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

Внутреннее эхо Черного моря: что заставляет воду в севастопольских бухтах пульсировать

Бухты Севастополя — это гигантские природные резонаторы, которые, как музыкальные инструменты, имеют свои собственные «ноты» — ритмы, в которых они колеблются. Ученые из Морского гидрофизического института РАН решили «услышать» эти ритмы и выяснить, как вода в бухтах откликается на воздействие из открытого моря.

С помощью передовой математической модели ADCIRC они изучили пять бухт: Стрелецкую, Круглую, Камышовую, Казачью и Соленую. Оказалось, что каждая из них имеет свой уникальный набор резонансных периодов — от 1–2 до 17 минут. Это значит, что если волна из моря придет с таким «правильным» периодом, то в бухте может возникнуть сильное колебание воды — явление, известное как сейши.

Особенно интересной оказалась Двойная бухта, которая состоит из двух «рукавов» — Казачьей и Соленой. Они влияют друг на друга, обмениваясь энергией, и поэтому спектр колебаний там богаче и сложнее. Ученые выяснили, что самые сильные колебания обычно возникают в вершинах бухт, то есть в самых удаленных от входа участках.

Практическая ценность этой работы огромна. Понимание резонансных свойств бухт поможет грамотно проектировать причалы, волноломы и другие гидротехнические сооружения, чтобы они не разрушались из-за усиленных колебаний воды. Это также важно для развития марикультуры и даже для планирования сброса сточных вод — чтобы они не возвращались обратно к берегу из-за особенностей течений.

Исследование сочетает в себе строгий научный подход и красоту природных явлений. Оно напоминает нам, что даже у моря у берегов большого города есть свой скрытый ритм, который теперь становится понятнее благодаря работе ученых.

Исследование опубликовано в журнале «Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря».
Источник – ПОИСК

Гравиразведка помогла изучить структуру Верхнекамского месторождения

Исследователи из Горного института УрО РАН, раскрыли тайны подземного мира Соликамской впадины — уникального региона на границе Европы и Урала, который хранит в своих недрах огромные богатства: калийные соли, нефть и газ. Благодаря почти столетним исследованиям гравитационного поля, геофизикам удалось «увидеть» сквозь толщу пород и составить детальную карту глубинного строения этой территории.

Оказалось, что вся впадина медленно погружается к востоку, под Уральские горы, что создаёт плавное снижение силы тяжести — почти на 30 мГал. Но главными «героями» гравитационной карты стали соляные пласты Верхнекамского месторождения. Они образуют гигантскую линзу длиной 230 км и мощностью до 500 метров, которая «плавает» в осадочных породах и создаёт множество локальных аномалий — как понижений, так и повышений гравитации.

Учёные обнаружили, что соляная толща неоднородна: её верхняя часть, богатая калийными солями, образует отдельную линзу меньшего размера. А ещё в ней скрыты настоящие подземные «горы» и «долины» — купола и впадины, которые хорошо видны на картах гравитационных аномалий. Особый интерес представляют две системы прогибов — Дуринская и Боровицкая. Они рассекают впадину на три части и связаны с глубинными разломами земной коры. Эти структуры заполнены плотными породами, которые создают чёткие положительные аномалии.

Исследования показали, что гравитационное поле формируется не только солями, но и другими факторами: погружением фундамента, мощными толщами осадочных пород и даже древними рифами, которые скрыты на глубине нескольких километров. Хотя последние не видны невооружённым глазом на картах, их удаётся выявить с помощью сложной математической обработки данных.

Эта работа имеет не только научное, но и большое практическое значение. Понимание строения соляной толщи и выявление зон разуплотнения помогает прогнозировать риски при добыче полезных ископаемых и обеспечивать безопасность горных работ. Кроме того, уточнение глубинной структуры впадины открывает новые перспективы для поиска нефти и газа в подсолевых отложениях.

Таким образом, гравиразведка продолжает оставаться мощным инструментом для изучения недр, а Соликамская впадина — живой лабораторией, где переплетаются геологическая история, ресурсный потенциал и современные технологии их освоения.

