Новосибирские ученые исследовали мерзлые грунты Сибири и российской Арктики
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ оценили состояние геологических сред российской Арктики и Сибири. Исследование позволило определить, как именно мерзлые грунты реагируют на изменения температуры, в том числе под влиянием техногенных факторов. Ученые НГТУ НЭТИ провели многомасштабное моделирование напряженно-деформированного состояния геологических сред при участии Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН). Чтобы оценить поведение грунта в условиях многолетней мерзлоты, исследователи создали математические модели, которые показали состояние почв при изменении температуры и под влиянием внешних нагрузок. Выяснилось, что вечной мерзлоту на территории Арктики и Сибири можно назвать условно — на самом деле она чутко реагирует на каждый сезон и даже тепло от построек и трубопроводов. По словам руководителя проекта кандидата физико-математических наук, доцента кафедры геофизических систем НГТУ НЭТИ Анастасии Кутищевой, летом порода может растаять до глубины четырех метров, но зимой вновь промерзнуть метров на пять. По данным моделирования, большое значение имеет не только температура воздуха, но и снежный покров, который работает как естественный утеплитель. "Конечно, это общеизвестный факт, однако это косвенно подтверждает корректность получаемых результатов. Иными словами, численное моделирование соответствует "физике процесса", — рассказала ученый. Особенно любопытные результаты были получены при изучении техногенных факторов, например, влияния свайных конструкций. Выяснилось, что теплая бетонная свая буквально "прожигает" грунт вокруг себя, создавая область постоянного оттаивания, что делает породу менее прочной и создает серьезные риски для строительства, инфраструктуры и экологии. Кроме того, разрушение мерзлых грунтов может привести к выбросу парниковых газов, таких как метан и углекислый газ, что ускорит глобальное потепление. "Для проверки этих процессов мы использовали специальные вычислительные методы, которые позволили проследить за изменениями мерзлоты с шагом в 10 минут для суточных процессов и один день для сезонных. Все это в будущем поможет спрогнозировать, как будет вести себя грунт дальше, а также учесть различные факторы при строительстве дорог, зданий и трубопроводов в районах вечной мерзлоты", — поделилась Анастасия Кутищева. Ученые с помощью численного моделирования проверили, как именно мерзлые грунты реагируют на изменения температуры и нагрузки. Выяснилось, что даже без учета подвижности грунтовых вод при оттаивании грунта, а просто под действием гравитации за сезон порода проседает на два сантиметра. Также исследователи зафиксировали последовательное таяние и замерзание породы до четырех метров в глубину, что приводит к деградации структуры породы. По словам Анастасии Кутищевой, работа ученых НГТУ НЭТИ является уникальной. Методика учитывает сразу несколько взаимосвязанных процессов — теплопередачу, механическую деформацию и фазовые переходы воды в грунт, что дает более точные результаты, чем другие модели, которые чаще всего сосредотачиваются лишь на одной из этих задач. "Кроме этого, созданные алгоритмы мы оптимизировали для параллельных вычислений. Это позволило провести расчеты быстрее и в более высоком разрешении. Чем выше детализация, тем лучше прогноз, а в таких вопросах, как устойчивость зданий или безопасность трубопроводов, точность решает все", — подчеркнула Анастасия Кутищева. Исследования будут продолжены. Деградация мерзлых пород требует постоянного мониторинга и уточнения прогнозов. В будущем планируется адаптировать разработанные модели к новым климатическим условиям, расширить возможности программного комплекса, провести дополнительные вычислительные эксперименты и проанализировать, как изменяющийся климат повлияет на многолетнемерзлые породы. Источник: Пресс-служба НГТУ НЭТИ
Учёные определили приоритетные для охраны популяции пресноводной жемчужницы в России
Учёные-малакологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН, Карельского научного центра РАН (Петрозаводск) и Мюнхенского технического университета (Германия) оценили генетическое разнообразие и степень генетической уникальности 17 популяций из северо-восточной части ареала краснокнижного пресноводного моллюска жемчужницы европейской (Margaritifera margaritifera) в Мурманской области, Республике Карелия, Архангельской и Ленинградской области). Ученые спрогнозировали динамику популяционно-генетической структуры жемчужницы в России для различных сценариев глобального изменения климата. Научная группа использовала метод анализа микросателлитов – коротких тандемных повторов в ядерной ДНК. Такая методика обеспечивает большее покрытие генома, чем при анализе участков отдельных генов. Кроме того микросателлиты отражают картину недавних трансформаций в геноме, произошедших в пределах последних 50 – 500 лет, что важно в контексте изучения микроэволюционных процессов в популяциях. Микросателлитный анализ показал, что наиболее высоким генетическим разнообразием отличаются северные популяции Кольского полуострова. Жемчужницы из рек Ленинградской и Архангельской областей имеют средний уровень этого параметра. Наиболее низкий уровень генетического разнообразия был выявлен у карельских жемчужниц. Для достижения целей сохранения генофонда жемчужницы в России ученые провели оценку генетической структуры с помощью метода байесовской кластеризации. В итоге было выделено три генетических кластера, условно названных "Северный", "Карельский" и "Южный". Научная группа спрогнозировала, как на кластерах скажутся вероятные климатические перестройки. Первый, умеренный, сценарий допускает повышение среднелетней температуры на 2,3 °C к 2080-2100 годам. Второй, экстремальный, и, как отмечают учёные более вероятный, предполагает повышение среднелетних температур на 5 °C. Моделирование показало однозначное снижение генетического разнообразия при обоих сценариях. Однако при втором сценарии этот процесс будет более выраженным и необратимым. По словам участника исследовательской группы, ведущего научного сотрудника Лавёровского центра Ильи Вихрева, преобладающим станет "Северный" кластер, распространённый на Кольском полуострове и в южной части Беломорья. Он также будет вытеснять специфический "Карельский" кластер. При этом популяции Балтийского моря, относящиеся преимущественно к "Южному" кластеру, сохранят и даже упрочат свою обособленность от других генетических кластеров при обоих климатических сценариях и станут носителем уникальных генетических вариантов. Таким образом, учёные выделили три единицы охраны пресноводной жемчужницы в России: популяции Кольского полуострова, вносящие наибольший вклад в общее генетическое разнообразие вида; некоторые популяции центральной Карелии, находящиеся в угнетённом состоянии, причины которого нуждаются в подробном изучении; а также популяции Балтийского моря, которые несут уникальный генетический компонент, но с высокой вероятностью окажутся под наиболее сильным прессом климатических изменений. "Жемчужница – биологический индикатор чистейших лососевых рек, на котором негативно отражается потепление, но, надо сказать, что изменения климата ещё не достигли того размаха, который был в прошлом. Период климатического оптимума голоцена, потепления, произошедшего около 4 – 5 тысяч лет назад, сказался на холодолюбивой арктической биоте. Именно тогда, например, вымерла последняя популяция мамонтов на острове Врангеля. Жемчужница, видимо, была распространена шире, чем сейчас. И потепление в прошлом нанесло по ней очень сильный удар. Остались небольшие группировки в высокогорьях и на севере. То, что мы могли наблюдать до середины XX века, – это, скорее всего, был процесс восстановления её ареала. Теперь – тренд на потепление. И мы видим масштабное исчезновение этого холодолюбивого вида. Это общий тренд, касающийся биоты Арктики. Например, наблюдается процесс сокращения численности белых медведей. Поэтому жемчужница – лишь один из многих чувствительных индикаторов на основании которых можно делать прогнозы", – подытожил директор Лавёровского центра, чл-корр. РАН Иван Болотов. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Biodiversity and Conservation. Источник: ФИЦКИА УрО РАН