Науки о Земле в 2017 году

Просмотров: 1287

28 марта состоялось Общее собрание Отделения наук о Земле (ОНЗ) Российской академии наук (РАН), на котором академик-секретарь ОНЗ, академик РАН А. О. Глико подробно рассказал об основных достижениях работы институтов ФАНО/РАН, работающих под методическим руководством ОНЗ РАН, в 2017 году.

Прежде всего, он напомнил, что науки о Земле — это обширный свод естественно-научных знаний о нашей планете, о ее строении и развитии внешних и внутренних оболочек и их взаимодействии, о характере и природе происходящих в них процессах, об эволюции земной коры и условиях формирования месторождений полезных ископаемых. Изучение Земли, как сложнейшей природной системы, осуществляется комплексом дисциплин и специальностей, группирующихся в геологические, геофизические, геохимические, горные и географические науки, науки об атмосфере, водах суши и о Мировом океане. Наряду с углублением специализации исследований внутри каждой из этих наук по отдельным дисциплинам и даже методам, имеет место отчетливая тенденция к развитию междисциплинарного сотрудничества. Это определяется более углубленным пониманием особой роли и важности взаимодействия и взаимовлияния различных процессов, протекающих в оболочках Земли, не только на естественную эволюцию планеты, но и на среду обитания человека и, наоборот, результатов его жизнедеятельности (антропогенный и техногенный факторы) на состояние и эволюцию природной среды. Именно поэтому в науках о Земле получение фундаментальных знаний, помимо чисто научного интереса, неизменно ориентировано на решение важнейших для устойчивого и безопасного развития общества, прикладных задач.

В наши дни, в связи с наблюдаемыми достаточно быстрыми изменениями в окружающей среде это одна из наиболее востребованных и динамично развивающихся областей знаний. Фундаментальные результаты, получаемые в этой области на основе последних достижений математики, физики, химии, биологии и других наук, сразу же находят применение при решении таких практически важных для устойчивого и безопасного развития общества задач, как обеспечение минерально-сырьевой базы Российской Федерации, прогноз и предупреждение опасных катастрофических природных и техногенных явлений, изучение причин и механизмов изменения окружающей среды и климата. В круг ответственности наук о Земле входит и ответ на такие большие вызовы, как исчерпание возможностей экономического роста России, основанного на экстенсивной эксплуатации сырьевых ресурсов; возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду до масштабов, угрожающих воспроизводству природных ресурсов; необходимость эффективного освоения и использования пространства, в том числе путем освоения Мирового океана и Арктики (Указ Президента РФ "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации" от 1 декабря 2016 г).

А. О. Глико подчеркнул, что научные коллективы институтов Отделения работали в 2017 году над решением широкого спектра фундаментальных и прикладных задач, имеющих важное значения для развития всей страны.

170105 f01
Национальный атлас Арктики

Для России исключительное значение имеет Арктика и к этому региону в последние годы уделяется большое внимание. Важнейшим событием прошлого года стало издание Национального атласа Арктики, созданного в соответствии с поручениями Президента Российской Федерации и Правительства Российской Федерации в сжатый трехлетний срок. В Атласе представлены наиболее актуальные сведения о природе, экономике, населении, культурном наследии и истории освоения Арктики, а также стратегические вопросы управления и прогнозы развития российского сектора в Арктике. Национальный атлас Арктики отражает современный уровень комплексного исследования Арктической зоны Российской Федерации. При его создании реализованы новые подходы к обеспечению информационных запросов в широком спектре научной, управленческой, хозяйственной, оборонной, образовательной и общественной деятельности. Атлас издан Федеральной службой государственной регистрации, кадастра и картографии (АО "Роскартография") при участии ведущих отечественных научных коллективов: Институт географии РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова, Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П. Карпинского, Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Главная геофизическая обсерватория имени А.И. Воейкова и др. Главный редактор Атласа — академик РАН Н.С. Касимов, президент географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, первый вице-президент РГО. Научный руководитель Атласа — академик РАН В.М. Котляков, научный руководитель Института географии РАН, почетный президент РГО. Над созданием Атласа работали сотрудники 11 министерств и ведомств, 26 организаций, более 200 учёных и специалистов высочайшей квалификации, из них 4 академика РАН и 6 членов-корреспондентов РАН.

