Исследования по проектам РФФИ в области океанологии

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОЕКТАМ РФФИ В ОБЛАСТИ ОКЕАНОЛОГИИ

Академик Г.В. Смирнов
доктор технических наук Б.А. Нерсесов
(Институт океанологии РАН)

- 1. Гидрофизические исследования

- 2. Спутниковая океанология
- 3. Гидрогеология и геоэкология
- 4. Гидроэкология

Анализ отчетов по проектам РФФИ за 1997-2000 гг. показывает, что современная наука о физических, химических и биологических процессах в Мировом океане сохраняет традиционные направления развития с использованием современных технических возможностей, в частности дистанционных судовых и спутниковых наблюдений.

С учетом специфики океанологических исследований, непременным этапом которых являются морские экспедиционные работы, большое внимание уделено комплексному использованию бортовых (судовых, авиационно-космических) и стационарных (донных и якорных станций) средств.

К сожалению, большинство исследований Мирового океана требует организации дорогостоящих морских экспедиций, а также производства сложного подводного оборудования, что с учетом сложившейся за последние 10 лет экономической ситуации, становится проблематичным, поэтому исследователи вынуждены базироваться на обработке полученного ранее экспериментального материала.

Представляется целесообразным рассмотрение лишь некоторых актуальных направлений изучения природы Мирового океана, в которых достигнуты существенные успехи.

При анализе проектов РФФИ в области океанологии следует учитывать цели и задачи Федеральной целевой программы (ФЦП) "Мировой океан", утвержденной Указом Президента РФ от 17.01.1997 г.

Основной целью океанологических исследований является комплексное решение проблемы изучения и освоения Мирового океана в интересах обеспечения научной, хозяйственной и оборонной деятельности, в частности:

- гидрофизический и гидрометеорологический мониторинг приоритетных ("ключевых") районов Мирового океана;
- геолого-гидрофизическое обеспечение ресурсного потенциала континентального шельфа с участием организаций Минприродных ресурсов РФ и Российской академии наук;
- экологический контроль окраинных и внутренних морей России в интересах Госкомитета РФ по охране окружающей среды, Минприродных ресурсов РФ.

В соответствии с основной целью ФЦП "Мировой океан" можно выделить четыре направления научных исследований в области океанологии:

- гидрофизические исследования;
- радиофизические методы дистанционного зондирования морской поверхности (спутниковая океанология);
- геолого-гидрофизические работы;
- гидроэкология.

Разделение грантов по указанным рубрикам носит условный характер. Наибольшие успехи в этих научных направлениях достигнуты там, где выполняется комплекс исследований теоретического, экспериментального и технологического характера с использованием триады судовых, подводных и спутниковых средств мониторинга "ключевых" акваторий.

1. Гидрофизические исследования

В настоящее время приоритетными направлениями фундаментальной океанологии в области гидрофизики являются:

- глобальный мониторинг пространственно-временной структуры климато-формирующих явлений (течений, циклонов, тайфунов) и метеорологических параметров (температуры, приповерхностного ветра, волнения);
- макромасштабное районирование морей и океанов с возможностью учета мезомасштабных пространственных (до 1 км) и временных (до 1 часа) изменений;
- акустическая томография океана с исследованием макро- (вихрей, фронтов), мезо- (внутренних волн, поверхностного волнения) и микромасштабных (турбулентных пульсаций) гидрофизических неоднородностей;
- методы и средства новых явлений придонной гидрологии, а также структуры придонных осадков шельфа, для обеспечения безопасности донных газо- и нефтепроводов;
- разработка гидроакустической модели рельефа дна;
- модели пространственно-временной изменчивости океанологических факторов и их влияния на физические поля зондирующих сигналов.

Направления отечественных исследований по данной проблеме в целом соответствуют зарубежным, однако уровень научных и, особенно, технологических разработок отстает на срок от 3 до 15 лет.

Одним из необходимых условий проведения научных разработок является их интеграция в мировую науку. Международный океанологический комитет выполняет следующие проекты и программы:

- Система изучения глобальной изменчивости климата (WOCE).
- Объединенная глобальная наблюдательная система (IGOSS).
- Система наблюдений за изменчивостью погоды в мире (WWW).
- Глобальная океанская наблюдательная система (GOOS).
- Международный обмен океанографическими данными и информацией (IODE).

В ряде этих программ активное участие принимают российские ученые.

Для успешного решения проблем Мирового океана принципиально важным и необходимым условием является наличие современных технических средств, а также новых технологий проведения экспериментальных работ, адекватных поставленным задачам.

Новая концепция проведения океанологических исследований предполагает создание и использование трехкомпонентной структуры технических средств дистанционного и контактного измерения гидрофизических параметров и физических полей Земли. Основными направлениями внедрения результатов океанологического мониторинга могут быть гидрометеорология, гидрография и навигация.

В проекте Лаппо С.С. (№ 98-05-64828, ИО РАН) рассмотрена проблема влияния Северной Атлантики на глобальное изменение климата.

Проведен анализ сезонности в изменчивости Североатлантического колебания и показано, что период с января по март является наиболее репрезентативным для исследования межгодовой изменчивости индекса. Исследованы механизмы, управляющие взаимосвязыо индекса Североатлантического колебания с аномалиями температуры поверхности океана в субтропических широтах Северной Атлантики. Проведена реконструкция отклика Североатлантического колебания на аномалии температур поверхности океана. Отмечена существенная положительная аномальность в периоды с 1900 по 1930 и с 1960 по 1990 годы. Исследованы механизмы формирования аномалий температуры поверхности, управляющих изменчивостью индекса Североатлантического колебания. Подтвержден рекуррентный механизм формирования этих аномалий. Проанализированы связи между Североатлантическим колебанием и характеристиками европейского климата. Показано, что отклик носит преимущественно нелинейный характер уже на удалении 1500-2000 км от побережья Атлантического океана.

