировано таким образом, чтобы в случае необходимости могло быть разделено на отдельные помещения с помощью сборно-разборных конструкций, как пример, перегородками или палатками, которые позволят эффективно проводить санитарно-эпидемиологические и научно-исследовательские работы над палеонтологическими объектами в отдельности. Ширина коридора между этими отдельными помещениями должна составлять не менее 4 метров. Размещение и количество отдельных помещений вариативно. Внутри основного здания 1 также находятся герметичные камеры, где можно создать нейтральную газовую атмосферу из азота. Эти герметичные камеры предназначены для длительного хранения палеонтологических объектов с особой научной ценностью и (или) высокой бактериологической опасностью.
Стены, потолок и частично полы основного здания 1, для аккумуляции холода и повышения влажности, выложены плитами из льда, заключенными оболочки из биоинертного материала. В случае необходимости количество плит из льда и их конфигурация варьируется. Швы между плитами из льда глазируются водой и снегом. Плиты из льда производятся путем замораживания воды в емкостях с помощью естественного холода или с помощью устройств, генерирующих искусственный холод. Для увеличения эффекта аккумуляции холода при замораживании льда в воду будет добавлена поваренная соль в соотношении 10 частей воды на 3 части поваренной соли.
При установлении стабильно низких температур наружного воздуха, например минус 20 градусов по Цельсию и ниже, шлюзовые ворота 3 перекрываются только решетками, а двери остаются открытыми. Таким образом, оснащение решеткой шлюзовых ворот 3 и их сквозного проезда позволяет уравновесить температуру внутренних помещений основного здания 1 с наружной температурой и заморозить грунт под криохранилищем мамонтовой фауны через холодовые колодцы и систему труб.
Подземная часть криохранилища мамонтовой фауны состоит из котлована и воздуховодной сети.
Замороженный грунт под криохранилищем мамонтовой фауны, помимо компрессоров для замораживания 4, является одним из Холодовых аккумуляторов. Из-за того, что многолетняя мерзлота имеет температуру минус 3 минус 5 градусов по Цельсию, одной из задач по замораживанию грунта под криохранилищем мамонтовой фауны, и прилегающего к нему, является теплоизоляция этих грунтов от «теплой» многолетней мерзлоты.
Для решения задачи по замораживанию грунта перед монтажом основного здания 1 криохранилища мамонтовой фауны выкапывается котлован глубиной не менее 4 метров и на 3 метра, выступающий за границы внешнего периметра основного здания 1. Дно и стены котлована покрываются подземным теплоизоляционным материалом 5, например, прошитыми матами из базальта или листами полистирола, укрепленные стенками из алюминия. Толщина подземного теплоизоляционного материала 5 не менее 1 метра.
На всю глубину котлована вертикально опускаются трубы образующие вертикальные холодовые обсадные колонны 6 и прокладываются горизонтальные трубы образующие горизонтальные холодовые трубы 7. Вертикальные холодовые обсадные колонны 6 и горизонтальные холодовые трубы 7 соединяются в одну воздуховодную сеть. После создания воздуховодной сети котлован засыпается грунтом, обладающим высокой теплоемкостью и способный запасать холод, например глиной. Вертикальные холодовые обсадные колонны 6 идут по периметру воздуховодной сети и в середине, имея выходы на поверхность вдоль внешней стены основного здания 1 и в ее внутренние помещения. Вертикальные холодовые колодцы 6 оснащены запорными крышками для обеспечения герметизации воздуховодной сети. Наружные части вертикальных Холодовых обсадных колонн 6 дополнительно снабжены съемной теплоизолирующим изделием для регуляции температуры воздуха внутри воздуховодной сети. При установлении стабильно низких температур наружного воздуха, например минус 20 градусов по Цельсию и ниже, запорные крышки вертикальных Холодовых обсадных колонн 6 открываются и пропускают в воздухопроводную сеть наружный воздух, который вымораживает грунт под основным зданием 1.
Для увеличения теплоемкости грунта под криохранилищем мамонтовой фауны, а значит, его свойств как холодового аккумулятора, ледяные плиты внутри основного здания 1 и прилегающий грунт к нему могут быть просолены пищевой солью.
Использование заявляемого технического решения позволит повысить эффективность хранения палеонтологических объектов в естественном виде в виде мерзлых мумий в течение всего года, создаст многофункциональную исследовательскую площадку устраняющую или минимизирующий риск нарушения правил и условий хранения палеонтологических объектов, расширит возможности проведения многих видов научных исследований, обеспечит санитарно-эпидемиологическую безопасность, снизит энергетические затраты криохранилища для мамонтовой фауны и повысит его автономность.