Меньше года назад МФТИ совместно с ведущими институтами РАН создал в своих стенах девять академических лабораторий. Редакция «За науку» не смогла пройти мимо этого события, тем более что каждое заявленное научное направление вызывает невероятный интерес. Сегодня мы расскажем (на наш взгляд) о самом романтичном — лаборатории геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана. Айсберги, нефть, белые медведи, северный полюс, ледоколы, микроземлетрясения, цунами, глобальное потепление — все это можно встретить здесь, на четвертом этаже нового корпуса МФТИ Физтех.Арктика.
Фото Алексея Сокова
Геополитика
Заведующим лабораторией геофизических исследований Арктики и континентальных окраин Мирового океана стал член-корреспондент РАН, руководитель геологического направления Института океанологии РАН Леопольд Лобковский.
Почему же Арктика? Сегодня почти вся карта Земли исцарапана территориями стран и перекрашена зонами влияния. А Арктика — это регион, спрятавшийся от человека за айсбергами, морозами и Северным ледовитым океаном. Она все еще не разделена государствами, борющимися за глобальное превосходство. «Вообще, Арктика — это место, где сегодня сосредоточены все мировые проблемы. Климат, геополитика и выживание белых медведей», — считает Леопольд Лобковский. Там огромная кладовая полезных ископаемых и Севморпуть, который сокращает, например, плавание из Роттердама (Нидерланды) в Пусан (Южная Корея) на 10 дней по сравнению с маршрутом через Суэцкий канал. О важности Арктики для России говорит и тот факт, что наша самая длинная граница — арктическая.
Как ни странно, геополитический вопрос сейчас решается научным способом. Согласно Конвенции ООН по морскому праву каждая страна с выходом в море царствует и повелевает лишь в своей прибрежной зоне — 12 миль. Дальше располагается 200-мильная зона исключительных интересов. Вся деятельность там происходит только с разрешения страны-хозяйки. «Эту зону можно продлить и до 300 миль, и больше, если доказать, что континентальная кора под поверхностью дна уходит в океан, — рассказывает Леопольд Лобковский. — И здесь требуются знания геологии, геофизики, геодинамики, эволюции региона. Чтобы понять, как устроен шельф, надо понять, как развивался этот регион на протяжении 150 миллионов лет назад».
Россия оформляет заявку в ООН на расширение границ своего континентального шельфа в Арктике с 2001 года. Над этим будет работать и новая лаборатория, созданная для изучения дна Северного ледовитого океана, шельфа, глубинных полезных ископаемых, криолитозоны, мерзЛотных (не теряем букву Л) форм рельефа, в том числе газогидратов. Это особый вид полезных ископаемых, представляющий из себя замороженный газ. Весьма неустойчивая система. Если немного повысить температуру, буквально на полградуса, — газ, сопровождаемый выбросами и взрывами, начинает выходить.
А газ — это ресурс, его надо добывать. Более того, он сам «просится», чтобы его добыли. Практически весь шельф и прилегающая зона суши в Арктике покрыты газогидратами. Одна проблема: для добычи пока нет нужных технологий. Это еще одна задача лаборатории.
Экспедиции
Одна из интереснейших особенностей лаборатории — обязательные экспедиции совместно с Институтом океанологии РАН, в Арктику в том числе. Ведь большинство прикладных задач не решить без работы на палубе. Экспедиции обычно длятся месяц. «Каждый рейс — это маленькая жизнь, потому что ты полностью погружаешься в эту работу. Она сталкивает тебя с совершенно новыми ситуациями. Практически не бывает экспедиции, где не возникает какой-нибудь нештатной ситуации, которую не нужно потом срочно преодолевать, мобилизуя все свои силы», — делится Дмитрий Ильинский, старший научный сотрудник Института океанологии РАН.
«Экспедиция — это другое существование, понимаете? Вы там воздухом морским дышите. И белый медведь может показаться. Для студентов это другой мир. И обучение очень быстро идет, потому что ты лекцию прямо на корабле прослушал и тут же полученные знания применил. Идея вот такого “плавучего университета” у нас давно возникла, в этом году будем стараться реализовать», — рассказывает Леопольд Исаевич. Для этого лаборатория готовит магистерскую программу «Природные системы и безопасное освоение Арктики», поступить на которую можно будет уже летом этого года. По ней будут готовить специалистов в первую очередь для решения прикладных задач, прежде всего в области разведки полезных ископаемых на море и в переходных зонах. И работа на палубе — это возможность учиться тому, что действительно пригодиться в работе.