Проблема топографических и свободных вихрей в океане исследуется в проекте Зырянова В.Г. (№ 98-05-65446, ИВП РАН). Рассмотрен процесс генерации топографических вихрей над подводными горами в стратифицированном океане. Исследованы ситуации, наиболее приближенные к реальному океану - неоднородный по вертикали набегающий поток и произвольное распределение частоты Вяйсяля - Брента. Основное внимание было уделено двухслойным течениям. В таких потоках (при обтекании ими подводных гор) могут формироваться топографические вихри совершенно иного типа, локализующиеся не у дна, а в середине потока. Показано, что генерация волнового следа в таких потоках приводит к необычному явлению двухслойного волнового следа. Для проверки полученных теоретических результатов создана лабораторная установка.

В рамках двухслойной жидкости изучалось взаимодействие двух свободных двухслойных вихревых пар - хетонов. Показано, что для интегрируемости системы четырех дискретных вихрей достаточно, чтобы выполнялись два условия: 1) начальное расположение вихрей должно обладать свойством зеркальной либо центральной симметрии; 2) суммарная интенсивность системы вихрей должна быть нулевой (что имеет место, в частности, для системы из двух хетонов). Найдены новые типы квазистационарных состояний системы двух точечных хетонов.

В проекте Егорова И.Г. (№ 96-05-66182, ИО РАН) исследуются электромагнитные поля, индуцируемые крупномасштабной циркуляцией Мирового океана.

Собраны и проанализированы данные о распределении электропроводности приповерхностного слоя, включающего в себя осадочный чехол и водные толщи Мирового океана. Построена модель глобальной электропроводности, использованная для численного моделирования электрических полей, возникающих вследствие движения вод в геомагнитном поле.

На основе разработанной в проекте методики были проведены расчеты электрических полей для разных вариантов, в соответствии с геологическими представлениями о характере электропроводности верхней мантии Земли и современными моделями среднегодовой циркуляции. Получены количественные оценки пространственного распределения электрического поля, порождаемого глобальной циркуляцией вод Мирового океана.

Выявлены и исследованы важные особенности поведения глобального электрического поля циркуляции вод Мирового океана в зависимости от глубинного строения Земли. Выделены "ключевые" районы, наиболее благоприятные для электромагнитного мониторинга течений.

Физические аспекты жизни черных курильщиков: модели тепломассопереноса и временные вариации основных параметров - рассмотрены в проекте Глико А.О. (№ 99-05-64224, ОИФЗ РАН).

Выполнен анализ имеющихся данных по механизмам, которые могут определять временные изменения и вариации проницаемости в высокотемпературных гидротермальных системах (тепловое расширение пород при их нагреве, изменение поля действующих в верхних слоях коры напряжений, процессы осаждения растворенного вещества и залечивание трещин).

Построены модельные параметрические соотношения, позволяющие включить эти эффекты в общую модель эволюции гидротермальной системы.

Показано, что тепловое расширение пород может приводить не только к уменьшению проницаемости, но и к изменению структуры нарушений в среде, обуславливающих ее проницаемость. Получено выражение, описывающее указанную эволюцию системы трещинных нарушений и соответствующее приближенное выражение для изменений проницаемости во времени.

Выполнено исследование изменений проницаемости среды, связанных с изменением поля упругих напряжений, действующих в верхних частях коры. Рассмотрены как резкие внезапные изменения напряженного состояния среды, так и его квазипериодические вариации.

На основе имеющихся термодинамических данных по осаждению кремнезема и ангидрита предложена полуэмпирическая модель залечивания трещин, позволяющая предсказать изменение во времени распределения пористости и проницаемости среды по глубине.

Исследованиям внутренних волн в бассейнах Балтийского моря посвящен проект Голенко Н.Н. (№ 97-0565-106, АО ИО РАН).

За период 1991 - первая половина 1997 года были систематизированы полученные в Атлантическом отделении ИО РАН данные измерений термохалинных полей сканирующим CTD зондом. Разработан алгоритм обработки первичных данных сканирующего зонда, в котором описаны принципы получения данных температуры, солености, плотности с вертикальным разрешением 0,2 м. Алгоритм включает выборочное редактирование данных вблизи поверхности, которые могут быть зашумлены попадающими в ячейку электропроводности микроскопическими пузырьками воздуха, а также редактирование данных, полученных вблизи дна.

С целью выявления структуры волновых полей в районе Гданьской впадины в июне 1997 г. были проведены специальные измерения сканирующим CTD зондом и одновременно измерителями течений "Поток". Проведено исследование пространственной структуры наиболее энергонесущих составляющих внутренних волн в Балтике - квазиинерционных волн. Сопоставление расчетов характеристик волнового уравнения и данных наблюдений показало, что на некоторых разрезах значительные деформации поля плотности (солености) связаны с лучами квазиинерционных внутренних волн. Такое перемешивание объясняется инициируемой квазиинерционными внутренними волнами неустойчивостью, которая порождает мелкомасштабную турбулентность. Предлагаемый механизм может играть заметную роль в вентиляции халоклина в отдельных бассейнах Балтийского моря. Вероятным источником наблюдавшихся интенсивных внутренних волн могут быть мезомасштабные вихри.

