Новости

Кайбасово: как сибирские ученые раскрывают тайны глобального потепления

02.07.2024

<h3 style="font-weight: 300; color: #1a1a1a;"></h3> <div> В глубинке Томской области есть уникальная экосистема — пойма Оби в районе исследовательской станции "Кайбасово". Не менее одного раза в 100 лет река здесь разливается настолько, что затапливает территорию в десятки километров, из-за чего в земле и воде начинают происходить уникальные процессы, влияющие на глобальное изменение климата и потепление в Арктике. Именно ради них ученые со всего мира приезжают на расположенную там станцию мирового уровня и карбоновый полигон "Кайбасово". Подробнее в <a target="_blank" href="https://tass.ru/arktika-segodnya/21070931%20%20">материале</a> Анны Глушенковой для ТАСС. "Незримый подвиг" "Началось все не от большой науки, а от дружбы, от того, что были люди, готовые помогать и за свой счет участвовать в исследованиях", — рассказывает ученый ТГУ, один из ведущих российских исследователей Арктики Сергей Кирпотин. — "На этом участке в "Кайбасово" наш сотрудник Виктор Дроздов имел свой дом, и первые годы мы использовали его в качестве базы, останавливались на ночлег. Там были даже не кровати, а что-то вроде нар, но зато могло поместиться восемь человек. Все началось с этого домика, а уже потом стало обрастать инфраструктурой". Непосредственные исследования Арктики тоже начались с дружбы. Кирпотин познакомился с Терри Каллаганом, известным британским ученым-экспериментатором. Он пригласил томича как молодого ученого в Швецию на исследовательскую станцию "Абиско", где был тогда директором, а потом и сам приехал в Томск. Так и начались первые проекты, которые постепенно стали получать гранты, например Российского научного фонда. "Потом политика помешала, проекты закрыли, все наши работы, что называется, накрылись медным тазом. Возникло даже не напряжение, а пауза, которая продлилась с начала 2000-х примерно до 2010 года. Тогда я решил, что Терри нужно снова позвать — мы оставались с ним в очень хороших отношениях. Он приехал, прикипел к Томску, и появилась сибирская сеть по изучению изменений окружающей среды, создание которой он инициировал. "Кайбасово" тоже стало частью этой сети и мегапрофиля, который мы создали", — говорит Кирпотин. Позже этими проектами заинтересовался еще один знаменитый ученый — Олег Покровский. Сейчас он работает в обсерватории Миди-Пиринейз (Тулуза, Франция) и является научным руководителем лаборатории биогеохимических и дистанционных методов мониторинга окружающей среды в ТГУ. В 2023 году он возглавил топ-5 российского рейтинга лучших ученых в области наук о Земле. Благодаря его поддержке проект по изучению Оби, в том числе на станции "Кайбасово", в 2014 году выиграл мегагрант правительства РФ и вышел на международный уровень. Сейчас здесь есть условия для проживания, лабораторных исследований и даже конференц-зал — все это расположено в специально оборудованных вагончиках. Станция участвует в федеральном проекте "Приоритет 2030" и является частью карбонового полигона. "История исследований — это практически незримый подвиг, когда люди полностью работают на своем энтузиазме или с очень слабой финансовой поддержкой. А уже потом она наращивается, создаются школы, инфраструктура, лаборатория мирового уровня — все эти этапы мы прошли. И самое главное, развилась уникальная команда из профессоров и молодых ученых, аспирантов. Молодые кадры активно участвуют в реальных проектах, приезжая из разных частей страны", — рассказывает Кирпотин. Маленькие части большой науки Приезжают не только из России. По словам Сергея Воробьева, директора Центра коллективного пользования "Мегапрофиль", куда входит и эта станция, в "Кайбасово" раньше постоянно приезжали ученые из Америки, Китая, Японии, Швеции, Франции, Новой Зеландии, Сингапура, стран Африки. Ученые делились опытом, а иногда и делали совместные проекты. За последний год практически все они свернулись, но приезжать продолжают до сих пор — отношения остались хорошими. Активно включаются в исследования и местные жители из соседних сел и деревень. С ними ученые всегда стараются сразу подружиться, ведь кто, как не они, трепетно относятся к своей земле. "Когда мы приезжаем в экспедиции на новые места, то всегда знакомимся с администрацией, с местными жителями, выступаем перед школьниками. Представьте: в сельскую школу приехали ученые! Да еще дали несложные задания, например что-нибудь собрать, рассказали, почему это важно, оставили им приборы и датчики. Даже если они делают простые вещи, то все равно вносят свой вклад в мировые исследования, помогают науке", — рассказывает главный ученый секретарь по научной и инновационной деятельности ТГУ Людмила Борило. "Вторая Амазония" Пойма Оби, где расположена станция, заинтересовала ученых, потому что она очень ярко выражена. "Вторая Амазония" — так называют ее между собой исследователи. Протекая по низине недалеко от Томска, она иногда разливается на 60 км вширь, затапливая огромную территорию. Все травы, луга, сено, кустарники и деревья оказываются под водой. "Когда пойма заливается, то в первые несколько дней процессы идут нам понятные. Разлагается органика, углерод выделяется в воду, из воды — в атмосферу. Но через небольшое время там появляются водоросли, и все меняется. Там уже разложение растительности не настолько важно, как деятельность самих водорослей. Они могут накапливать растворимый диоксид углерода (СО2), а водоросли используют его для построения своей биомассы", — говорит Сергей Воробьев. Он объясняет, что по логике — чем больше СО2 в воде, тем больше его должно выделяться в атмосферу, а здесь ученые столкнулись с тем, что в воде очень много СО2, но он в атмосферу не выделяется. И даже наоборот: вода начинает еще больше вытягивать из атмосферы углекислый газ. По словам Сергея Кирпотина, самым главным открытием стало, что в бассейне Оби, в малых реках, содержание углерода существенно выше и его эмиссия в разы выше, чем на других северных и арктических территориях. А это значит, что климат будет меняться не столь стремительно. "Вклад в процессы замедления изменения климата Западной Сибири неизмеримо выше, чем вклад других территорий. Здесь огромное количество болот, торфяных почв, большая пойма", — рассказывает он. "Главным фокусом нашего внимания была Арктика, но нельзя изучать Арктику, сидя в Арктике, потому что "большое видится на расстоянье", как говорил Есенин. Иначе взгляд будет неправильным. Все крупные сибирские реки берут начало в горах Алтай-Саянской системы и бегут на север", — говорит Кирпотин. Растительность, которая здесь затапливается Обью, "заваривается", как чай, а после стекает в реку, откуда поступает в Мировой океан — основной регулятор климата. По словам ученых, все процессы, связанные с глобальным потеплением, начинаются на юге, а вовсе не на севере. "Это было очень необычно и фактически, кроме нас, этим никто не занимался. Мы на 10 лет обогнали мировую науку, создав этот мегапрофильный, или мегатрансетный, подход", — отмечает он. Он пояснил, что мегапрофиль — это ось, условная линия, вдоль которой проводятся исследования. В частности, "Кайбасово" — это одна из станций мегапрофиля, созданного вдоль реки Обь от самого истока до устья. Но есть и другая ось, к исследованию которой ученые только приступают, — она тянется с запада на восток, по градиенту континентальности — возрастанию суровости климата. В разговоре Борило упомянула "третью ось" — горизонтальную, где "третьим полюсом" являются горы и ледники, которые там находятся. "Например, в горах Алтая тоже есть мерзлота, но там она высотная. Если смотреть сверху вниз: сначала лед, потом начинаются мхи, кустарники, потом лес. То же самое, когда едешь в тундру, но горизонтально. А процессы одни и те же, погода меняется на всей Земле", — объясняет она. Сибирь — это вселенная "Для понимания процессов на первом этапе мы уже много сделали, некоторые считают, что тему можно закрывать: основные тренды уже выявлены, а они вряд ли будут существенно меняться. Но эта территория уникальная — бескрайнее поле для деятельности. Сибирь — это целая вселенная, которую можно исследовать бесконечно", — подмечает Кирпотин. Например, он сейчас заинтересовался земляными муравьями. Гуляя по пойме, можно увидеть огромное количество муравейников — они разбросаны буквально на каждом квадратном метре, а иногда и чаще. Но никто не знает, какую именно работу проделывают эти мелкие существа с точки зрения экологии, какой вклад они вносят, на что влияют. "Мы прошли всю Обь — от Алтая до Салехарда. Везде измерили и выяснили, что в верховьях, до Томска, Обь поглощает СО2, а после Томска начинает выделять. Почему так происходит? Выясняем. Все это очень сложно: все занимаются углеродным балансом, а механизмами воздействия на него — практически никто. Когда узнаем эти механизмы, то следующим этапом мы сможем на них воздействовать, улучшить атмосферу Земли. А когда приведем ее в порядок, то можем взяться за атмосферу Марса, Венеры, будем бороздить космические просторы", — рассказывает Воробьев. И с улыбкой добавляет, что изучить все эти механизмы до конца практически невозможно, тем более что со временем все меняется: и климат, и углеродный баланс, и даже сами механизмы. Как отмечает Кирпотин, проводить такой длительный мониторинг — очень важно. Чем дольше он идет, тем ценнее и значимее становятся его результаты. Без Сибири не смогут "Все эти исследования нужны, чтобы создать модель пойменной экосистемы. Любое подобное исследование в конечном итоге заканчивается математической моделью, представляется мировому научному сообществу и используется в глобальных климатических выводах. А последние, в свою очередь, постоянно пересчитываются, обновляются, улучшаются. И этот маленький, казалось бы, кусочек земли — Сибирь — дает очень большие показатели эмиссии", — говорит Воробьев. Все это позволяет сложить полноценную картину об атмосфере Земли и создавать механизмы уменьшения углеродного следа. Именно для этого "Кайбасово" стало частью одного из карбоновых полигонов, где будут собирать данные о выбросах и эмиссии углекислого газа по международным методикам с помощью специального оборудования. Всего в один полигон ТГУ входят четыре территории, которые все вместе охватывают три экосистемы — лес, болото и пойму. Рядом с полигоном "Кайбасово" будет располагаться и карбоновая ферма. Она нужна для того, чтобы отрабатывать технологии, которые позволяют эффективно аккумулировать углерод из воды, воздуха и почвы для последующей переработки или утилизации. Конечная цель всего этого — возместить экологический ущерб от выбросов парниковых газов в атмосферу. "Что бы ни происходило в политике, в плане климата мы не можем быть изолированы от каких бы то ни было стран. В Сибири и России расположена слишком существенная часть экосистем, необходимых для понимания глобальных климатических процессов", — подытожила Борило. Автор: Анна Глушенкова Источник: <a target="_blank" href="https://tass.ru/arktika-segodnya/21070931%20%20">ТАСС</a> </div> <a target="_blank" href="https://tass.ru/arktika-segodnya/21070931%20%20"></a>

