В Отделении наук о Земле РАН подвели итоги года
17 декабря 2024 г.
9 декабря 2024 года в Геологическом институте РАН состоялось Общее собрание Отделения наук о Земле РАН. Научная сессия была посвящена наукам о Земле в решении проблем научно-технологического развития Российской Федерации. Освещались исследования по океанологии, географии, минералогическим технологиям и минералоподобным материалам.
Во вступительном слове академик-секретарь ОНЗ РАН академик РАН Н. С. Бортников почтил память ушедших из жизни академиков РАН Е. П. Велихова, Е. И. Гордеева и М. И. Кузьмина, членов-корреспондентов РАН В. И. Величкина, В. Н. Пучкова, Г. А. Соболева, А. Н. Чилингарова.
Академик РАН Н. С. Бортников и заместитель академика-секретаря ОНЗ РАН по научно-организационной работе к.г.н. И. Н. Сократова наградили благодарностями члена-корреспондента РАН, профессора РАН Т. Н. Александрову, профессоров РАН А. С. Грицуна, И. М. Индрупского, А. А. Куркина и А. Е. Майорова. Почетные грамоты были вручены юбилярам академикам РАН Г. И. Долгих, Ф. А. Летникову, В. В. Ревердатто, А. К. Тулохонову, В. С. Шацкому, членам-корреспондентам РАН А. И. Гриценко, А. Н. Диденко, Д. Р. Каплунову, Т. И. Моисеенко, О. В. Петрову, Е. В. Склярову и В. Л. Яковлеву.
Академик РАН Н. С. Бортников рассказал о деятельности ОНЗ РАН в уходящем году. «Главная работа у нас концентрировалась на взаимодействии с правительственными органами, и мы выполняли те задачи, которые стоят перед Российской академией наук», – отметил он. Ученые развивали исследования в области наук о Земле с целью прогноза добычи полезных ископаемых и изменения климата, а также предсказания катастрофических явлений.
Н. С. Бортников сообщил о достижениях научных советов. «Пожалуй, наиболее популярными оказались проблемы, связанные с развитием Арктической зоны. Здесь большую работу провел Совет по Арктике, который возглавляется академиком Гвишиани Алексеем Джерменовичем», – отметил академик-секретарь ОНЗ РАН. Н. С. Бортников отметил значимость достижений Российской академии наук в расширении экономической зоны в Северном Ледовитом океане и исследований, которые ведутся в районе хребта Гаккеля. Большая работа проводится Научным советом РАН по проблемам климата Земли во главе с академиками РАН В. Г. Бондуром и И. И. Моховым при активном участии академика РАН В. А. Семенова.
Эксперты ОНЗ РАН много внимания уделяли развитию минерально-сырьевой базы, водным ресурсам и Мировому океану, поиску и добыче водорода. Вырос объем экспертной оценки: за текущий год было оценено 1100 объектов – на 11% больше чем в прошлом году. Еще одно направление деятельности, научно-методическое руководство институтами, в частности, было реализовано в форме совместных заседаний Бюро ОНЗ РАН и ученых советов Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН.
Научная сессия была посвящена наукам о Земле в решении проблем научно-технологического развития Российской Федерации. В рамках первой сессии освещались исследования по океанологии и географии.
Заместитель президента РАН, руководитель Секции океанологии, физики атмосферы и географии ОНЗ РАН академик РАН Г. И. Матишов открыл научную сессию докладом «Задачи и перспективы работ СОФАГ в направлении решения проблем научно-технологического развития Российской Федерации».
Академик РАН Г. И. Матишов начал сообщение с вопросов изучения климата. Докладчик напомнил о его цикличности и указал на то, что для прогнозов необходимо учитывать не только индустриальную деятельность, но и историю климата, палеогеографические реконструкции. «Современная климатология должна быть наукой факта, все косвенные аргументы должны быть вторичны», – отметил академик.