В проекте Смирнова Г.В. (№ 00-55-65254, ИО РАН) исследуются процессы переноса водных масс Балтийского моря в районах сброса трофейных отравляющих веществ (ОВ) из мест их массового захоронения после окончания Второй Мировой войны.

Рассмотрена проблема предотвращения экологической катастрофы за счет массового выброса ОВ в Южной и Западной Балтике. Как показали экспедиционные исследования, затопленные ОВ находятся в разных условиях: погребены под десятиметровым слоем ила или находятся на дне прибрежных шельфов на глубинах 40-80 метров.

Установлено, что процесс переноса водных масс из Северного моря через пролив Скаггерак придонными течениями может привести к одновременному попаданию большого количества продуктов распада ОВ в Балтийское море.

Разработана концепция экологического контроля с использованием системы пространственно-распределенных буйковых станций в "ключевых" районах проливной зоны.

В целом анализ проектов РФФИ в области гидрофизических исследований показал, что к основным их недостаткам можно отнести отсутствие комплексного подхода к изучению макро-, мезо- и микромасштабных гидрофизических неоднородностей.

Многие особенности динамики вод, которые обнаружились после обработки временных рядов наблюдений, послужили поводом к созданию новых представлений о мезомасштабных и синоптических явлениях в океане и их причинах, т.е. новых теорий. Как правило, такие специализированные наблюдения по изучению изменчивости проводились в динамически активных и океанологически сложных районах. Такие районы со сложной динамикой, в которых время от времени происходит изменение гидрофизических полей от квазигоризонтального до существенно трехмерного (с активным вертикальным опусканием или подъемом вод), получили название приоритетных районов.

Одновременно с новыми методами изучения особенностей региональной и локальной динамики вод развивались и традиционные способы.

Для обеспечения сравнимости результатов наблюдений было признано целесообразным проведение систематических наблюдений на "стандартных горизонтах" и "стандартных разрезах".

В 70-х - 80-х годах на прилежащих 14 морях регулярные сезонные наблюдения проводились на 49 разрезах с 582 станциями.

Способ ведения длительных наблюдений за состоянием среды дает возможность судить о крупномасштабных изменениях структуры и динамики вод и получать представления об их долгопериодных вариациях, интерпретацию которых относят к климатической изменчивости (точнее к современным изменениям климата).

Развитие акустических методов регистрации влияния термической структуры вод на другие характеристики среды позволит круглогодично с еженедельным или даже с ежесуточным разрешением регистрировать гидрологическую структуру вод. Обработка этой информации с использованием гидро-термо-динамических моделей позволит осуществлять непрерывный мониторинг за динамическим состоянием вод сначала региональных, а со временем и глобальных акваторий.

Перспективна разработка новых информационных технологий океанологической наблюдательной системы с использованием дистанционных (авиационно-космических и судовых), а также контактных (буйковых, донных, дрифтерных) средств океанологического мониторинга.

2. Спутниковая океанология

Комплексный мониторинг гидрометеорологической обстановки в "ключевых" районах Мирового океана проводится с использованием средств дистанционного зондирования морской поверхности в СВЧ-диапазоне (многочастотных РЛС, радиометров, панорамных радиовысотомеров); ИК-сканеров и оптических телескопов авиационно-космического и судового базирования.

При этом измеряются климатические и метеорологические параметры:

- в атмосфере (облачность и общее влагообразование);
- в приводном слое атмосферы (профиль температуры и влажности, скорость и направление ветра);
- на поверхности океана (тепловое поле, степень волнения, направление и скорость течений, соленость, скорость звука, плотность; концентрация примесей нефтепродуктов).

РФФИ поддержан ряд интересных исследований по различным аспектам спутниковой океанологии.

В проекте Лучинина А.Г. (№ 96-05-64697, ИПФ РАН) разработаны физические основы статистической оптики взволнованной поверхности в приложении к проблеме дистанционной диагностики верхнего слоя гидросферы.

Разработана уточненная (без использования линейного по уклонам волн приближения) статистическая модель лидарного сигнала при зондировании через взволнованную поверхность. Предложены адаптивные к поверхностному волнению режимы зондирования, минимизирующие флуктуации сигнала, и оценена их эффективность в различных условиях. Выполнен цикл натурных экспериментальных исследований динамики коротких поверхностных волн дистанционными оптическими методами, в том числе пространственно-временных спектров волн. Измерения сопровождались синхронной регистрацией доплеровских сигналов когерентного радиоскаттерометра в сопоставимом с оптическими средствами диапазоне длин поверхностных волн. Разработана методика, изготовлен макет установки с использованием лазерной подсветки поверхности и выполнен цикл лабораторных измерений функции распределения кривизны (с учетом ее знака) коротких поверхностных волн в лабораторном бассейне. Разработана методика измерения полного набора первичных гидрооптических характеристик по временным характеристикам короткого светового импульса, распространяющегося в воде.

Ряд грантов посвящены анализу практических работ Российского ИСЗ "Алмаз" 1991-1992 гг., а также европейских космических аппаратов ERS-1 и ERS-2 в 1991-1997 гг.

Проект Литовченко К.И. (№ 97-05-64641, ИКИ РАН) посвящен исследованию физических процессов в поверхностном слое океана на основе комплексного анализа данных радиолокационного зондирования из космоса.

В проекте предполагается провести дальнейшую всестороннюю обработку вышеупомянутого экспериментального материала в целях изучения физических и гидробиологических процессов в поверхностном слое океана.