Далее академик-секретарь сообщил и о другом, не менее важном фундаментальном издании. В 2017 году, объявленном ЮЭСКО Годом экологии, издан Экологический атлас России. Это фундаментальное издание отражает современную информацию об условиях формирования экологической обстановки, воздействии хозяйственной деятельности на природную среду, экологическом состоянии окружающей среды, природных и техногенных опасностях, особенностях мониторинга состояния окружающей среды и мерах по оптимизации экологической обстановки и сохранения природы. Атлас содержит более 200 карт, сопровождаемых текстами, космическими снимками, тематическими фотографиями и другими иллюстративными материалами. Экологический атлас России издан под эгидой Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Русского географического общества и МГУ им. М.В. Ломоносова (председатель редакционной коллегии — Донской С.Е., Министр природных ресурсов и экологии РФ; заместитель председателя — Касимов Н.С., академик РАН, президент географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова). В составлении Атласа приняли участие Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС); Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор); Государственная служба наблюдений за состоянием окружающей природной среды; Институт географии РАН; Институт географии СО РАН им. В. Б. Сочавы; Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Всероссийский научно-исследовательский и информационный центр по лесным ресурсам; Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН; Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН; Международный институт леса; Музей землеведения МГУ имени М.В. Ломоносова; Почвенный институт им. В. В. Докучаева РАН; Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН; Институт фундаментальных проблем биологии РАН; Ботанический институт РАН.

Подводная мерзлота
Заглубление профиля залегания кровли ПМ за 30 лет показано красными столбиками, геоморфологическая структура приведена в статье (А); детальный профиль заглубления кровли ПМ по данным ЭМЗ отвалидированным по скважинам (Б); температурные профили свидетельствуют о наличие сквозных таликов в местах бурения при глубине моря > 4 м (В), вид на буровой лагерь, расположенный на припайном льду моря Лаптевых (Г)

В докладе отмечено крупное достижение ученых Томского политехнического университета, Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН, в сотрудничестве с Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН), Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН (ИМЗ СО РАН) и МГУ им. М.В. Ломоносова, которые получили принципиально новое знание о механизме процессов, определяющих изменение состояния подводной мерзлоты (ПМ) на шельфе восточной Сибири, которая перекрывает гигантские запасы углеводородов. Доказано, что скорости вертикальной деградации ПМ в последний 30-летний период достигали 18 см в год (среднее значение 14 см в год), что примерно в два раза выше, чем в предыдущие столетия, и на порядок выше, чем было принято считать ранее. Впервые детальное картирование положения кровли ПМ было выполнено с помощью электромагнитного зондирования (ЭМЗ). В дальнейшем на основе этих данных должны быть пересмотрены и изменены подходы к изучению состояния подводной мерзлоты и его математическому моделированию, что крайне важно для снижения георисков, возникающих при проведении разведочного и промышленного бурения.

Завершен очень интересный проект Лаборатории геохимии углерода Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН (научный руководитель — академик РАН Э.М. Галимов), посвященный изучению истории биосферы. Показано, что история биосферы тесно связана с процессами, обусловленными низкой светимостью Солнца. Поддержание положительных температур на Земле обусловлено содержанием в составе атмосферы парниковых газов, к числу которых относятся наиболее активные водяной пар, углекислый газ (CO2), метан (CH4) и некоторые другие. Установлена этапность развития биосферы и климата и дано объяснение причин чередования периодов оледенения и теплого климата. В результате предложена принципиально новая картина взаимосвязи биосферы и климата.

Крайне интересная и важная для практического приложения работа была выполнена коллективом ученых Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН с участием ИТ и ИГиЛ СО РАН под руководством академика РАН А.Э. Конторовича. Показаны перспективы нефтегазоносности баженовского горизонта центральных районов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции.