Г. И. Матишов остановился на исследованиях в Арктике и сообщил, что важность достижений Мурманского морского биологического института РАН в исследованиях заполярных морей отмечалась выдающимися учеными и организаторами науки, начиная с президента АН СССР академика АН СССР А. П. Александрова. Он указал на то, что «планируя новые экспедиции, надо опираться на столетнюю предысторию и двигаться от достигнутого». Так, при изучении радиационного загрязнения экспедиции будут опираться на обширную базу данных, созданную предшественниками. От Севера Г. И. Матишов перешел к южным регионам. Он упомянул необратимые процессы в Азовском море, неурожай зерновых и отметил, что в условиях жаркого климата нельзя обойтись без научных исследований. Нужны качественные прогнозы климата и погоды, прогностические модели. Г. И. Матишов предложил проводить выездные заседания ОНЗ РАН в приморских регионах один или несколько раз в год.
Г. И. Матишов рассказал о потребностях научного флота, особенностях экспедиций в Азово-Черноморском крае и предложил «расширить географию и функционал нашего научного флота». В частности, докладчик считает необходимым перебазировать НИС «Профессор Водяницкий» на Каспий, а крупнотоннажные суда – в Тихоокеанский регион. Г. И. Матишов также отметил нехватку в Сибири академических кадров, необходимость усилить значимость секций, а также провести съезд, аналогичный II Всесоюзному съезду океанологов 1982 года: «Нам нужен новый консолидирующий съезд, который может стать началом комплекса межведомственных исследований и программ».
Член-корреспондент РАН С. К. Коновалов, директор Морского гидрофизического института РАН (Севастополь), представил доклад «Сероводород в Черном море. Проблемы экологические и технологические».
Член-корреспондент РАН С. К. Коновалов рассказал о сероводороде в морских природных системах. Докладчик утверждает, что необходима программа долговременного мониторинга характеристик распределения сероводорода и контроля условий его появления. Это относится ко всем морским системам, но в первую очередь к южным морям Российской Федерации, особенно к прибрежным акваториям с ограниченным водообменом и значительным поступлением антропогенного органического углерода. Тревогу автора доклада вызывают предложения по увеличению первичной продукции как способ поглощения СО2. С. К. Коновалов отметил, что особого внимания требуют проекты, ведущие к изменению интенсивности водообмена.
Докладчик рассказал о проектах и технологиях извлечения сероводорода из Черного моря. Автор утверждает, что они несовершенны технологически и рассматривают только экономически выгодные стадии процесса, превышают технологические возможности из-за низкого содержания сульфидной серы и не учитывают формы нахождения восстановленной серы в морской воде, а также никогда не рассматривают экологические последствия процесса извлечения и переработки сероводорода.
«Я предлагаю сосредоточиться на вопросах сохранения Черного моря, там отдыхает более 20 миллионов жителей нашей страны ежегодно, и они безусловно приносят куда как больший экономический результат, чем любое извлечение сероводорода», – заключил С. К. Коновалов.
Член-корреспондент РАН М. Н. Железняк, директор Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, выступил с докладом «Реакция криолитозоны на изменение климата. Мониторинг вечной мерзлоты Российской Федерации, состояние и перспективы развития».
Член-корреспондент РАН М. Н. Железняк указал на то, что устойчивое развитие северных экосистем, обеспечение жизнедеятельности и функционирования инженерных сооружений на Севере невозможны без учета мерзлых толщ, которые подвергаются воздействию теплеющего климата. Докладчик сообщил, что при сохраняющихся тенденциях к 2050 году ущерб, который изменения мерзлоты могут причинить только жилым зданиям, составит около 770 млрд руб.
Одним из направлений реализации государственной политики в северных регионах является оценка состояния и динамики многолетней мерзлоты. Автор рассказал об актуальности системы мониторинга мерзлоты и подверг критике процесс формирования текущей системы. Мониторинг будет эффективен при наличии системы фонового и геотехнического мониторинга, который должны осуществлять федеральный и 6–7 региональных центров. Сегодня фоновый и геотехнический мониторинг разобщены. Организация фонового мониторинга требует методической доработки и расширения комплекса наблюдений на ограниченном количестве участков сети. Необходимо, чтобы в законодательных документах содержалось разъяснение, что такое система мониторинга вечной мерзлоты. Следует разработать методические рекомендации по формированию информации, которая должна передаваться в единый центр мониторинга по единому методическому подходу.