Проведены работы по следующим направлениям:

1. Обобщены океанологические результаты миссии ИСЗ "Алмаз-1" в целом; проанализированы основные достоинства и недостатки спутника и радиолокационной аппаратуры для индикации различных явлений в системе "верхний слой океана - нижний слой атмосферы"; даны рекомендации для будущих проектов по дистанционному зондированию океана;
2. Завершена работа по анализу и качественному обобщению радиолокационных изображений нефтяных загрязнений и естественных пленок поверхностно-активных веществ на морской поверхности, полученных в ходе миссий "Космос- 1870" и "Алмаз-1". На основе анализа показаны преимущества и ограничения РСА для мониторинга пленочных загрязнений моря;
3. Осуществлена обработка материалов комплексного эксперимента по исследованию возможности радиолокационного мониторинга фронтальных разделов в Черном море, проведенного в 1996 г. с участием ИСЗ. Показано, что при определенных условиях фронтальные разделы (и привязанные к ним зоны повышенной биопродуктивности) могут быть обнаружены по РЛ-избражениям и их пространственным спектрам;
4. Проведен детальный анализ данных эксперимента 1991 г. по исследованию эволюции нефтяных разливов в Норвежском море с участием ИСЗ "Алмаз-1" и ERS-1. Выявлены некоторые особенности развития в пространстве и времени формы пятен, соответствующих радиолокационных контрастов и спектров радиолокационных изображений.

Разработке экспериментальной системы и методов регионального спутникового мониторинга районов Российской Арктики посвящен проект Гогохия В.З. (№ 97-05-65636, НГИЦ РАН).

Рассмотрены основные направления по реализации регионального спутникового мониторинга арктических регионов. Для оценки загрязнения арктических регионов средствами дистанционного зондирования в качестве основного направления выбраны микроволновые радиометрические методы всепогодного экологического мониторинга в условиях Арктики. При помощи комплекса микроволновой радиометрической аппаратуры на малых космических аппаратах получена обширная информация о природных объектах и климато-формирующих параметрах в любое время суток и при любой погоде: скорость приповерхностного ветра; температура поверхности океана; скорость ветра в штормовых условиях; поверхностные проявления фронтов, вихрей и внутренних волн. Разработан метод микроволновой радиометрической спектрометрии, позволяющий определить характеристики ветрового волнения; проявления поверхностных течений.

Другое направление, изучаемое в проекте, связано с контролем загрязнения поверхности воды и льдов; определением толщины нефтяных пленок и общего объема нефти, разлившейся на поверхности, при помощи двухчастотного радиометра; контролем за источниками и путями распространения примесей; наблюдением за сплоченностью льда, дрейфом льда, положением и видами кромки льда.

Проект Либермана Б.М. (№ 97-05-65133, ИРЭ РАН) связан с разработкой радиофизических методов дистанционной оценки степени химического загрязнения природных вод.

Проанализированы особенности влияния различных составляющих комплексной диэлектрической проницаемости водных растворов различных веществ в различных участках СВЧ спектра на их собственное излучение в указанном диапазоне волн. Показано, что на волнах длиннее 6 см основное влияние оказывает электропроводность растворов. Разработаны основы модели, описывающей частотную зависимость электропроводности растворов электролитов. При этом учитываются: размеры, скорости перемещения ионов при тепловом равновесии. Модернизирована установка для измерения диэлектрических характеристик однородных жидкостей в миллиметровом диапазоне волн, что позволило повысить точность измерения действительной и мнимой составляющих комплексной диэлектрической проницаемости за счет использования кюветы специальной формы. Проведены расчеты комплексной диэлектрической проницаемости ряда электролитов и неэлектролитов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. Проведены расчеты электропроводности растворов электролитов в широком диапазоне длин волн. Предсказано появление дисперсии при больших значениях частоты. Проведены расчеты отражательных и излучательных характеристик некоторых электролитов и неэлектролитов на основе модельных представлений и экспериментальных данных. Проведены измерения отражательных и излучательных характеристик вод, загрязненных нефтепродуктами в сантиметровом диапазоне волн.

Разработке физических моделей полиспектрального. оптического зондирования прибрежных акваторий посвящен проект Лучинина А.Г. (№ 99-05-64798, ИПФ РАН).

В методах полиспектрального оптического зондирования используется новое аналитическое представление функции Грина уравнения переноса излучения. Это представление базируется на комбинации элементарных функций, аргументы которых зависят от первичных оптических характеристик среды и координат. Отличительной особенностью такого представления является исключительная простота и точность описания, проверенная численным моделированием с помощью метода Монте-Карло практически для любого набора оптических характеристик, встречающегося в океане. Предполагается его дальнейшее использование при статистическом моделировании спектральных характеристик световых полей, преломленных взволнованной поверхностью.

Одновременно проведены работы по компьютерному оформлению алгоритма моделирования случайных реализаций взволнованной поверхности, которые являются естественным продолжением работ, выполнявшихся ранее в рамках проекта № 96-05-64697. Новый алгоритм предполагает отказ от одномерности волнения и описание неизотропного по углу поверхностного волнения в соответствии с принятыми представлениями.

Получены основные формулы, описывающие вторые моменты флуктуаций световых полей, выходящих из-под взволнованной поверхности (в том числе для функций корреляции полей в разных участках оптического спектра).

В целом анализ проектов РФФИ в области спутниковой океанологии показал, что получен ряд новых результатов, способствующих пониманию основных физических явлений, происходящих при оптическом зондировании верхнего слоя океана через взволнованную границу раздела.

Следует отметить, что использование радиофизических свойств и методов позволяет получить лишь косвенную информацию о климато-формирующих параметрах морской поверхности, в то время как конкретные гидрофизические средства обладают высокой точностью измерений, но низкой производительностью гидрометеорологического мониторинга. Поэтому актуальным направлением спутниковой океанологии является повышение достоверности оперативного мониторинга и прогноза метеорологической и экологической обстановки на больших площадях приоритетных районов Мирового океана.

