Санкт-Петербургское отделение института геоэкологии им. Е.М. Сергеева

Сибирские вулканические породы рассказали об истории формирования земного ядра

Магнитное поле Земли 1,5 миллиарда лет назад было в четыре раза слабее современного, но иногда — без какой-либо периодичности — усиливалось. К такому выводу ученые пришли, исследовав древние горные породы на территории Сибири. Поскольку магнитное поле создается в результате движения жидкого железа во внешнем ядре Земли, знания об его изменчивости помогут лучше понять эволюцию нашей планеты, в частности, уточнить, когда начало формироваться твердое внутреннее ядро и как магнитное поле могло влиять на климат и биосферу в далеком прошлом. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Геология и геофизика».

Магнитное поле Земли играет ключевую роль в защите планеты от космической радиации и солнечного ветра — потоков заряженных частиц и высокоэнергетического излучения, которые могут повреждать живые клетки и нарушать работу электронных устройств. Согласно существующим моделям, магнитное поле возникает в результате движения жидкого железа и процессов переноса тепла во внешнем ядре планеты в сочетании с вращением Земли. Однако до сих пор мало что известно о том, как появилось и эволюционировало магнитное поле в древности. При этом ученых особенно интересует эпоха протерозоя (2,5 миллиарда — 540 миллионов лет назад), когда, согласно некоторым современным моделям, начало формироваться твердое внутреннее ядро Земли, произошло насыщение атмосферы кислородом и появились первые сложные формы жизни.

Ученые из Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН (Москва), Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН (Борок) и Института земной коры СО РАН (Иркутск) исследовали образцы горных пород Куонамской магматической провинции в Сибири, которые сформировались около 1,5 миллиардов лет назад. Куонамская магматическая провинция — это крупная геологическая структура на севере Сибирской платформы (древнего участка земной коры в средней части Северной Азии), расположенная в районе рек Котуй и Большая Куонамка в Красноярском крае. Она представлена магматическими породами — долеритами, — которые образовались примерно 1,5 миллиарда лет назад в результате масштабных извержений. К настоящему времени вулканические постройки и излившиеся горные породы полностью стерты с лица Земли процессами эрозии. Поэтому на их месте остались лишь магматические тела, закристаллизовавшиеся в толще горных пород и не дошедшие до поверхности.

Этот регион авторы выбрали для исследований потому, что здесь магматические породы сохранили так называемую естественную остаточную намагниченность. Это своего рода «память» о направлении и силе магнитного поля Земли в момент образования пород. Она создается, когда минералы остывают ниже определенной температуры (точки Кюри) и намагничиваются в соответствии с действующим полем.

Авторы взяли образцы пород в 11 различных точках на территории Куонамской магматической провинции, провели комплекс экспериментов, в результате чего смогли оценить силу древнего магнитного поля Земли. Оказалось, что в протерозое его напряженность находилась в диапазоне 4,7–17,6 микротесла, что в среднем в четыре раза ниже современных значений.
Однако при этом ученые обнаружили, что в исследуемый период (протерозой) иногда — без строгой периодичности — слабое магнитное поле резко усиливалось до современных значений. Такое переключение режимов магнитного поля — слабого и сильного — говорит о переходном этапе в эволюции земного ядра, когда механизмы генерации поля еще не стабилизировались, а твердого внутреннего ядра, вероятно, не существовало. Эти данные указывают в пользу предложенной ранее гипотезы о том, что внутреннее ядро Земли сформировалось значительно позже изученного времени — примерно 650–550 миллионов лет назад, в эдиакарии, последнем периоде протерозоя. Этот вывод согласуется с заключениями других научных групп, проводивших оценки с использованием пород из разных районов планеты.

«Наши данные указывают на то, что магнитное поле Земли в протерозое было значительно слабее, чем сейчас, и это могло сильно влиять на климат и условия жизни обитавших в то время организмов. Кроме того, наши результаты ставят под сомнение некоторые существующие модели, предполагающие раннее — от 3,5 до 1,8 миллиарда лет назад — формирование внутреннего ядра Земли. В дальнейшем мы продолжим поиск подходящих объектов исследований для получения более точных оценок напряженности магнитного поля в протерозое. Ведь сейчас имеющихся в мире надежных данных о палеонапряженности крайне недостаточно, и остро стоит вопрос о наращивании базы данных таких определений. К сожалению, суть экспериментов по оценке древней напряженности магнитного поля Земли такова, что они требуют очень много усилий, и притом шанс получить надежный результат очень невысок», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Пасенко, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории главного геомагнитного поля и петромагнетизма Института физики Земли имени О.Ю. Шмидта РАН.