Исследование опубликовано в журнале «Вестник КРАУНЦ. Науки о земле».
Источник – ПОИСК

Зафиксировано ускорение вращения Земли

Период вращения Земли вокруг собственной оси составляет 24 часа, или 86400 сек. Однако с начала текущего десятилетия начали фиксироваться периоды ускорения планеты. Так, 05.07.24. стал самым коротким днем за историю наблюдений с разницей в 1,66 мс. На этот год аномалии в 1,3-1,5 мс прогнозировались на 9, 22 июля и 5 августа.

Выявлено несколько причин данных аномалий.

Одним из ключевых факторов считают отклонение орбиты Луны от экваториальной плоскости Земли, что как раз наиболее выражено летом, когда спутник поднимается или опускается относительно экватора. Вследствие этого нарушается его гравитационное воздействие на Землю, и ее угловой момент вращения меняется.

К прочим факторам относят перераспределение массы в атмосфере и океанах вследствие таяния ледников в Антарктиде и Гренландии.

Еще одна потенциальная причина – изменение направления и скорости вращения внешнего ядра, что влияет на магнитное поле и инерционные характеристики планеты. Предполагается цикличность данных процессов, однако пока их невозможно отследить.

Столь незначительные изменения оказывают существенный эффект на технологии, связанные с точным отслеживанием времени путем синхронизации по Всемирному координированному времени (UTC) вроде GPS‑навигации, научных лабораторий, телекоммуникационных сетей, торговых бирж. Так, для компенсации замедления вращения Земли раз в несколько лет добавляют високосную секунду. Теперь же, возможно, придется ввести отрицательную високосную секунду, если тренд на ускорение сохранится.
Источник – geonews.ru

Подземное зрение: ИИ научили читать сейсмические волны в 10 раз быстрее

Новый алгоритм, разработанный учеными МФТИ, всего за десятки математических операций (вместо тысяч) преобразует сейсмоволны в детализированную карту подземных структур. Система поможет быстрее искать полезные ископаемые, составлять карты для изучения Земли и оценивать сейсмические риски при строительстве. Результаты исследования представлены в архиве препринтов научных статей arxiv.org, а оригинальный код доступен для ученых всего мира на платформе GitHub.

Чтобы заглянуть в недра Земли, учёные используют принципы, схожие с эхолокацией, — посылают упругие колебания вглубь на десятки километров. По характеру того, как колебания отражаются от разных пород, строят карту расположения основных структур в исследуемых средах.

Для этой задачи широко используются диффузионные модели: чтобы восстанавливать чёткую картину недр Земли, они требуют сотен или тысяч вызовов нейросети.

Новый метод cI2SB (conditional Image-to-Image Schrödinger Bridge) ускоряет процесс в разы. В его основе лежит уравнение диффузии, решающее известную задачу о «Мосте Шрёдингера», которое учёные адаптировали для работы с картами скоростей.

В отличие от диффузионных моделей, система не восстанавливает карты скоростей со случайного шума, а строит «мост» между двумя конкретными точками: приблизительной (размытой) моделью скоростей и искомой — детализированной эталонной моделью. Это сокращает необходимое количество вычислений в разы — до 50-100 вызовов при сопоставимом качестве, что существенно ускоряет процесс.

«Это как если бы вы видели подземные структуры сквозь запотевшее окно, но шаг за шагом постепенно стирали этот туман, открывая ясную картину того, что скрыто под землёй. Так и наша система: на входе мы имеем размытую модель и сырую запись сейсмических волн. С помощью нейронной сети на архитектуре U-Net, которую мы обучили в рамках cI2SB-подхода, система шаг за шагом “уточняет” карту и добавляет в неё детали. На выходе получается детальная карта скоростей, которая соответствует реалистичной геологической структуре из обучающей выборки», — рассказал Андрей Станкевич, аспирант, ассистент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ.

Метод уже протестирован на больших наборах синтетических данных (OpenFWI – Vel, Fault, Style). В результате cI2SB восстанавливает карты скоростей точнее, чем предыдущие диффузионные модели, делает это в 10–20 раз быстрее и при этом сохраняет тонкие геологические особенности.

Но есть и ограничения. Если реальные входные данные будут сильно отличаться от тех, на которых обучалась модель (другое оборудование, геологические условия, бассейны и др.), качество модели может пострадать.

Сделать метод более устойчивым и приблизить его к обработке реальных сейсмических данных – следующая задача учёных. Также в будущем алгоритм можно адаптировать для обработки природных землетрясений. Для этого нужно учесть дополнительные типы колебаний, а также и неконтролируемые источники волн.

