Важнейшие результаты научных исследований за 2007 г.
Науки о Земле.

Геология, геодинамика, стратиграфия, палеонтология
 

Разработана модель генерации мантийных плюмов на границе ядро-мантия и механизм передачи энергии к поверхности Земли. Модель предполагает зарождение плюмов в форме плотностной неоднородности в слое D и передачу энергии из области генерации плюма в верхние геофизические оболочки в форме упругой деформации изгиба. Вертикальные потоки вещества в виде мантийных диапиров формируются на верхней геофизической границе. (Институт минералогии, Институт геофизики).
 

Разработана процедура определения нижней границы ярусов в нижнем отделе пермской системы по конодонтам с учетом существующих международных стандартов по выбору «точки глобального стратотипа границы» для подразделений Международной стратиграфической шкалы. Зональная шкала, маркированная по уровню возникновения характерных членов эволюционного ряда, является основным инструментом дефиниции стратиграфической границы. Установлены конодонтовые биохронотипы, определяющие нижние границы всех ярусов нижнего отдела пермской системы. Стратотипические и парастратотипические разрезы ассельского, сакмарского, артинского и кунгурского ярусов (расположенные на территории башкирского Урала) утверждены Международной подкомиссией по стратиграфии пермской системы и получили официальный статус охраняемых геологических памятников (по распоряжению Совмина Республики Башкортостан). (Институт геологии и геохимии).
 

Впервые выявлена роль разномасштабных биотических и абиотических факторов, определяющих динамику и рост биоразнообразия позднепротерозойской биоты. На примере поздневендского беломорского макробентоса Восточно-Европейской платформы показано, что: в популяциях распределение организмов носит мозаичный характер; в сообществах проявлена возрастная структура популяций, обусловленная штормовыми и паводковыми событиями; на уровне ландшафтов экологическая специализация сообществ определяется относительной глубиной обстановок обитания, характером субстрата, литофациями и степенью опресненности; в региональном масштабе преобладает климатическая (широтная) зональность макробентоса, обусловленная, вероятно, различиями в температуре и солености водной массы и радиационном балансе. (Институт геологии и геохимии совместно с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН).
 

Минералогия, экспериментальная минералогия
 

На основе оригинальных методов количественного анализа минеральных кадастров геоструктур дана оценка Урала как минералогического пояса планетарного масштаба, характеризующегося «мантийным» обликом глубинных минеральных ассоциаций. Установлено, что минеральный комплекс Урала обладает уникальным по масштабу и неоднородности видовым разнообразием. По сравнению с земной корой он существенно обогащен простыми веществами, халькогенными соединениями и оксидами, обеднен галидами и кислородными солями и характеризуется более низким уровнем кристаллической симметрии. (Институт геологии Коми НЦ).
 

На территории Ильменского заповедника выявлены: неизвестный ранее на Урале минерал ферринибёит (группа высоконатриевых амфиболов); неизвестные ранее в заповеднике редкие минералы горсейксит (группа крандаллита, обнаружен лишь в нескольких точках мира) и ферриферробарруазит (группа амфибола). (Ильменский государственный заповедник).
 

Выявлена способность кристаллов редкоземельных минералов фракционировать лантаноиды и близкие им по свойствам примеси (Sc, Th, Ca, Sr, U, Y, As, S) на группы (легкие La – Pr, средние Nd – Dy и тяжелые Ho - Lu, Y), что обусловлено приуроченностью отдельных групп элементов к определенным формам кристаллов. На этой основе предложена принципиально новая схема разделения редкоземельных элементов (REE) в технологических процессах для создания новых синтетических соединений с заданными свойствами. Также установлено сходство закономерностей процессов рудообразования с участием REE с закономерностями кристаллизации отдельно взятого минерала. Полученные данные могут быть использованы для изучения условий рудообразования, выявления новых и редких минеральных фаз и синтеза новых соединений.
 

Проведены систематические экспериментальные и теоретические исследования строения, термодинамики и физико-химических свойств магматических (силикатных) расплавов, а также структурных аналогов силикатов (бораты, германаты, фосфаты) в расплавленном и стеклообразном состоянии. Установлены особенности формирования структуры расплавленных оксидных систем, а также их поведения при кристаллизации и стекловании. Полученные результаты использованы при изучении образования и эволюции природных расплавов и стекол различного состава и генезиса.
 

Впервые обнаружен ядерно-спиновый изотопный эффект на ядрах углерода в процессе образования кальцита при взаимодействии гидрооксида кальция с атмосферным углекислым газом. Установлено, что изотопный состав углерода в кальците изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля. Показана аналогия с магнитным изотопным эффектом, наблюдаемым в реакциях между органическими веществами. (Институт минералогии).
 

Петрология, геохимия
 

Предложена и обоснована концепция кимберлитообразования, согласно которой кимберлиты являются флюидизитами (твердо-газовыми суспензиями и/или расплавно-твердо-газовыми эмульсиями), а не магматическими породами. Новая концепция позволяет объяснить ряд противоречий в традиционной магматической петрологии кимберлитов. (Рис.27).
 