Источник – «Научная Россия»

День Земли 2025

22 апреля мир отмечает День Земли — международный экологический праздник, цель которого — привлечь внимание к защите окружающей среды. Изначально День Земли появился в США в 1970 году по инициативе сенатора Гейлорда Нельсона. Он стал ответом на загрязнение окружающей среды и общественный резонанс после разлива нефти в Калифорнии. В первый же год в акции приняли участие миллионы американцев, и уже вскоре она переросла в глобальное движение. В 1990-м День Земли стал международным, а в 2009 году ООН официально признала дату как Международный день Матери-Земли (International Mother Earth Day).

Сейчас координацией мероприятий занимается движение Earth Day Network, объединяющее 150 тысяч партнёров в 192 странах. В этом году темой Дня Земли станет развитие возобновляемой энергетики: «Наша энергия — наша планета». Организаторы призывают утроить объёмы «чистой» генерации к 2030 году.

Официального символа у праздника нет, но чаще всего используются изображения планеты, листа, дерева, а также знак переработки. Наиболее узнаваемый неофициальный символ — буква Θ (тета). Её предложил художник Рон Кобб в 1969 году: это сочетание латинских «e» и «o» (от слов environment и organism). Символ размещают на зелёном флаге с белыми полосами, олицетворяющими чистый воздух и нетронутую природу.

Также известен «флаг Земли», созданный Джоном МакКоннеллом: он изображает первую фотографию планеты из космоса на тёмно-синем фоне.

По всему миру 22 апреля проходят экологические акции, лекции, субботники, кампании по посадке деревьев и сокращению использования пластика. В предыдущие годы темами становились устойчивое потребление и инвестиции в экологию.

Традиционным символом мира в этот день стал Колокол Мира, впервые установленный в 1954 году в штаб-квартире ООН. Сегодня его копии звучат в десятках стран. В России Колокол установлен с 2009 года в музее Николая Рериха в Новосибирске.
Источник – Экосфера

Роспотребнадзор не рекомендовал отдыхать на пляжах Анапы и Темрюка

Пляжные зоны в Анапе и Темрюкском районе не соответствуют нормативам безопасности для дальнейшей организации курортного отдыха. Вместе с тем питьевая вода, продукты питания и качество атмосферного воздуха в этих регионах соответствуют требованиям безопасности, сообщила глава Роспотребнадзора Анна Попова.

“141 пляж Анапы и 9 пляжей Темрюка на сегодняшний день не соответствуют по уровню загрязнения санитарно-гигиеническим нормам, и на сегодняшний день не могут быть использованы для летних оздоровительных кампаний и не могут быть использованы для рекреационных целей. Но вместе с тем в этой зоне качество питьевой воды, качество продуктов питания и атмосферного воздуха соответствуют всем требованиям. И зона рекреации может быть использована без использования пляжа и морской воды. <…> Здесь мы будем проводить исследование так же плотно, как и проводили”, – сказала она на брифинге по подготовке к туристическому сезону.
Источник – ecoportal.su

Цифровой двойник Байкала поможет сохранить уникальное озеро

Сохранить уникальную природу Байкала поможет крупный научный проект, над которым работают специалисты 16 институтов Иркутска, Новосибирска, Томска, Омска и Москвы.

По сути, ученые создают цифровой двойник сибирского озера – то есть описывают его с помощью математического языка.
Ученые планируют просчитать влияние тех или иных факторов на Байкал и защитить озеро от возможного вреда.

И это отнюдь не “дважды два”: только представьте, какое огромное количество процессов одновременно протекают и влияют друг на друга в сложном природном объекте. И как трудно описать формулами каждый, да еще и объединить в систему. Чем сложнее она будет, тем точнее можно просчитать влияние тех или иных факторов на “живой” Байкал и защитить озеро от возможного вреда.

