Наука и технологии России

Вход Регистрация
27.03.12 | Наука и техника: Экология Беседовал Александр Кузнецов

Мастерская погоды

Определение границ арктического шельфа, исследования динамики биомассы и поиск методов прогнозирования «волн-убийц» – далеко не полный список научных интересов института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИОРАН). Чем интересны эти исследования и исследования океана вообще – в интервью с директором института академиком Робертом Нигматулиным.

Роберт_Нигматулин Роберт Нигматулин, директор Института океанологии имени П.П. Ширшова РАН. Фото: Игнат Соловей/STRF.RU

В России, да и не только, сегодня бытует мнение, что роль фундаментальной науки снижается: пора мол, если не прекратить, то значительно сократить ее финансирование. Дескать, накопленных знаний вполне достаточно. Развивать же в первую очередь следует прикладные направления. Ясно, что в долгосрочной перспективе такой подход угробит всю науку – и фундаментальную, и прикладную. Этому надо всеми средствами противиться. В том числе и объясняя, для чего «все это» нужно. А океанология – это ведь во многом наука фундаментальная. Поэтому первый вопрос – зачем изучать океан?

– Безусловно, такая позиция (о фундаментальной науке. – Ред.) глубоко ошибочна и порочна. Если кратко, то океанология это не просто наука – это синтез многих наук: физико-математических, биологических, геологии, химии… Это еще и сложная инженерия: научно-исследовательские суда, подводные аппараты, всевозможные датчики, зонды. С помощью различных методов и инструментов мы воссоздаем единую картину процессов, протекающих в Мировом океане, занимающем, как известно, 70% поверхности Земли.

Зачем это надо? Начать с того, что океан – это мастерская погоды, генератор климата Земли. И дело не только в том, что над океаном зарождаются циклоны, разрушительные ураганы и смерчи. Он в большой степени вершит динамику многих атмосферных явлений. И связано это с тем, что масса Мирового океана в 300, а теплоемкость в 1000 раз больше соответственно массы и теплоемкости атмосферы. Углекислого газа в океане растворено в 50 раз больше, чем в атмосфере. Океан – основной поставщик влаги в атмосферу.

А, как известно, водяные пары – это главный парниковый газ, поглощающий тепловое излучение поверхности Земли. И наконец, по некоторым данным, объем производимой океаном зеленой массы больше, чем объем зеленой биомассы, производимой на суше.

Огромную роль в формировании климата во многих частях света играют океанические течения. Например, вся Западная Европа находится под благотворным влиянием Гольфстрима. Он делает климат Северной Европы более мягким, а зиму – более теплой: зима в Стокгольме теплее, чем в Киеве, январские изотермы идут там не по широте, а по меридиану.

Раз уж речь зашла о Гольфстриме, что Вы можете сказать по поводу растиражированной в СМИ гипотезы, что в результате таяния арктических льдов Гольфстрим уйдет в глубь океана, изменит направление или даже прекратится вообще, в результате чего Европу якобы ожидает новый ледниковый период (вспомним морозы этой зимой в Средиземноморье!)? Рисуют и другие апокалиптические картины будущего.

– Ежегодно наш институт проводит две экспедиции по изучению Гольфстрима. Естественно, мы отмечаем какие-то колебания в его течении – и годовые, и проявляющиеся на продолжении многих лет, – но оснований для паники нет. Подобного рода «сенсации» основаны на том, что в последние годы берут в расчет минимальные расходы воды и сравнивают их с максимальными за прошлые годы. Кроме того, нужно понимать, что объемы воды – приносимой Гольфстримом и образуемой в результате таянья гренландских ледников и льда Северного Ледовитого океана – несопоставимы.

Группа ученых ИОРАН, в которой важнейшую роль играли молодые ученые (А. Сарафанов, А. Фалина) и куда также входили уже известные исследователи (А. Соков, С. Гладышев) и их французские коллеги, исследовала процессы, идущие в Гольфстриме, и показала, как воды теплого течения остывают, становятся тяжелее и тонут. Они зарегистрировали место, где Гольфстрим уходит на глубину, выяснили, как течение взаимодействует с водами Ледовитого океана и где оно отправляется в обратное путешествие. А профессор М. Кошляков со своим учеником Р. Таракановым рассчитали, что эта вода поднимается на поверхность в районе Антарктиды.

Оттуда уже, взаимодействуя с циркумполярным (приполярным) течением, большая его часть опять уходит на север.

Другая страшилка, которой нас периодически пугают, – подъем уровня океана и связанное с этим затопление больших территорий и многих крупных городов…

– Действительно, уровень Мирового океана постоянно растет со скоростью около 3 мм в год. Происходит это из-за таяния ледников и теплового расширения воды в результате увеличения температуры приповерхностных вод океана. Экстраполируя на будущее, можно ожидать, что через 300 лет его уровень поднимется на 1 метр. Для некоторых островных государств это действительно проблема.