Рис. 27. Схематический разрез слепой (невскрытой) кимберлитовой диатремы
А – нижняя (стволовая) часть; Б – зона «опрокинутого конуса»; В – венчающий раструб (псевдократер);Г – надтрубочное озеро («маар») и его осадки.

Стрелками указано направление истечения газовой фазы. 1 – кристаллический фундамент; 2 – литифицированный чехол; 3 – рыхлый покров; 4 – кимберлитовая брекчия (туффизиты); 5 – породы «кратерной» фации – ксенотуффизиты.
 

 (Иститут геологии Коми НЦ).
 

Разработана модель эволюции мантийного вещества в результате его высокоскоростной эксгумации в ходе рифтогенеза. На основе детального петролого-минералогического изучения пород стратифицированного разреза лерцолитового массива Узянский Крака (Южный Урал) и изотопного U-Pb датирования цирконов из них показано, что механизм расслоения лерцолитов на комплементарные серии дунитов и гранатовых пироксенитов заключается в кристаллизации in situ в фации гранатовых пироксенитов декомпрессионного расплава нефелин-оливинового габбро. Синдеформационные ретроградные преобразования пород связаны с последующими импульсами растяжения, обусловившими высокую скорость перемещения лерцолитового блока в верхнюю кору (фиксируется симплектитами).
 

Исследована неорганическая геохимия нефти Западной Сибири (на примере Шаимского и Среднеобского районов). На основе впервые полученных методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) данных установлена главная геохимическая особенность нефти – предельно низкие содержания большинства химических элементов, в существенных количествах отмечено присутствие платиноидов (Pt, Ir, Os, Ru, Rh, Pd). Нефти Западной Сибири характеризуются одним типом хондрит-нормированного распределения REE с обогащением легкими лантаноидами (La/Yb=16-19) и резкой положительной европиевой аномалией. Относительно примитивной мантии в нефтях устанавливаются положительные аномалии U, Sr, Ti, Y и Zr, и отрицательные аномалии Sm, Nd, Hf, Th, Nb. Внедрение метода ICP-MS фактически означает начало нового этапа в изучении неорганической геохимии нефти. (Рис.28).
 

Рис. 28. Распределение РЗЭ в нефти месторождений Западной Сибири.

 (Институт геологии и геохимии).
 

Геофизика
 

На основе разработанной методики гравитационного 2D- и 3D-моделирования с использованием данных ГСЗ построена объемная разломно-блоковая геолого-геофизическая модель верхней части литосферы доюрского фундамента северо-западной части Западно-Сибирской равнины. С привлечением дополнительных региональных данных ОГТ создана новая схема тектонического строения региона, выделены территории, перспективные (с позиции глубинного строения) для обнаружения залежей углеводородов.
 

Создана модель магнитоактивного слоя верхней части океанической коры участков Срединно-Атлантического хребта (район скважины 395) и Коста-Риканского рифта (район скважины 504). Модель построена на основе данных о намагниченности горных пород, рассчитанных по результатам скважинных измерений компонент геомагнитного поля, выполненных сотрудниками ИГФ УрО РАН в рейсах научно-исследовательского бурового судна США «Гломар Челенджер», с использованием новых методик интерпретации. (Институт геофизики).
 

Горные науки
 

В рамках концепции бесконфликтного развития техно- и биосфер впервые обоснована экономическая эффективность экологически чистой и безопасной технологии подземной разработки рудных месторождений восходящим способом. Для повышения интенсивности подземной добычи руды и производственной мощности рудников предложен ярусный способ отработки месторождений.
 

Доказано, что одним из главных факторов, определяющих надежность детонации эмульсионных взрывчатых веществ (ВВ) является их плотность, которая изменяется в колонке заряда по глубине скважины. Установленная зависимость позволяет определить исходную плотность эмульсионного ВВ, обеспечивающую его гарантированную детонацию в нижней части скважин при любой ее глубине. (Институт горного дела).
 

Создана новая универсальная базовая модель для решения наиболее актуальных проблем рудничной теплофизики: определения поля температур и теплосодержаний в массиве горных пород и рудничной атмосфере на полубесконечном пространстве. Модель, созданная на основе математической физики, в отличие от традиционных методов, позволяет отказаться от использования недостаточно строгого определения полуэмпирического коэффициента нестационарного теплообмена.
 

Разработана методика ускоренного определения предела длительной прочности квазипластичных горных пород, основанная на использовании данных испытания образцов в ползуче-релаксационном режиме и диаграммы последующего восстановления после длительного деформирования с экстраполяцией полученных результатов на условно «бесконечное время релаксации» (Рис.29).
 

Рис. 29. Графики зависимостей для определения предела длительной прочности при ползуче-релаксационном режиме: а – “деформация – напряжение”; б – “время испытания – напряжение”.