Вот конкретная ситуация, помогающая оценить важность исследований ученых. Известно, что одна из угроз природе озера – опасные отходы, накопленные за годы работы Байкальского целлюлозно-бумажного комбината.
– Шлам-хранилища с токсичным лигнином каскадом спускаются к берегу, ближайший находится всего в четырехстах метрах от озера. По протекающим здесь рекам – Большой и Малой Осиновкам – раз в 20-25 лет с вершин хребта Хамар-Дабан спускаются селевые потоки из грязи и камней. Паводки и ливневые дожди могут спровоцировать сель, если он зацепит отстойники с лигнином – будет настоящая экологическая катастрофа, – подчеркивает заместитель директора по научной работе Института вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН Игорь Ельцов.

По инициативе руководителя проекта “Цифровой двойник” – академика РАН Игоря Бычкова данную территорию обследовала экспедиция ученых разных специальностей. Они пришли к выводу, что отстойники не выдержат напор грязевого потока. И предложили решение проблемы.
– В основе проекта – идея управляемого селя, – поясняет Игорь Ельцов. – Нужно аккуратно воздействовать, так, чтобы маленькими порциями снять эту угрозу. И, конечно, сначала проверить все на цифровом двойнике.

Математические модели для защиты от селей разрабатывали уже во времена СССР, достаточно вспомнить работы основателя Академгородка Михаила Лаврентьева, под руководством которого с помощью направленного взрыва была создана противоселевая плотина в Медео, защитившая Алма-Ату. Но сегодня математики могут сделать все гораздо точнее.
– Сибирский суперкомпьютерный центр, работающий на базе нашего института, позволяет рассчитывать намного более сложные модели, чем раньше, я называю их “реалистичными”, – говорит Игорь Ельцов. – В ходе экспедиции были собраны материалы, чтобы наполнить такую модель адекватным содержанием. Сейчас готовим комплексный проект по решению селевой проблемы – надеюсь, он будет поддержан в минприроды РФ и минобрнауки РФ.

Это только одна проблем, а ведь их множество. Как в их решении помогает цифровой двойник (ЦД), корреспонденту “РГ” рассказал директор ИВМиМГ СО РАН доктор физико-математических наук Михаил Марченко.

Михаил Марченко: Цифровой двойник – это набор математических моделей, параметры которых определяются на основе данных измерений, мониторинга, телеметрии. Далее по результатам расчетов в ЦД формируются управляющие воздействия на объект. Цифровой двойник работает в режиме реального времени и требует значительных вычислительных мощностей.

Например, в ряде городов ЦД применяют для оперативного анализа качества атмосферного воздуха. Датчики измерят концентрации загрязнений в разных районах. Затем производятся расчеты, и на их основании дают рекомендации – где прокладывать дороги, как оперативно управлять автотрафиком, как регулировать выбросы промпредприятий.

Перейдем к Байкалу. Подчеркну, что мы работаем в рамках крупного проекта, которым руководит академик РАН Игорь Бычков, директор головной организации – Института динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова в Иркутске (ИДСТУ СО РАН). Наша задача – разрабатывать математические модели процессов, протекающих в Байкальском регионе, методы усвоения и обработки мониторинговых данных. А в ИДСТУ создается интегрированная программная платформа “Цифровой двойник Байкала”, объединяющая набор моделей от нас и других научных организаций.

Как ЦД будет влиять на Байкал? С его помощью можно проводить сценарные расчеты на основе данных мониторинга. Отвечать на вопросы: что будет происходить с озером, если уровень загрязнений останется таким как сегодня? А если ограничить выбросы промпредприятий? Это поможет совершенствовать природоохранные меры, разрабатывать законодательство. Сейчас в очередной раз обсуждаются поправки к федеральному закону “Об охране озера Байкал”. С помощью двойника можно будет оценить, какие ограничительные меры целесообразны, а какие чрезмерны. Ведь нельзя полностью запретить хозяйственную деятельность людей на этой территории.

Готов ли уже “двойник” к использованию?

Михаил Марченко: Завершена первая стадия – разнородные модели и методы усвоения данных объединены в единую платформу. Далее нужно увеличивать число моделей, учитывать большее количество процессов. Мы работаем со всей Байкальской природной территорией – это и вода, и сейсмика, и воздух. Влияют и глобальное изменение климата, и перенос загрязнений с других территорий. Необходимо оценить, что происходит с рекой Селенгой, питающей Байкал. Также надо усложнять модели, делать их более реалистичными – работы много. Отмечу, что первые модели природных процессов были очень упрощенные, потом их усложняли, а от некоторых и вовсе отказались. Математическое моделирование эволюционирует, появляются новые методы.