Фото Алексея Сокова
Студенты будут активно привлекаться, например, к обработке собранных во время экспедиций материалов. Настоящие асы своего дела (а российские обработчики считаются лучшими в мире) научат их интерпретировать геофизические данные, которые используются, например, для поиска нефти.
Интересен и сам процесс сбора данных. Например, специальное картирование дна с помощью лучевых эхолотов и профилографов. Идет экспедиция по контурному маршруту, и строится карта дна. Еще для изучения дна используются специальные шестиметровые «геологические трубки». Их бросают в воду, под силой тяжести трубка втыкается в дно на 4–5 метров. А потом запечатывает и поднимает образец породы на борт судна.
Арктика — сложный и малоизученный регион. А значит, у каждого будет шанс поучаствовать в разработке чего-то совершенно нового.
Донные сейсмические станции или сейсмометры (на фото) — разработка команды лаборатории, с которой ученые пришли на Физтех. Чтобы опустить такую станцию на дно, ее крепят к специальной плите, которая, к слову, не причиняет никакого экологического ущерба и растворяется после проведения исследований на компоненты морской воды и дна. Станцией управляют дистанционно, с помощью специальной программы можно включать или выключать не только сам регистратор, но и его отдельное оборудование (гидрофон, оксиметр, датчик давления, сейсмометр и т.д.). Собранные данные можно скачивать также дистанционно. Автономность у таких приборов тоже разная. Есть маленькие станции со временем работы 100 дней, есть те, что функционируют год. Их можно подзаряжать (как телефон) или просто менять батарейки.
Донные сейсмометры позволяют исследовать микроземлетрясения. Если же это целая серия станций, то система позволяет изучать все происходящее под дном. В том числе залежи полезных ископаемых — нефть и газ, где основной инструмент — трехмерное изображение недр, получаемое сканами.
«Прибор с такими характеристиками как наш, вы нигде не найдете, — рассказывает Дмитрий Ильинский. — Нам интересно не просто делать что-то и на полки класть, а чтобы приборы работали в реальных проектах, собирали данные для науки, для промышленности и для охраны окружающей среды».
Состав лабы
Лаборатория геофизических исследований Арктики и окраин Мирового океана в МФТИ только начала свой путь. Ее стартовый состав — 8 человек.
Дмитрий Алексеев руководит магистерской программой лаборатории, а также занимается геодинамикой и электромагнитной геофизикой. Дмитрий Ильинский, геофизик. Разрабатывает донные станции. С ним работают Олег Ганжа и Артём Крылов, занимающиеся в основном донной сейсмологией и морской сейсморазведкой. Далее идет группа из трех человек — Григорий Стеблов, Ирина Владимирова и Юрий Габсатаров, — изучающая сейсмотектонические процессы и связанные с ними природные катастрофы — землетрясения и цунами. Причем не только в Арктике, но и в Мировом океане. Также в проектах лаборатории принимает участие Сергей Головин, отвечает за решение инженерно-геологических задач. В команде лаборатории есть и известный океанолог член-корреспондент РАН Игорь Семилетов, который организует экспедиции в Арктику уже на протяжении 15 лет, а также занимается исследованиями метановых выбросов и влиянием метановых извержений на климат — еще одна прикладная научная область, в которой будет работать лаборатория.
Дмитрий Ильинский, Артём Крылов, Леопольд Лобковский, Дмитрий Алексеев, Сергей Головин (слева направо)
Уже известный факт, что температура в Арктике растет быстрее, чем в остальных частях нашей планеты. Многие ученые полагают, что это связано с выбросами метана как парникового газа. Хоть его и меньше, чем CO2, но с точки зрения потепления он гораздо эффективнее работает. В Арктике метан непрерывно выходит в атмосферу через шельф и прибрежные зоны. Эти новые процессы мало изучены и представляют собой довольно опасные явления. Исследованиями занимаются лишь последние десять лет. Впереди еще много открытий.
Особенно эти знания важны в разработке месторождений газа или нефти.
Если нефтедобывающая платформа поставлена на эти газовые поля, то она может накрениться или взорваться. «Ключевой момент — выяснить природу этого газа и где он образуется: в верхнем слое дна за счет микроорганизмов или идет из глубины. Абсолютно разные вещи», — поясняет Леопольд Лобковский.