Необходима разработка принципиально новых методов верификации данных радиофизического зондирования морской поверхности с использованием дистанционных авиационных, космических и судовых систем с информацией, полученной от автономных подводных и судовых средств контактного измерения гидрофизических полей.

3. Гидрогеология и геоэкология

В последние годы получили широкое распространение фундаментальные геолого-геофизические исследования в шельфовых зонах приграничных морей. По заказу ОАО "Газпром" проводятся морские инженерно-экологические работы по оптимизации маршрута подводного газопровода Черноморское побережье России - Турция.

В марте-июне 1998 г. Институтом океанологии РАН были выполнены исследования сейсмичности и тонкой структуры придонных осадков шельфа и континентального склона Черного моря вдоль трассы глубоководного газопровода "Голубой поток", строительство которого началось в 2000 г.

Полученные в экспедиции уникальные данные о распределении землетрясений, неотектонических разломов и оползневых структур позволили определить безопасную трассу прокладки подводного газопровода. В августе-октябре 1998 г. научными судами по заказу НК "Лукойл" проведены экспедиции в Баренцевом и Печорском морях, в ходе которых выполнены инженерно-геофизические, геологические, гидрологические и гидробиологические работы с целью выбора участка акватории для строительства нефтяного терминала.

Следует отметить особое внимание, которое оказывает РФФИ проектам в области гидрогеологии.

Уникальный проект Хаина В.Б. (№ 97-05-65082, ИЛС РАН) "Тектоническая карта морей Карского и Лаптевых и севера Сибири" по достоинству оценят представители Минприродных ресурсов РФ и Минобороны РФ.

В результате работ по проекту составлена тектоническая карта морей Карского и Лаптевых и севера Сибири в масштабе 1:2500000. Изученная область располагается в пределах западной части азиатского шельфа Северного Ледовитого океана и представляет собой зону перехода океан-шельф-континент. При составлении карты описаны главные эпизоды формирования земной коры:

1. Столкновение архейских террейнов вдоль протерозойских коллизионных зон, завершившееся образованием Сибирского кратона в раннем протерозое.
2. Образовавшиеся столкновения в рифейском палеоокеане офиолитовых комплексов с Сибирским кратоном в венде и возникновение Таймырского аккреционного пояса.
3. Причленение гренвилльской Карской плиты и завершение формирования гигантского Карско-Сибирского мегаконтинента.

Проведению активного сейсмического мониторинга как средства изучения геодинамики природных и техногенных процессов посвящен проект Гика А.Д. (№ 97-05-65291, ОИГГиМСО РАН).

Экспериментально обнаружен и изучен факт резко нелинейной зависимости декремента рассеяния от пористости. На физических моделях изучены закономерности анизотропии горных пород, вызванные действием направленных трещин. Обнаружена ранее не известная аномальная волна, поляризация которой соответствует поперечной волне, а скорость близка к скорости продольной. Разработана оригинальная методика эталонирования сейсмоприемников.

На основе данных активного вибросейсмического мониторинга в Байкальской рифтовой зоне рассчитана верхняя граничная оценка скоростной тензочувствительности земной коры в этом регионе - основного параметра реактивной нелинейности, знание которого необходимо для последующей трансформации наблюдаемых долговременных вариаций скоростей в приращения тектонических напряжений. Для сравнения на основе известных данных о глубинном строении и скоростном разрезе вычислена косвенная теоретическая оценка этого параметра. Такая же оценка рассчитана по опубликованным материалам о скоростном разрезе для зоны сейсмогенного разлома Сан-Андреас, США.

С помощью 100-тонного вибратора в Новосибирской области начаты режимные наблюдения и детальные исследования сезонных вариаций вибросигнала.

Предложены два методических приема ослабления искажающего действия этих вариаций на результаты мониторинга.

Проект Александрова С.М. (№ 97-05-65673, ИГ РАН) рассматривает экстремальные эколого-геоморфологические ситуации.

Исследования носят комплексный характер с использованием традиционных методов картирования морфоструктурного анализа, проводятся в тесном сотрудничестве с другими лабораториями института.

Анализ геоэкологической ситуации позволяет провести ее оценку, прогноз, а также предложить возможные решения. Изучаемые объекты приурочены, в основном, к подвижным поясам Евразии и их окраинам. Одновременно проводились сравнительный анализ внутриконтинентальных бассейнов кайнозоя, корреляция основных геологических событий, выяснение общих закономерностей развития активных окраин Тихого океана. Использование аэрокосмических снимков для составления эколого-геоморфологических карт находится на первоначальной стадии и требует дальнейших исследований. Космические фотоснимки помогают уточнить основные кольцевые структуры и разломы литосферы, часть которых совпадает с расположением аномалий гравитационного и магнитного полей, используются для выявления зон сейсмической опасности. Периодическая космическая съемка дает возможность прослеживать динамику изменения дельты Волги. В условиях тектонически активных горных областей важнейшими являются склоновые процессы, часто создающие опасные, экстремальные и катастрофические ситуации. По разработанной методике и легенде оказалось возможным составлять новые карты и экологические обоснования.

В качестве нового направления геофизики может быть рассмотрена геоэкология - патогенное влияние геоморфологии и гелиогеофизических аномалий на биологические объекты.

В рамках проекта Молочнова Г.В. (№ 97-05-65521, СПбГУ) проведено исследование связей гелиогеофизических аномалий с заболеваемостью населения в условиях активных тектонических зон.