Зачем нужна сертификация моделей?

Михаил Марченко: Численный прогноз на государственном уровне строится только на сертифицированных моделях. Сертификация – это законодательно регламентируемый процесс, тестированием занимаются специалисты Росстандарта. И только после нее расчетные сценарии ЦД Байкала будут предоставлены федеральным органам, принимающим решения.

Сейчас идут научные проверки качества моделей и программного обеспечения. Мы публикуем результаты в ведущих журналах, они успешно прошли научную экспертизу. По окончанию второй части проекта в 2027 году будем переходить к сертификации цифрового двойника.

Достаточно ли у вас вычислительных мощностей для решения столь сложных задач?

Михаил Марченко: Центры коллективного пользования суперкомпьютерами есть у нас и в Иркутске. У нас – 300 терафлопс, в ИДСТУ – 200, вместе получается около 0,5 петафлопса. При этом можно обмениваться задачами.

Подчеркну, что наши математические модели – это десятилетия работы. В нашем институте созданы экономичные, оптимальные по соотношению “точность численных оценок к затраченному машинному времени” алгоритмы. У нас есть математическое обоснование, программы – все, что входит в ЦД.
Прямая речь

Алексей Пененко, заместитель директора по научной работе ИВМиМГ СО РАН:

• Наша часть работы в ЦД Байкала концентрируется на моделировании загрязнения атмосферы и вопросах метеорологии и климата. Мы поддерживаем четыре ключевых направления. Во-первых, моделирование источников выбросов, в частности, процессов подъема дымовых факелов от труб предприятий. Во-вторых, модели оценивания долгосрочных загрязнений территорий в масштабах городов. Третье направление – моделирование атмосферы Байкальского региона с учетом химических трансформации атмосферных примесей. Здесь учитываются физико-химические изменения выбрасываемых загрязнений под действием солнечных лучей, влажности и других факторов. В частности, поднимется очень важный для природоохранной деятельности вопрос – как идентифицировать источник загрязнения при недостатке информации?

И в-четвертых, это стохастические модели метеорологических процессов и климата в Байкальском регионе, которые могут использоваться при планировании работы энергетических предприятий региона – оценки сроков отопительного сезона, режимов функционирования солнечных и ветровых электростанций. Эти исследования также связаны с биоклиматическими вопросами. Например, с воздействием метеорологических условий и климата на здоровье людей. Эти алгоритмы важны и для сельского хозяйства – в частности, при оценке влияния на урожай заморозков или других неблагоприятных факторов.

В качестве входных параметров для наших алгоритмов мы используем как результаты контактных измерений, так и спутниковые данные. Первый этап проекта как раз и был во многом посвящен объединению разнотипных данных, что оказалось весьма нетривиальной задачей.
Источник – ecoportal.su

Самый высокий вулкан Евразии извергается на Камчатке.

На Камчатке извергаются сразу два вулкана – Ключевская сопка и Безымянный. Первый является самым высоким вулканом Евразии. Как сообщает Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, оба представляют серьезную опасность для воздушного транспорта из-за выбросов вулканического пепла.

В ночь на 21 апреля началось извержение вулкана Ключевской. Сейчас ему присвоен «желтый» код авиационной опасности. Это значит, что активность исполина может представлять вред малой авиации, совершающей полеты вблизи вулкана. Вулкану Безымянный присвоен «оранжевый» код опасности‎.

20 апреля в районе вулканического кратера Ключевского было зафиксировано необычное сияние, сообщают ученые. Этот феномен был задокументирован как на видеозаписях, так и посредством спутникового мониторинга. Это связано со стромболианским типом извержения, тепловая мощность данного явления оценивается приблизительно в 1.5 МВт. Стромболианская активность характеризуется возможностью небольших, но непредсказуемых выбросов пепла.

Вулкан Ключевская сопка насчитывает около семи тысяч лет. Она имеет форму правильного конуса с кратером диаметром около 700 метров. На склонах вулкана располагаются 80 побочных кратеров. Находясь в 30 км от поселка Ключи, где проживает 4,5 тысячи человек, вулкан не представляет непосредственной угрозы для населенных пунктов.

Источник – ПОИСК