Основная проблема традиционных источников углеводородного сырья — это истощение запасов лёгкой маловязкой нефти, рост обводненности (до 90%) крупных и гигантских месторождений — Самотлорского, Ромашкинского и других. В то же время в недрах этих месторождений по данным зондирования находится до 3,0 млрд. тонн нефти и ещё 11,0 млрд тонн запасов категории С1. Актуальная задача — создание новых эффективных технологий добычи этой нефти. Институтом проблем нефти и газа РАН подготовлена программа "Возрождение старых нефтегазодобывающих регионов России", которая передана в Правительство Российской Федерации. Программа предусматривает также продление сроков эффективной эксплуатации Медвежьего, Ямбургского и Уренгойского газоконденсатных месторождений за счет вовлечения в добычу низконапорного газа, запасы которого превышают 5,0 трлн. м3. Детальное изучение геологической среды позволит вовлечь в добычу плотные породы и расширить сырьевую базу месторождений с созданной инфраструктурой.

Коллектив ученых ИГЕМ РАН во главе с академиком Н. С. Бортниковым, членом-корреспондентом РАН Л.Я. Арановичем и д.г.-м.н. А.Н. Перцевым изучали структурно-химические неоднородности алмазов с помощью построения моделей магматических и гидротермальных рудообразующих систем. В целом, выявленные особенности изотопного состава углерода и азота изученных алмазов указывают на возможность участия в их образовании субдуцированных морских осадков. Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН провел экспериментальные исследования кристаллизации алмаза в системах на основе магния и показал возможности эффективного легирования алмаза примесями кремния и германия. Такие алмазы являются перспективными материалами для создания квантовых компьютеров и развития широкомасштабных квантовых сетей.

Далее академик-секретарь перечислил и другие яркие результаты работы научных коллективов ОНЗ РАН.

Институтом нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН с помощью сейсмической томографии выявлены различные механизмы питания вулканов Ключевской, Безымянный и Толбачик. В результате совместной работы Института земной коры и Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН издана новая карта сейсмотектоники северо-восточного сектора Российской Арктики. Впервые выполнена градация уровня сейсмической опасности для шельфов Восточно-Арктических морей и прилегающей акватории Северного Ледовитого океана. Карта будет использоваться при проектировании и освоении арктического шельфа крупными российскими компаниями, такими как РОСНЕФТЬ, ГАЗПРОМ и АЛРОСА. Она дает возможность оценить потенциальный сейсмический и экологический риск территории исследования.

Сотрудники Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН открыли и утвердили в Комиссии по новым минералам, номенклатуре и классификации Международного минералогического общества (CNMNC IMA) 24 новых минерала, а минералоги Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова открыли и изучили 25 новых минералов. Среди этих минералов есть представители оригинальных структурных типов, индикаторы необычных геохимических обстановок, концентраторы редких элементов, носители технологически важных свойств.

Специалистами Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН выявлены столетние циклы колебаний климата Азиатско-Тихоокеанского региона в голоцене. В Институте земной коры СО РАН изучена внутренняя структура раннепалеозойского Ольхонского террейна Центрально-Азиатского складчатого пояса. Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН реконструировал палеогеографическую обстановку сартанского оледенения территории Прибайкалья и Забайкалья в период 25-10 тыс. лет назад. Исследователи Южного научного центра РАН выявили перестройки в гидролого-гидрохимическом режиме Таганрогского залива Азовского моря и устьевой области реки Дон.

SFCAZ алгоритм
Распознавание мест возможного возникновения землетрясений с помощью алгоритма SFCAZ

В Геофизическом центре РАН создан принципиально новый алгоритм системного анализа SFCAZ (Successive Formalized Clustering And Zoning), позволяющий осуществлять распознавание мест возможного возникновения землетрясений для нескольких магнитудных порогов в одном и том же сейсмоопасном регионе. В Институте динамики геосфер РАН построена комплексная компьютерная модель падения на Землю 300-метрового астероида, аналогичного астероиду Апофис, который периодически сближается с нашей планетой.