Проведен сбор информации об изменчивости атмосферного давления в виде недельных барограмм за период с 1986 по 1997 год включительно.

Исследованы вариации солнечной активности и геомагнитного поля за аналогичный период по материалам публикаций международного бюллетеня Solar-Geophysical Data. Используются данные о солнечных вспышках и интенсивных возмущениях геомагнитного поля (магнитные бури) с целью выделения их корреляционных связей с аномалиями атмосферного давления и заболеваемости.

Изучено тектоническое строение Ленинградской области. Для сбора материалов о ходе заболеваемости и ее аномалиях выбрана территория Всеволожского района области, хорошо обеспеченного медицинскими учреждениями с соответствующей статистикой и имеющего четкие границы между спокойными и тектонически активными участками. В целом разработана методика обработки данных об исследуемых явлениях и частично получен необходимый материал. Установлены периоды максимальных аномалий атмосферной циркуляции для первоочередных исследований.

Природа патогенного воздействия геоактивных зон земной коры (на примере Северо-Запада России) рассмотрена в проекте Рудника В.А. (№ 98-05-65622, ИГГД РАН).

Проведен комплекс геологических, геофизических, геохимических и медико-биологических исследований в пределах ряда районов Санкт-Петербурга и опорных профилей вдоль линий метрополитена, обеспечивших высокую достоверность данных о составе и строении земной коры, в том числе геологически активных зон (ГАЗ), как правило, обусловленных активными разломами (АР) и связанными с ними геологическими неоднородностями земной коры. Продолжена отработка впервые установленного комплекса методов, позволяющих с высокой степенью достоверности выявлять ГА3 и отбраковывать объекты техногенного характера. Это - спектро-сейсмическое и электромагнитное профилирование, определение количества отрицательных и положительных аэроионов, а также древесных и травянистых растений - индикаторов ГАЗ. Последние три метода позволяют объективно устанавливать и наличие патогенного влияния ГАЗ. Впервые проведенное одновременное тестирование различных растительных объектов, заглубленных в почву, было подтверждено в пределах опорных профилей над линией метрополитена, выявив влияние геофизических факторов ГАЗ в условиях отсутствия физического контакта этих объектов с почвой. На статистически представительном материале было подтверждено также впервые выявленное соответствие между изменчивостью биообъектов на поверхности земли и в помещениях в пределах одних и тех же ГАЗ, как и универсальность воздействия геофизических агентов, сопряженных с ГАЗ, на различные биосистемы, включая организм человека. Подтверждена достоверность потенциальной мутагенности геофизических воздействий в пределах ГАЗ, постановленная на основе анализа пренатального и постнатального развития детей, родители которых проживали в области воздействия ГАЗ. Подтверждена и ранее выявленная зависимость от приуроченности проживания к АР:

1. наследственной заболеваемости и врожденных пороков развития детей;
2. распространенности онкобольных среди взрослого населения,
3. психофизиологического состояния человека и его адаптивных реакций. Уточнены возможности использования биоиндикации ГАЗ с помощью набора биоиндикаторов как растительного, так и животного характера для прогноза заболеваемости населения, проживающего в пределах ГАЗ. Продолжено экспериментальное изучение неон-гелиевых изотопных систем для объяснения природы диссипации в проделах АР различных газов и, особенно, в процессе истирания горных пород при тектонических подвижках. Продолжен анализ данных по теории и практике использования "малых частиц", образующихся в зонах АР в результате тектонических напряжений, позволивший выявить природу импульсных электромагнитных излучений, которые, наряду со снижением в воздухе помещений концентрации отрицательных аэроионов и с повышением содержания различных газов и металлов в почвенной и подземной атмосфере над зонами АР и обусловленных ими ГАЗ, являются ведущим фактором их патогенного воздействия.

В целом анализ исследований РФФИ в области гидрогеологии показывает, что принципиально новым и актуальным направлением морской геологии является проведение сейсмических исследований с дрейфующих льдов Северного Ледовитого океана.

Использование традиционного способа съемки рельефа дна с помощью эхолота не позволяет выполнить систематические гидрографические работы в короткие сроки и на большой акватории Арктики.

Широко использованное в последние 30 лет глубинное сейсмическое зондирование позволило решить сразу ряд задач:

- ускорить съемку рельефа дна и осадочных пород на больших площадях;
- создать основу для издания серии современных навигационных морских карт;
- получить уникальные геолого-геофизические данные Арктического бассейна с целью определения внешней границы континентального шельфа.

Все виды работ должны быть взаимосвязаны и направлены на изучение геоморфологии, геоакустики и глубинного строения дна океана.

В местах со сложным рельефом дна сейсмические измерения дополняются одновременным измерением глубины моря с помощью эхолота.

4. Гидроэкология

Одним из серьезных аспектов проблемы технократического воздействия на окружающую среду, приводящего к нарушению природного экологического равновесия и, как следствие, созданию неблагоприятных и опасных условий для жизни населения, являются вопросы загрязнения акваторий нефтепродуктами, контаминация тяжелыми металлами, а также захоронения контейнеров с ядерными отходами, химическим оружием и боеприпасами на дне морей и океанов.

Одним из критериев экологического контроля акваторий считается величина загрязнений донных отложений, для оценки которых применяются методы хроматографии, масс-спектрометрии, инфракрасной спектрометрии, люминесцентного анализа.

Глобальным фактором загрязнения Мирового океана является контаминация тяжелыми металлами в результате природных и локальных антропогенных процессов: вулканической деятельности, апвеллинга и других процессов, а также добычи руды, судоходства, учебно-боевой деятельности флота.