Обоснованы принципы определения параметров упруго-вязко-пластической модели подработанного массива по данным маркшейдерских наблюдений за сдвижением земной поверхности и результатам сейсморазведки. Интегральные реологические характеристики определяются по графикам нарастания оседаний земной поверхности. Параметры пластичности среды с внутренним трением оцениваются путем пространственного согласования сейсморазведочных аномалий с зонами локализации пластических деформаций. Реализация предложенного подхода обеспечивает адекватное математическое описание реальных геомеханических процессов. (Горный институт).
 

География
 

Завершен крупный этап исследований российско-казахстанского приграничной зоны как трансграничного географического пространства. Выполнена оценка современного геоэкологического состояния этой территории, сделаны выводы о современных тенденциях развития ландшафтов и даны предложения по формированию регионов приграничного сотрудничества. (Рис.30).
 

Рис. 30. Российско-Казахстанское приграничье.

 (Институт степи совместно с Тихоокеанским институтом географии ДВО РАН).
 

Разработаны концептуальные основы землеустроительной политики в степных и лесостепных регионах страны. На основе определения порога экологической устойчивости и критериев сохранения природного разнообразия разработан ряд моделей оптимизации структуры землепользования. Впервые предложены ландшафтно-экологические основы дифференцированной трансформации угодий с целью экологической реабилитации земель в зонах длительного экстенсивного освоения. Предложены подходы к проведению качественно новых землеустроительных работ, учитывающих сохранение эколого-хозяйственного баланса территории. (Институт степи).
 

Изменения климата в прошлом и настоящем, прогноз
 

Впервые проведен анализ пространственного распределения геотермических оценок амплитуды потепления, происшедшего 10-12 тыс. лет назад на территории Северной Евразии. Построены модели, позволяющие описать более 90% наблюдаемой изменчивости оценок. Определены координаты и морфология источника потепления, указывающие на решающую роль системы теплых течений Северной Атлантики в установлении климатических условий голоцена. Проведено математическое моделирование температурного режима в основании позднеплейстоценовых ледниковых покровов и показана их роль в формировании температурной аномалии в арктических районах Западной Сибири и Якутии. (Институт геофизики совместно с Институтом нефтегазовой геологии и геофизики и Институтом мерзлотоведения СО РАН).
 

Получены данные о наличии отрицательных температур в порыве ветра при общих положительных температурах атмосферного воздуха (дискретность замеров 10 мин), что позволяет объяснить явления спорадического распространения заморозков на территории Архангельской области. (Рис.31).
 

Рис. 31. Замеры, выполненные метеостанцией WMR 918H в п. Пинега (июль, 2007 год). Минимальные значения при 10-минутном интервале замеров: 1 – осадки; 2 – влажность; 3 – точка росы; 4 – температура воздуха; 5 – направление ветра; 6 – скорость ветра; 7 – температура порыва ветра.

 (Институт экологических проблем Севера).
 

Геоэкология
 

Впервые на Южном Урале, на примере Ильменского заповедника и сопредельных территорий, выявлено загрязнение подземных вод и проведена их геохимическая типизация. Установлено, что степень загрязнения отвечает начальной стадии (формирование околонейтральных вод с высоким Еh) вследствие воздействия кислых сульфатных вод Карабашского месторождения с высокими значениями Eh на гидрокарбонатные воды заповедной территории. (Ильменский государственный заповедник).
 

Оценены антропогенные факторы, воздействующие на гидросферу аридных зон, количество и качество водных ресурсов в техногенно измененных условиях Южного Урала и его районов. Определены возможности пополнения водных ресурсов, улучшения качества поверхностных и подземных вод и защиты их от загрязнения и истощения. (Отдел геоэкологии ОНЦ).
 

Впервые для малых озер Архангельской области количественно оценена интенсивность продукционно-деструкционных процессов, рассчитаны индексы самоочищения, что позволило охарактеризовать особенности самоочистительного потенциала разнотипных озер, различающихся по морфометрическим, гидрологическим условиям и степени антропогенного воздействия. Полученные данные могут быть использованы для прогноза трансформации экосистем при возможных изменениях климата и увеличении антропогенной нагрузки, а также для разработки мероприятий по улучшению состояния и использованию водных ресурсов региона.
 

Изучена структура зоны атмотехногенного загрязнения на территории Архангельского промышленного узла. На основе анализа распределения суммарного показателя загрязнения широкого спектра элементов во мхах установлено, что в пределах самого промышленного узла загрязнение достигает лишь умеренно опасного уровня, а область загрязнения опасного уровня располагается на периферии промышленного узла или удалена от него на расстояние до 57 км. Выявлена определяющая роль морских аэрозолей в атмотехногенном воздействии на природную среду. (Институт экологических проблем Севера).
 

Геоинформатика
 

Разработана методика оценки величины интервала автокорреляции отдельного атрибутивного признака или обобщенной пространственной корреляции нескольких признаков при статистической обработке массива геоданных. Теоретически доказаны и экспериментально подтверждены уравнения зависимости величины интервала автокорреляции от параметров профиля наблюдений, а также значения обобщенного интервала корреляции нескольких атрибутивных признаков от величин автокорреляционных интервалов каждого из них. (Институт горного дела).
 

Отчет о научной и научно-организационной
деятельности за 2007 г. Часть 1.