Сибирские ученые создают технологию электромагнитного мониторинга многолетней мерзлоты

26.06.2024

<div> Сегодня во всем мире большое внимание уделяется проблемам изменения климата, особенно важны темы таяния многолетней мерзлоты. Россия, с ее обширными арктическими территориями, столкнулась с ускоренным процессом потепления. К 2050 году, если не предпринять необходимые меры, убытки страны от таяния мерзлоты в совокупности могут достигнуть 5 триллионов рублей. Для того чтобы наблюдать за процессами, происходящими в таких породах и грунтах, ученые из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН предлагают воспользоваться импульсным электромагнитным мониторингом многолетней мерзлоты. Статья об исследовании опубликована в высокорейтинговом журнале <a target="_blank" href="https://www.mdpi.com/2227-7390/12/4/585">Mathematics</a>. Подробнее в <a target="_blank" href="https://www.sbras.info/articles/nauka-dlya-obschestva/sibirskie-uchenye-sozdayut-tekhnologiyu-elektromagnitnogo">материале</a> Ирины Барановой для издания "Наука в Сибири". </div> <div> Порядка двух третей территории России находится в области многолетней мерзлоты. Из-за заметных изменений климата в этих местностях происходит постепенное таяние замерзших грунтов и пород, что может вызывать нарушения в почвенном покрове и трансформации ландшафта. В таких зонах расположено много гражданских и промышленных зданий и сооружений, и практически все из них построены на сваях. Во время таяния сваи проваливаются, что приводит к разрушению строений и экологическим последствиям. Для того чтобы не допустить подобного развития событий, требуется своевременно отслеживать изменения состояния грунта под зданиями и сооружениями на сваях. То же самое касается железных и автодорог, подземных газопроводов. Ученые из ИНГГ СО РАН разрабатывают систему импульсного электромагнитного мониторинга состояния многолетнемерзлых пород. С ее помощью можно быстро и точно отследить их электрофизические параметры. "Мы предположили, что некоторые технологии, которые мы применяем для поиска нефти и газа, можно использовать для изучения деградации многолетнемерзлых пород и криолитозоны, и представили научно-исследовательский проект, который был одобрен Российским научным фондом. Как только мы стали заниматься научным обоснованием, к нам подключился индустриальный партнер — Научно-исследовательский институт измерительных приборов — Новосибирский завод имени Коминтерна. Мы проводим исследования, компьютерное моделирование тех процессов, которые нас интересуют, а наши коллеги создают подходящую аппаратуру", — рассказывает руководитель проекта, директор ИНГГ СО РАН член-корреспондент РАН Вячеслав Николаевич Глинских. На сегодня самый распространенный способ мониторинга состояния грунта — это измерение с помощью термометра. Однако замеры температуры могут занимать время, и, пока информация достигнет датчиков, ситуация может измениться, и, возможно, будет уже поздно принять необходимые меры. Электромагнитный мониторинг позволяет измерить электрическое сопротивление — в зонах протаивания оно существенно ниже, чем у мерзлых пород; за счет информации об этой разнице результат можно получить мгновенно. "При реализации проекта мы создали полигон на материальной базе нашего индустриального партнера в Дорогино. Мы приложили большие усилия к его развитию, использовали разные мишени, проводили анализ не только в летний и осенне-весенний, но и зимний периоды, то есть удалось учесть все особенности. Эта работа будет способствовать созданию оригинальной