В этих случаях особую важность приобретают оперативные методы контроля экологического состояния морской среды, которые способны сочетать быстроту, информативность, доступность и широкомасштабность.

С использованием метода микробной индикации, разработаны критерии нескольких уровней загрязнения морской воды - пределов допустимой концентрации (ПДК) тяжелыми металлами: фонового (ниже ПДК); выше фонового (на уровне ПДК); ощутимый (1 - 3 ПДК); значительный (>3 ПДК).

Опасность захоронения контейнеров с ядовитыми веществами должна оцениваться с учетом природного механизма самоочищения водной среды от инородных затонувших объектов, действующего в глубоководных слоях морей и океанов. Такой процесс способствует ускоренному разрушению контейнеров, и, как следствие, отравлению морской флоры и фауны.

Актуальная проблема изучения роли биологических процессов в переносе, разрушении и удалении органических загрязняющих веществ из экосистемы Балтийского моря рассмотрена в проекте Израэля Ю.А. (№ 97-05-65135, ИГКЭ).

Проведена теоретическая разработка термодинамико-биогеохимической модели Балтийского моря, которая позволит описать сезонную динамику основных биогеохимических характеристик моря и оценить активность удаления ПХБ за счет биологических процессов (биогенная седиментация и микробная трансформация) в Балтийском море. Сформированы отдельные массивы данных для определения начальных параметров и граничных условий модели.

Выполнен анализ многолетних материалов о содержании ПХБ во взвешенном органическом веществе. Установлено, что при низкой концентрации ПХБ в воде довольно высокие уровни содержания ПХБ сохраняются во взвешенном веществе и донных осадках. Этот факт имеет важное экологическое значение и подчеркивает необходимость изучения биогенной седиментации и количественной оценки потоков взвешенного органического вещества (ВОВ), в котором накапливается ПХБ. Проведен анализ полученных ранее экспедиционных материалов, характеризующих процессы биоседиментации ВОВ в разных районах открытой части Балтийского моря. Установлено, что средняя скорость биоседиментации и ее изменчивость в центральном районе моря значительно выше, чем в южном и северном районах моря. На основе определений суточных потоков ВОВ из придонного слоя открытой части Балтики выполнена оценка годовых потоков ВОВ в отдельных районах моря. Используя эти результаты, а также данные о концентрации ПХБ во взвешенном веществе, выполнена оценка биоседиментационного изъятия ПХБ из продукционного слоя.

Отмечено, что наибольшие значения потока и депонирования ПХБ в донных отложениях обнаружены в центральном районе Балтики.

В проекте Щербинина А.Д. (№ 97-05-64965, ИО РАН) приводятся результаты исследований основных гидрофизических параметров в системе океанолого-экологического мониторинга локальной акватории Норвежского моря.

Собраны и обработаны материалы шести последовательных гидрологических съемок полигона 75х75 миль у АПЛ "Комсомолец". Эти данные послужат основой для расчетов эволюции гидрофизических полей в масштабе времени адекватного модельного прогноза.

Построены карты среднегодовых термохалинных свойств воды в северо-восточной части Норвежского моря для характерных горизонтов от поверхности до дна по данным современного климатического банка среднемесячных значений в одноградусных квадратах, с использованием усовершенствованного метода гидродинамической адаптации гидрофизических полей.

Эти карты предполагается использовать для расчета течений по трехмерной нелинейной вихреразрешающей модели общей циркуляции океана в режиме диагноза, адаптации и прогноза. По данным рядам инструментальных измерений течений (от 2-3 недель до 10 мес.), выполненных исполнителями проекта в районе гибели АПЛ "Комсомолец", установлено, что для течений в этом районе характерна высокая энергия пульсаций скорости и малая скорость результирующего течения, что указывает на реверсивный характер течений. Спектральный анализ длинных рядов скорости показал наличие максимумов на временных масштабах 6, 10 и 44 сут. Последние обладают наибольшей энергией и классифицируются как возмущения синоптического масштаба.

Исследована временная изменчивость полусуточных и суточных приливных колебаний скорости. Обнаружена тесная зависимость энергии полусуточных колебаний от фазы Луны и склонения Солнца. Суточные колебания скорости имеют иной временной масштаб биений, а с изменением склонения Солнца их энергия меняется в противофазе с полусуточными колебаниями.

Анализ строения и изменчивости полей атмосферного давления на уровне моря показал, что мезомасштабные возмущения поля скорости (вихри) с временным масштабом б-10 сут. могут формироваться не только в результате бароклинной неустойчивости северной ветви Норвежского течения, но и как реакция динамического состояния моря на регулярное прохождение атмосферных циклонов.

В проекте Монина А.С. (№ 96-05-64056, ИО РАН) рассматриваются процессы термохалинной циркуляции Мирового океана и их влияние на экологические процессы.

Проведенный анализ характеристик малого ледникового периода, одного из наиболее ярких экологически значимых колебаний климата, показал наличие асимметрии - быстрое похолодание, медленное потепление, противоположной асимметрии больших ледниковых периодов.

Рассчитаны оценки некоторых частотных спектров длинных климатических рядов температуры и осадков в Центральной Англии в интервале периодов от нескольких лет до нескольких десятков лет. Спектры температуры обнаруживают хорошо выраженные максимумы с периодами около 25 лет и с несколько более длинными периодами, которые, по-видимому, связаны с перестройками термохалинной циркуляции океана.