На базе уникального среднеширотного радиофизического комплекса ГФО "Михнево" Института динамики геосфер РАН разработан и верифицирован новый метод пассивного мониторинга ионосферы на высотах 60-400 км. Метод основан на пространственно-временном корреляционном анализе амплитудно-фазовых характеристик радиосигналов СДВ-ДВ диапазона на сети радиотрасс и регистрации сигналов навигационных спутниковых систем на сети станций. Использование нового метода позволяет отслеживать изменения радиофизических характеристик ионосферы в трехмерном пространстве, что не достижимо при использовании только спутниковых и радарных измерений. Практическая значимость нового метода состоит в возможности значительного качественного улучшения прогноза влияния ионосферы на точность радиолокационных средств.

Заключая доклад А.О. Глико не мог не сказать о главных задачах будущих исследований. До конца текущего века должно быть найдено приемлемое решение энергетической проблемы. Возможно, ее удастся решить на базе использования солнечной радиации или других нетрадиционных источников энергии. В более отдаленной перспективе возможно использование лунного гелия в качестве эффективного и экологически чистого термоядерного топлива. Но до этого времени, обеспечение страны углеводородным сырьем, как и другими трудно возобновляемыми ресурсами (в первую очередь редкоземельными и благородными металлами), будет еще долгое время оставаться предметом геологической разведки и добычи. Опережающие научные исследования в этой области должны привести к созданию методов поиска и разработки более бедных источников рудных элементов и более бедных и нетрадиционных источников углеводородов, например, на акваториях, в районах термальной активности, сланцев и т.д. Эта работа еще на десятки лет вперед. Сырьевая отсталость наша состоит не в том, что мы добываем сырье, а в том, что мы поставляем его зарубежному потребителю на примитивном уровне переработки.

Существует уже сейчас и в будущем усилится тренд к глобализации геологической науки. Стало очевидным, что многие геологические события, имеющие региональные проявления, в том числе, приводящие к формированию месторождений, являются следствием процессов, имеющих планетарный масштаб. В этой связи приобретают практическую актуальность фундаментальные комплексные исследования процессов, протекающих в глубинах мантии, взаимодействия коры и мантии, мантии и ядра. Вещество глубинных зон Земли малодоступно для прямого анализа. Его изучают как правило методами геофизики и геохимии. Поэтому ключевое значение имеет разработка методов комплексной химико-минералогической интерпретации геофизических данных. В этом же состоит и главный подход к изучению внутреннего химического строения Луны и планет.

Мы имеем и нам нужно поддерживать высокий уровень компетенции в радиоэкологических исследованиях. Все более актуальными становятся задачи, связанные с консервацией радиоактивных отходов; обеспечением радиоэкологической безопасности. Необходима готовность и к аварийным ситуациям. И здесь опять роль геологии, геофизики, геодинамики, геохимии и других наук о Земле крайне велика.

Для России исключительное значение имеет Арктика, поэтому этот регион присутствует в любых планах на будущее, касается это экономики или национальной безопасности.

Проблема изменения климата — одна из важнейших экологических проблем, стоящих перед человечеством. До сих пор нет уверенности, что наблюдаемые климатические изменения целиком имеют антропогенную природу. Здесь требуется более широким фронтом вести детальные работы в области физики атмосферы и Мирового океана, палеоклиматологии, выполнить научно-обоснованные расчеты вариаций потоков углерода в течение всей геологической истории, в том числе и в настоящее время.

В условиях современных вызовов приоритетной задачей становится предотвращение угроз водной безопасности России как неотъемлемой части её национальной безопасности. Выполнение этой задачи требует научного обоснования и проведения междисциплинарных фундаментальных исследований, связанных с решением проблем дефицита водных ресурсов, ухудшения качества вод, смягчения последствий экстремальных гидрологических явлений, повышением эффективности управления водными ресурсами.

Комплексные и междисциплинарные фундаментальные исследования в области наук о Земле осуществляются по пятнадцати направлениям Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, которые охватывают все перечисленные выше актуальные фундаментальные проблемы. Это свидетельствует о высокой значимости и востребованности наук о Земле, но и ответственности ученых за достоверные оценки и вырабатываемые в результате исследований предложения по рациональному использованию природных ресурсов планеты.


Н. А. Зайцева, Е. Ю. Фирсова

Печать

Joomla SEF URLs by Artio