технологии, которую можно назвать электромагнитным термометром для изучения многолетнемерзлых пород", — объяснил Вячеслав Глинских. Ученые рассмотрели реалистичные трехмерные модели гражданских и промышленных объектов на мерзлоте, построенные по полевым геофизическим данным. На них можно увидеть удельное сопротивление многолетнемерзлых пород и рассмотреть талики — зоны подтаивания различных размеров, расположенные в разных местах. В своей работе исследователи проанализировали процессы таяния мерзлоты в Якутии, на полуостровах Ямал и Гыдан, в Забайкалье и Красноярском крае. Для того чтобы воспользоваться системой мониторинга, нужно пробурить две скважины глубиной порядка 10—30 метров по разные стороны от целевого объекта, на расстоянии десятков метров друг от друга. В одной из них размещаются источники электромагнитного поля, в другой — приемники, они располагаются там стационарно. Передача данных будет вестись через спутник. Это позволит доставлять нужную информацию в любой город России, и по измеренным сигналам можно будет определить, что изменилось в среде под целевым объектом. "Мы уже провели теоретико-экспериментальные исследования, и они указывают на хороший потенциал системы мониторинга. Она относительно дешевая в развертывании: не нужно каждый раз приезжать и уезжать с аппаратурой. Скважины закладываются стационарно, от аппаратуры идут данные, по которым интерпретаторы определяют, поменялась ли среда. Если поменялась, это значит, что образовалась зона подтаивания и нужно уже либо выезжать на место для принятия своевременных мер, либо начать исследовать целевой объект более подробно", — дополнил старший научный сотрудник ИНГГ СО РАН кандидат технических наук Игорь Владиславович Михайлов. Главная задача электромагнитных зондирований — по измеренным сигналам узнать, что находится под землей. Для этого были разработаны специальные алгоритмы трехмерного моделирования сигналов: так можно заранее оценить возможности электромагнитного мониторинга. "Была создана компьютерная программа трехмерного моделирования. В основе алгоритма лежит интегральное преобразование Сумуду и векторный метод конечных элементов. Мы определяем, как распространяется электромагнитное поле, с помощью уравнений. И для того, чтобы эффективно их решать, используются интегральные преобразования. Преобразование Сумуду применили к электромагнитным зондированиям впервые в мировой практике. Чтобы добиться еще большей скорости вычислений, были созданы нейронные сети, и за счет этой комбинации расчеты ускорились в 300 раз", — прокомментировала ведущий научный сотрудник ИНГГ СО РАН доктор технических наук Марина Николаевна Никитенко. Сейчас ученые ведут научно-исследовательские работы, а следующим этапом планируются опытно-конструкторские с опробованием на конкретных объектах. В приоритете у специалистов — изучение Крайнего Севера России, который ко всему прочему представляет значительный потенциал для дальнейшей добычи нефти и газа. Исследование выполняется при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-17-00181 "Импульсное электромагнитное зондирование многолетнемерзлых пород: теоретическое и экспериментальное развитие высокоразрешающего геофизического метода, научное обоснование и создание инновационной технологии мониторинга криолитозоны". Автор: Ирина Баранова Источник: <a target="_blank" href="https://www.sbras.info/articles/nauka-dlya-obschestva/sibirskie-uchenye-sozdayut-tekhnologiyu-elektromagnitnogo">Наука в Сибири</a> </div>

НОВОСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В АРКТИКЕ