Рассчитаны автокорреляционные и взаимные корреляционные функции средних годовых температур северного полушария, ряда широтных зон северного полушария за 1866-1995 гг., а также регионального индикатора - индекса Коха - Лэмба почти за 200 лет. На основании этих данных, некоторых результатов предшествующих исследований, и учитывая роль океанских круговоротов, включая Циркумполярное Антарктическое течение, делается вывод о глобальном характере четырехлетних-пятилетних колебаний температуры. Выдвигается гипотеза о взаимодействии всех девяти гигантских океанских круговоротов.

В проекте Саенко Г.Н. (№ 98-05-644834, ИО РАН) исследуется проблема накопления тяжелых металлов и радионуклидов в морских арктических экосистемах, а также прогнозирование их экологического состояния.

Определено содержание 25 металлов (физиологически важных и токсичных элементов, актиноидов и лантаноидов, а также ряда металлов и металлоидов) в 43-х образцах бентосных водорослей Мурманского побережья Баренцева моря. Сделан вывод, что химический состав исследованных видов водорослей может служить индикатором условий среды обитания и изменения в процессе онтогенеза.

Проведены работы по ранжированию районов по степени их загрязнения тяжелыми металлами.

На Мурманском побережье Баренцева моря собраны 6 видов литоральной флоры (46 образцов). Отобранные виды водорослей являются хорошо зарекомендовавшими себя видами-индикаторами и будут использованы при проведении модельных экспериментов.

Оценка величин миграции искусственных радионуклидов по пищевым цепям морских экосистем проведена в проекте Матишова Д.Г. (№ 99-05-64567, ММБИ КНЦ РАН).

Изучена миграция искусственных радионуклидов по звеньям морских экосистем в морских акваториях различных климатических зон.

Проведены работы по отбору: а) проб воды, донных отложений, водорослей, рыбы, планктона Таганрогского залива Азовского моря (июнь 1999 г.); б) колонок донных отложений Кольского залива Баренцева моря (февраль, октябрь 1999 г.); в) образцов водорослей в бухтах Кольского залива (март 1999 г.); г) различных биологических объектов (креветок и промысловых видов рыб) Баренцева моря (ноябрь 1998 и июнь-июль 1999гг.).

Показано, что современные эффективные дозы, получаемые населением при потреблении рыбы из Азовского моря, в 3-5 раз выше соответствующих значений при потреблении рыбы, выловленной в открытой части Баренцева моря. Кроме того, эти величины в 1,5-2 раза выше, чем при потенциальном потреблении рыбы, выловленной на акваториях прибрежных вод Баренцева моря с наибольшим содержанием локальных источников радиоактивного загрязнения.

Проведено изучение миграции искусственных радионуклидов по пищевым цепям в различных климатических зонах и при воздействии различных источников радиоактивного загрязнения.

Полученные результаты дополнят мировые данные новыми величинами коэффициентов распределения между водой и донными отложениями для морских акваторий в различных климатических зонах, имеющих различный гранулометрический состав донного осадка, разные коэффициенты концентрирования для различных видов рыбы, водорослей и других биологических объектов.

Геомагнитные методы при решении экологических проблем на акватории рассмотрены в проекте Городницкого А.М. (№ 99-05-64770, ИО РАН).

Показано, что техногенное загрязнение донных осадков приводит к образованию зон повышенной магнитной восприимчивости. Это дает возможность, используя методики поисковой геохимии, выделять техногенные аномалии на локальном фоне. Использование разработанного аппаратурного комплекса позволяет успешно осуществлять экологическое картирование и мониторинг акваторий для обнаружения объектов экологической угрозы. Применение методов высокоточной дифференциальной магнитной съемки позволило локализировать места захоронений химического оружия на Балтике. Предлагается использование геомагнитных методов для обнаружения участков повреждений трубопроводов, проложенных по дну водоемов.

Рассматривая проекты РФФИ по разделу "Гидроэкология" следует отметить, что в процессе их выполнения получены новые, весьма существенные научные результаты. В современных условиях экологическая охрана окраинных и внутренних морей приобрела федеральное значение и стала важнейшей экономической и социальной задачей.

Разведка месторождений на морском шельфе, в частности, углеводородного сырья, вызывает большую техногенную нагрузку на прилегающие акватории и прибрежные районы. Низкий уровень технологий, не комплексное использование природных ресурсов, затратный экономический механизм, безвозвратное природопользование приводят к ряду серьезных экологических проблем.

При проведении геологоразведочных и гидротехнических работ в шельфовой зоне необходимо учитывать непериодические колебания уровня моря, ветровые нагоны и их влияния на экологию побережья.

Весьма перспективно применение методов имитационного моделирования для комплексного исследования эколого-экономических проблем океанологии.

При этом нелинейная модель, построенная на основе принципов системной динамики, позволяет комплексно изучить взаимодействие экономических, юридических и экологических факторов с целью минимизации экологического ущерба.

В целом по разделу "Океанология" проведенный анализ выполненных работ показывает, что РФФИ поддержан ряд актуальных исследований по различным аспектам науки о природе Мирового океана. Однако, по ряду научных направлений гидрофизики отечественная океанология утратила лидирующие позиции. Крайне недостаточно проектов с использованием комплексного подхода для выделения механизмов макро- и мезомасштабного взаимодействия гидрофизических неоднородностей. Отсутствуют проекты РФФИ, в которых рассматривались бы новые методы верификации океанологической информации, получаемой от средств дистанционного радиофизического зондирования морской поверхности с информацией автономных и судовых средств контактного измерения гидрофизических полей. Весьма перспективны работы по созданию инфраструктуры единой информации об обстановке в "ключевых" акваториях Мирового океана, направленных на комплексное обеспечение научных, хозяйственных и оборонных задач.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center