На дне Байкала происходит истечение углеводородов – нефти и газа. Они, правда, не представляют никакой промышленной ценности, но служат доказательством того, что Байкал способен их перерабатывать, даже при низких температурах.

Упомянутые выше проблемы непосредственно связаны с общим потеплением климата. Это действительно глобальная проблема или она в известной мере надумана? И какова в потеплении роль техногенной составляющей?

– На этот счет существуют различные точки зрения. Ведь человек детально начал измерять температуру планеты не так давно. Климатические изменения составляют меньше градуса за сто лет. С одной стороны, это ничтожно. С другой – для биологических систем – весьма существенно. Скажем, нормальная температура вашего тела 36,7 °С, а увеличение ее всего на пол-градуса – до 37,2 °С – означает, что вы больны.

То же относится и к средней температуре Земли. Здесь существуют разные трактовки. Есть данные, что последние 13 лет средняя глобальная температура не растет. Вообще говоря, методика подсчета средней температуры – это тоже проблема. Количество пунктов наблюдения увеличивается, а если располагать их в более теплом климате, то лишь из-за этого можно намерить потепление. Суточные изменения температуры могут доходить до 10–15 °С, а сезонные – до 50 °С.

На этом фоне рассчитать изменение средней температуры, составляющее 1–3 °С в 100 лет, чрезвычайно сложно. Результаты часто зависят от выборки исходных данных. И виноват ли в потеплении (если оно действительно имеет место) человек, тоже вопрос спорный.

Это еще сильнее разделяет мировое сообщество, влияет на геополитику. Тем более, когда сюда примешиваются экономические интересы. Поэтому и важно поддерживать научные разработки по этой глобальной проблеме.

Какие социально значимые задачи стоят сейчас перед учеными, исследующими Мировой океан?

– В качестве одного из важнейших примеров можно привести оценку и разведку минеральных ресурсов. Дно океанов хранит колоссальные запасы природных ископаемых, и в первую очередь это шельф – подводные склоны, в которых сосредоточены огромные резервуары углеводородов.

На шельфе тысячелетиями накапливались и продолжают накапливаться огромные слои органики, и именно там она превращается в нефть и газ.

Уже в скором времени человечество столкнется с необходимостью крупномасштабной разработки этих ресурсов. Безусловно, это будет более дорогая нефть, а значит, изменится и облик всей экономики, использующей нефть.

Углеводороды есть даже на Байкале – это показали экспедиции наших глубоководных аппаратов. На дне озера происходит истечение углеводородов – нефти и газа. Они, правда, не представляют никакой промышленной ценности, но служат доказательством того, что Байкал способен их прекрасно перерабатывать, даже при низких температурах.

Перспективной может стать добыча в океане и полиметаллических руд, устилающих дно в виде железо-марганцевых конкреций. Количество конкреций в Мировом океане оценивается примерно в 500 миллиардов тонн. Правда, основные запасы сосредоточены в абиссальных равнинах (глубоководных равнинах океанических котловин и впадин краевых морей), на глубинах от 4000 до 6000 метров. Это, конечно, перспектива не на пять лет, но уже рассматриваются конкретные проекты такой добычи. Не исключено, что лет через 20–30 разработка этих ресурсов будет вестись в промышленных масштабах.

Лет 25 назад нечто подобное я уже читал. И сроки назывались примерно такие же – через 2025 лет. Но, увы, прогнозы оказались неверными.

– Не забывайте, что источники легкодоступных руд в обозримом будущем будут исчерпаны. И тогда добыча руды со дна океана станет более чем актуальной.

Сейчас ИОРАН разрабатывает новую теорию осадкообразования в океане. В атмосфере циркулирует огромное количество аэрозолей различной природы – песчинки, мельчайшие кристаллы вулканического происхождения, вирусы… Аэрозоль постепенно попадает в океан и оседает на дне. Поднимая образцы осадочных пород со дна и измеряя концентрации аэрозолей на разных глубинах, можно узнать о процессах, происходивших в атмосфере в прошлом, в том числе – миллионы лет назад. Академик Александр Петрович Лисицын называет это «магнитофонными записями прошлых эпох», они несут в себе печать и климатических изменений.

Одна из важнейших на сегодня задач нашего института – определение границ шельфа у побережья Северного Ледовитого океана. Международным сообществом выработаны правила, в соответствии с которыми решается вопрос о расширении зоны экономической активности за пределы 200-мильной полосы. Претензии государства на право включить их (границы шельфа. – Ред.) в собственность доказываются путем изучения структуры континентального шельфа. Если это продолжение Евразийского континента, то мы можем претендовать на одну территорию, если нет – совсем на другую. Институту океанологии как раз и поручен анализ новейших данных сейсмических исследований. У нас есть своя трактовка сейсмоданных, обосновывающая принадлежность хребта Ломоносова (участок дна Северного Ледовитого океана, который является частью континентального шельфа РФ. – Ред.) России, но мы должны ее доказательно представить нашим оппонентам, чтобы обоснованно их убедить. А они как раз в этом заинтересованы меньше всего. Поэтому мы готовимся к сильному отпору.