Важнейшей задачей является подготовка комплексной научно-технической программы «Мониторинг вечной мерзлоты РФ (МВМ РФ)», которая должна быть включена в перечень утвержденных государственных программ. Поручить ее разработку необходимо специалистам – мерзлотоведам институтов РАН и учреждений, подведомственных Минобрнауки России. «Необходимо услышать позицию специалистов, это первый этап в создании любой работоспособной системы», – отметил М. Н. Железняк.
Д.г.н. В. А. Колосов, заведующий лабораторией геополитических исследований Института географии РАН, представил доклад «Новая Стратегия пространственного развития России и роль общественной географии в ее реализации». Автор доклада рассказал о Стратегии пространственного развития, которая рассчитана до 2030 года с прогнозом до 2036 года. Стратегия получила в целом позитивную оценку специалистов, но вместе с тем имеет и недостатки.
В. А. Колосов очертил главные вызовы сбалансированному пространственному развитию России. Это высокий уровень межрегионального социально-экономического неравенства, депопуляция и отставание по ключевым социально-экономическим показателям субъектов РФ, имеющих геостратегическое значение.
Докладчик отметил новации стратегии 2024 года. Прежде всего, это попытка встроить ее в общую стратегию социально-экономического развития. Декларирован отказ от узкоотраслевого подхода и сделана попытка учесть тенденции развития ключевых комплексов транспортной системы, жилищного строительства, информационно-телекоммуникационной инфраструктуры, промышленности, туризма. Рассмотрены пространственные аспекты научно-технического развития. Уделено немало внимания мерам по адаптации к изменению климата. Предусмотрены меры по развитию приграничных территорий и приграничному сотрудничеству с дружественными странами. Приграничные территории рассматриваются как единое сложное образование; соседство понимается не только как вызов, но в первую очередь как ресурс. Упомянута необходимость большей автономии регионов и муниципалитетов, увеличение их доходов и проведение сбалансированной политики в межбюджетных отношениях, учета мнения населения и бизнеса.
При определении приоритетов пространственного развития возможны три стратегии: концентрация усилий на ограниченном числе сложившихся центров экономического роста – ведущих городах, что характерно для Стратегии 2019 года; доведение депрессивных и отсталых районов до среднего по стране уровня; поддержка территорий с имеющимся, но недостаточно используемым потенциалом экономического роста. В. А. Колосов сравнил Стратегии 2019 и 2024 года. Последняя носит компромиссный характер; ее цель – более гармоничное и сбалансированное пространственное развитие страны. Термин «агломерация» употребляется не десятки, но всего 4 раза. Агломерации являются верхним уровнем сети из 2270 опорных населенных пунктов как полюсов локального развития (в Стратегии-2019 рассматривались только крупнейшие и крупные агломерации). Докладчик рассказал о недостатках стратегии опорных населенных пунктов. К примеру, существуют опасения, не ускорит ли реализация этой концепции депопуляцию сельской местности и малых городов.
Д.э.н. Г. Г. Гогоберидзе, главный научный сотрудник Мурманского арктического университета, выступил с докладом «О результатах и планах работы рабочей группы "Морские берега" при СОФАГ ОНЗ РАН». Г. Г. Гогоберидзе коснулся основных вех в истории рабочей группы. Сегодня в составе действующих членов группы – 21 исследователь, которые представляют институты РАН и университеты от Мурманска до Геленджика. Г. Г. Гогоберидзе рассказал о публикационной активности и приоритетных направлениях научной деятельности.
Ключевой является научно-методическая работа по созданию государственного кадастра береговой зоны морей России. Эта работа вызвана необходимостью мониторинга и прогнозирования параметров ресурсов и возможностей береговой зоны, укрепления берегов.