Источник – «Научная Россия»

Новое исследование происхождения газовых кратеров в Сибири

С 2014 года в Сибири обнаружено около 20 газовых кратеров. Новое исследование показало, что их образование связано не только с потеплением и таянием вечной мерзлоты, но и с геологическими разломами, по которым газ поднимается из недр.

Первый кратер на Ямале был обнаружен в 2014 году. С тех пор в регионе зафиксировали до 17 подобных объектов, глубиной более 45 м. Ученые довольно быстро связали явление с изменением климата: при таянии вечной мерзлоты под землей в пустотах начинает скапливаться метан.

Климат меняется по всему Арктическому региону, но «выбросы» происходят именно в Западной Сибири, на Ямальском и Гыданском полуостровах. Команда геоэколога Хельге Хеллеванга из университета Осло предложила объяснение в журнале Science of the Total Environment. Согласно их модели ключевую роль играют тектонические разломы: газ по трещинам поднимается вверх и скапливается в полостях под вечной мерзлотой, которая не дает газу двигаться выше по разрезу.

Когда поверхность прогревается, и на месте таяния мерзлоты появляются мелкие озера, верхний слой теряет прочность. Давление внутри полости растет, а подогретый газ усиливает эффект. В какой-то момент газ вырывается на поверхность.
Сегодня известно меньше двух десятков таких кратеров, но исследователи считают, что их может быть больше. Многие превращаются в озера и быстро теряют первоначальные очертания. Некоторые кратеры могли образовываться и в прошлом, когда климат был теплее, около 9–10 тысяч лет назад.
По словам ученых, с дальнейшим нагревом атмосферы вероятность прорывов газа будет расти

Не все ученые согласны с предложенной моделью. Евгений Чувилин из Сколтеха, который изучал кратеры в рамках другой работы, отмечает, что геология региона изучена плохо и кратеры не исследованы глубоким бурением. Пока все данные косвенные, а значит, природа подземных полостей до конца не ясна.

Лорен Шурмайер из Гавайского университета, которая опубликовала отдельное исследование газовых кратерах в 2023 году, добавляет, что на спутниковых снимках регион усеян озерами, и многие из них могли иметь «взрывное» происхождение.

Источник – Наука Mail

Реки Аляски становятся оранжевыми и эти изменения уже не обратить

Вода в северных реках Аляски всё чаще напоминает ржавый металл: она мутнеет, приобретает ярко-оранжевый оттенок и металлический запах. Причина — таяние вечной мерзлоты, которая тысячелетиями удерживала под собой железо, цинк, марганец и серу. Когда лёд отступает, минералы контактируют с кислородом и влагой, образуется серная кислота, и реки превращаются в оранжевые потоки. Процесс охватил уже сотни километров, и специалисты уверяют: остановить его нельзя.

Первые жалобы рыбаков поступили в 2018 году. Из вертолётов исследователи увидели яркие пятна в долинах, где раньше вода была прозрачной.

Анализы показали: виновата не нефть и не шахты, а сама природа. Концентрация железа выросла в десятки раз, кислотность упала до уровня томатного сока. pH 3,8 губит икру лосося и разъедает жабры у рыбы.
Сульфидные породы окисляются, выделяется тепло, которое размораживает соседние участки. Кислая вода проникает всё глубже, рушатся берега, открываются новые пласты минералов. Даже при полной остановке выбросов CO₂ тепловая инерция сохранится десятилетиями.

Лососёвые теряют способность размножаться, гибнут насекомые и моллюски, рушится пищевая цепь. У местных жителей загрязнённая рыба становится источником цинка и марганца, превышающих безопасные нормы. Доставка магазинных продуктов возможна только на вертолёте, поэтому люди вынуждены есть то, что ловят.
Известняковые фильтры не справятся с тысячами тонн кислоты. Остаётся только мониторинг и адаптация. Спутники фиксируют новые оранжевые пятна, учёные отбирают пробы, а общинам предлагают выращивать лососёвых в прудах с чистой водой и выпускать их после спада загрязнения.

Аляска стала огромной лабораторией, показывающей, как быстро климатические изменения могут перекроить гидрохимию целого региона.
Источник – ecoportal.su