Однозначные же и стопроцентные доказательства могут быть получены методом глубоководного бурения. К сожалению, здесь мы очень сильно отстаем. Россия не имеет ни соответствующего оборудования, ни необходимых судов.

Уже много лет реализуется Международная программа океанского глубоководного бурения1, но Россия в ней не участвует, хотя среди участников проекта даже маленькая Швейцария, не имеющая выхода в Мировой океан. Для полноправного членства ежегодно страна-участник должна вносить вполне разумную сумму – всего 6 миллионов долларов. В свое время Россия входила в подобную программу. В Российской академии наук на это денег нет, а значит влиять на то, где бурить, что исследовать, мы не можем.

Корабль_Академик_Иоффе
«Академик Иоффе». Этот корабль входит в научно-исследовательский флот ИОРАН. Фото предоставлено ИОРАН. Автор: С.А. Щука

Это пример близорукой политики, о которой русская пословица говорит: «Скупой платит дважды». На забавы, на развлечения, на что угодно деньги у нас всегда находят, а на эту важнейшую программу, увы, не нашлось. Не будем забывать и то, что океан – это огромный транспортный коридор, соединяющий страны и континенты.

Поэтому обеспечение безопасного плавания – тоже наша забота. Несмотря на все меры предосторожности, ежегодно 40–50 только крупных судов терпят катастрофу. Многие из них связаны с появлением «волн-убийц», называемых также «нестандартными волнами», «странными волнами». Это уникальное явление, когда на фоне нормального волнения возникает одиночная волна высотой 20 метров, которая обрушивается на корабль и может разрушить его.

Такие волны иногда появляются «из ниоткуда» даже при слабом волнении и относительно небольшом ветре. Они не могут быть предсказаны в рамках известной теории однородных квазистационарных случайных процессов. Долгое время «волны-убийцы» считались вымыслом, преувеличением в рассказах старых морских волков. Достоверно было известно, что «волна-убийца» стала причиной гибели немецкого сухогруза «Мюнхен» в 1978 году, но лишь 1 января 1995 года такая волна впервые была зарегистрирована приборами на одной из нефтедобывающих платформ в Северном море. Сегодня «волны-убийцы» регистрируются с помощью снимков из космоса.

Один из подходов к проблеме возникновения «волн-убийц» заключается в построении нелинейных моделей, описывающих процессы, в результате которых одиночная волна может «высасывать» энергию из окружающих волн. Мы научились моделировать и предсказывать это явление. Конечно, предсказать, что волна возникнет сейчас в данной точке, невозможно, можно лишь рассчитать, где и когда эта вероятность больше.

Мы занимаемся также теорией возникновения и развития цунами. Основное таинство возникновения цунами связано с анализом поведения твердой фазы – динамики континентальных плит, – приводящего к землетрясениям дна в ударным подъемом или опусканию дна на площадях в сотни километров. Такие вертикальные удары дна океана по воде передают воде кинетическую энергию, равную энергии миллионов атомных бомб.

Хотя в океане сосредоточена гигантская энергия, она очень сильно рассредоточена.

Что можно сказать об энергетических ресурсах океана?

– Безусловно, они колоссальны. Так, по данным Международного энергетического агентства2, мощность различных источников энергии океана составляет:

  • морских течений (с плотностью мощности более 15 кВт/м2) – 5 ТВт(3),
  • энергии волн (по разным оценкам) – от 1 до 9 ТВт,
  • тепловой энергии океана – 1 ТВт,
  • энергии приливов – 90 ГВт,
  • осмотической энергии (энергии, связанной с разницей в солености воды) – 20 ГВт.

Беда в том, что, как говорил покойный Петр Леонидович Капица, хотя в океане сосредоточена гигантская энергия, она очень сильно рассредоточена. Для освоения подобного рода энергетических источников требуются очень дорогостоящие сооружения. Их использование – при всей кажущейся экологичности – занятие очень затратное, поэтому лежит вне магистральных направлений развития мировой энергетики. Хотя – вот недавно самую большую приливную электростанцию построили в Южной Корее.

Но окупаться она будет десятки лет.

________________________
1 Программа Integrated Ocean Drilling Program. В ней принимают участие 17 европейских стран, США, Япония, Южная Корея, Китай и др.
2 International Energy Agency. Implementing Agreement on Ocean Energy Systems (IEA–OES), Annual Report 2007
3 Приставка тера (Т) означает коэффициент 1012

Материал опубликован в мартовском номере журнала New Scientist.

РЕЙТИНГ

4.50
голосов: 4

Галереи

Беломорская биологическая яхтенная экспедиция, 20 июня - 4 июля 2010 года

Экспедиция была организована ББС МГУ, ИПЭЭ им. Северцова РАН и Морской программой WWF-Россия. В этом альбоме - кадры экспедиционных будней и беломорской природы.

61 фото

Обсуждение