Г. Г. Гогоберидзе представил основные научные результаты деятельности рабочей группы, такие как макеты ГИС российской береговой зоны Балтийского моря и ГИС «Береговые системы АЗРФ», разработка генеральной схемы берегозащиты восточной части Финского залива, воплощение информационно-прогнозной автоматизированной системы калининградской береговой зоны. По итогам исследования берегов российской Арктики создана база данных «Термоабразия морских берегов российской Арктики»; ведется мониторинг береговой эрозии морей Восточной Сибири. Докладчик указал на последствия разрушения берегов: «Было показано, что ежегодно потери территории Российской Федерации составляют порядка 10–11 км2 в год».
В частности, существенное внимание рабочая группа уделяет Арктическому региону. Проведены работы по палеогеографии, уровню моря, динамике берегов морей российской Арктики и по прогнозированию динамики берегов Карского моря в криозоне посредством методов машинного обучения. Исследованы опасные экзогенные процессы и техногенез на берегах и шельфе Печорского и Карского морей. Анализируются взаимосвязи и воздействие природных, геоморфологических и техногенных рисков на арктические береговые эко-социо-экономические системы. Составлена многофункциональная модель рисков арктического берегового природопользования. Начаты работы по созданию регионального геоинформационного портала мониторинга опасных явлений в береговой зоне Арктики на примере Мурманской области.
Г. Г. Гогоберидзе обратил внимание на необходимость разработки пакета законодательных актов по регламенту инвентаризации ресурсов и объектов приморских территорий и прилегающих акваторий (включая прибрежно-шельфовую зону) с составлением кадастра береговых зон морей Российской федерации. Докладчик считает необходимым, чтобы Минобрнауки России и Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии инициировали открытие научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы «Разработка принципов и инструментария кадастра береговых зон морей Российской Федерации».
Темой следующей научной сессии стали минералогические технологии и минералоподобные материалы.
Заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса Института геологии и минералогии СО РАН член-корреспондент РАН Ю. Н. Пальянов открыл сессию докладом «Монокристаллы синтетического алмаза: рост, свойства и применение».
«Алмазная тематика требует, прежде всего, высоких давлений и соответствующей аппаратуры», – сообщил докладчик. Он рассказал, в частности, о беспрессовом аппарате высокого давления «Разрезная сфера». Его основные преимущества – оптимальные габариты, низкая металлоемкость, низкая энергоемкость, заменяемость многопуансонного блока, многоосное сжатие ячейки, эффективная система охлаждения и многоканальность измерений. Докладчик продемонстрировал и станцию высоких давлений, созданную в Институте геологии и минералогии СО РАН.
Член-корреспондент РАН Ю. Н. Пальянов сообщил о том, как может применяться алмаз в зависимости от его качества: абразивного, ювелирного либо приборного. Последнее связано с высокотехнологическим применением, «здесь мы должны иметь дело с высококачественными кристаллами и кристаллами со специальными свойствами. На этот уровень мы и ориентируемся в своих исследованиях», – отметил автор доклада.
Докладчик рассказал о вредных и полезных дефектах кристаллов, показал основные примеси в алмазах и рассказал о способах получить кристаллы алмаза с заданными свойствами. Так, ученые провели исследование реальной структуры кристаллов синтетического алмаза и определили условия роста, позволяющие исключить образование включений, минимизировать внутренние напряжения и уменьшить концентрацию линейных и планарных дефектов. На основе исследований алмазов с помощью рентгеновской топографии, селективного травления и ИК-картирования были разработаны методы контроля качества монокристаллов.
Ю. Н. Пальянов рассказал о методах модификации свойств кристаллов, одним из которых является отжиг кристаллов алмаза при высоком давлении.
Для получения кристаллов с различными примесями и необычными свойствами идет активный поиск новых систем. Так, алмазы впервые синтезированы в расплавах германия, олова, сурьмы и меди. Для использования алмаза как перспективного материала для квантовой электроники необходимо встроить в его структуру такие примеси, как Si, Ge, Sn. Для синтеза подобных алмазов в ИГМ СО РАН была обоснована перспективность систем на основе Mg. Разработанные аппаратуру и комплекс методов и методик можно применять не только для алмаза, но и для других материалов.
Отдельный раздел доклада был посвящен применению синтетических алмазов в высокотехнологических областях науки и техники. Так, алмазы используются для создания квантовой электроники. Кристаллы синтетического алмаза, легированные оптически-активными примесями N, Si, Ge, Sn, рассматриваются как новый перспективный материал для квантовых технологий. Еще одним примером сферы применения алмазов является офтальмология и нейрохирургия. Высокое качество кристаллов и технология термохимической обработки алмазов, разработанная в СО РАН, обеспечивают изготовление алмазного инструмента мирового уровня. В частности, из крупных монокристаллов алмаза, полученных в ИГМ СО РАН, изготовлено более 8 тысяч алмазных скальпелей.
Член-корреспондент РАН, профессор РАН И. В. Пеков, главный научный сотрудник геологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, выступил с докладом «От минералов и процессов минералогенеза к новым микропористым функциональным материалам: геомиметика в материаловедении». Докладчик рассказал о микропористых кристаллических материалах, которые широко востребованы для производства высокоэффективных ионообменников, сорбентов, ионных проводников, катализаторов и многого другого.
Известно более 500 минералов с микропористыми структурами, что составляет почти 10% минерального мира. Лучше всех изучены природные алюмосиликатные цеолиты, их искусственные аналоги и «родственники». И. В. Пеков отметил преимущества минералов перед синтетическими микропористыми материалами. Природа «поставляет» крупные и совершенные монокристаллы. Благодаря им можно получать структурные данные высокого качества, надежно моделировать и изучать посткристаллизационные процессы.
Исследователи уделяют большое внимание геомиметике – подходе, при котором идеи и технологические решения заимствуются у геологических объектов и процессов, таких как процесс минералообразования. В качестве примера автор привел минералы группы иванюкита. Иванюкит – сильный катионит с высокой обменной емкостью и другими технологически важными свойствами. Это позволяет, в частности, использовать его синтетический аналог для очистки жидких радиоактивных отходов от радионуклидов. Другим примером стали микропористые слоистые Ti- и Nb-силикаты группы эпистолита. И. В. Пеков рассказал также о каталитической активности цеолитоподобных минералов в природе.
Доклад «Структурно-химическое состояние "невидимых" примесей благородных металлов в рудообразующих сульфидах» представил д.г.-м.н. Б. Р. Тагиров, ведущий научный сотрудник Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (в соавторстве с академиком РАН Н. С. Бортниковым). Главной темой доклада стало «невидимое» золото, которое выявляется в составе руды посредством определения химического состава.
Б. Р. Тагиров коснулся истории изучения «невидимого» золота. Он рассказал об исследовании, в рамках которого решались задачи установить формы нахождения «невидимых» (рассеянных) примесей в сульфидах, определить физико-химические условия, которые способствуют образованию той или иной формы. Также ставилась задача построить термодинамическую модель рудообразования с расчетом распределения «невидимых» примесей между рудообразующими сульфидами и отношения содержания собственной минеральной и «невидимой» формы примеси. В рамках работы были изучены синтетические фазы и минералы природных руд. «Стандартные» методы исследования включали электронную микроскопии и EBSD, рентгеноспектральный микроанализ, а также масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой и лазерным пробоотбором. «Продвинутые» методы подразумевали эксперимент на источниках синхротронного излучения в комбинации с квантово-химическими расчетами.
Профессор РАН, д.г.-м.н. О. Г. Сафонов, директор Института экспериментальной минералогии им. академика Д. С. Коржинского РАН (Черноголовка), представил доклад «Прикладные направления эксперимента в ИЭМ РАН: от фундаментальной науки к практике».
О. Г. Сафонов сообщил, что ИЭМ РАН – единственный в России специализированный институт, деятельность которого сконцентрирована на экспериментальном изучении процессов природного и технического минералообразования. Среди научно-исследовательских организаций ОНЗ РАН институт обладает наиболее полным комплексом экспериментального оборудования для моделирования физико-химических условий процессов в глубинных оболочках Земли. Это автоклавное, газовое и твердофазное оборудование, вплоть до алмазных наковален, позволяющих экспериментировать при ультравысоких давлениях. Такое оснащение позволяет моделировать процессы в мантии Земли, процессы зарождения и эволюции магм, метаморфизма, исследовать гидротермальные растворы и рудообразование, свойства минералов и прочее.
Институт решает ряд прикладных задач. Его гордостью является технология выращивания кристаллов оптического кварца. На основе данных о растворимости кварца в щелочных растворах при температурах 250–400 оС и давлении до 125 МПа определены оптимальные условия выращивания клиновидных кристаллов высококачественного кварца. Посредством разработанного метода была усовершенствована технология получения кварца на заводе «СинКрист».
Докладчик рассказал о выращивании кристаллов оптического кварца с использованием в качестве шихты сверхчистых кварцитов; о комплексном изучении синтетических Ga-, Ge-содержащих минералов различных структурных типов с заданными составами; об изучении фазообразования в водных медно-карбонатных системах с участием аммиака; об изучении фазового состава и состояния водно-нефтегазовых систем при повышенных температурах и давлениях до 150 МПа с помощью синтетических флюидных включений; об экспериментальном исследовании взаимодействия гидротермальных флюидов с битуминозными породами различных месторождений и других научных работах.
С докладом «Экспериментальная минералогия высоких давлений, тренды развития и технологического применения» выступил профессор РАН, д.г.-м.н. А. Ф. Шацкий (Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН). Он посвятил доклад обзору оборудования, которое используется для исследований в области прикладной и фундаментальной минералогии.
Докладчик рассказал о твердофазовых аппаратах для генерации высоких статических давлений и температур. Аппараты высокого давления подразделяются на двухпуансонные и многопуансонные. К первым относятся наковальни Бриджмена, алмазные наковальни, а также аппараты поршень-цилиндр. К многопуансонным аппаратам относится множество прессовых и беспрессовых аппаратов высокого давления.
А. Ф. Шацкий обозначил диапазон условий, которые можно создавать с использованием перечисленных аппаратов. Он остановился на аппарате «поршень-цилиндр». Это устройство широко используется для экспериментов в области петрологии, в том числе мантийной. Его недостатки – ограничения по давлению ниже области термодинамической устойчивости алмаза. Достоинством является возможность создавать высокие давления температуры в объемном образце достаточно большого размера. Он также рассказал о достоинствах и недостатках наковальни Бриджмена, об алмазных наковальнях, истории исследований посредством аппарата тороида и его свойствах. Комбинация поршня-цилиндра и наковальни Бриджмена привела к конструкции двухпуансонного аппарата БЭЛТ, на котором были впервые получены искусственные кристаллы алмаза.
А. Ф. Шацкий перешел к многопуансонным аппаратам, которые используются как для решения прикладных, таки и фундаментальных задач. Они обладают чрезвычайно большим объемом и наиболее перспективны для выращивания монокристаллов алмаза. Размер создаваемых при помощи подобных установок кристаллов превышает 10 карат. Такие крупные кристаллы интересны, в частности, для создания микросхем. Докладчик рассказал и о других применениях подобных аппаратов, таких как исследования системы влияния летучих компонентов на фазовые взаимоотношения в силикатных системах.
В заключительном слове Н. С. Бортников отметил, что в отношении вовлеченности в решение проблем научно-технологического развития ОНЗ РАН не только не уступает, но и превосходит другие отделения, «наши исследования претворяются в жизнь».
Корреспондент: Татьяна Кудрявцева.
Читайте также:
- Члены РАН обсудили проблемы научно-технологического развития России
- В ИО РАН рассказали о ключевых океанологических исследованиях
Метки: Арктика, ГИН РАН, минералы, Бюро ОНЗ РАН, мерзлота, добывающая промышленность, океанология, НС РАН по изучению Арктики и Антарктики, география