Доклад президиума российской академии наук

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Изучение Земли, как сложнейшей природной системы, осуществляется целым комплексом дисциплин и специальностей, группирующихся в геологические, геофизические, геохимические, горные и географические науки, а также в науки об атмосфере, водах суши и Мировом океане. Наряду с углублением специализации исследований внутри каждой из этих наук по отдельным дисциплинам и даже методам, наблюдается отчетливая тенденция к развитию и междисциплинарному сотрудничеству. Это определяется все большим пониманием особой роли и важности взаимодействия и взаимовлияния различных процессов, происходящих в оболочках Земли, в том числе на среду обитания человека и, наоборот, результатов его жизнедеятельности (антропогенный и техногенный факторы) на эволюцию природной среды. Следствием этого стало стремительное развитие исследований на стыке геофизики, биологии и медицины, геологии, палеонтологии, биологии и химии, геофизики, механики, петрологии и создание междисциплинарных программ фундаментальных исследований, объединяющих усилия ученых различных специальностей.

Практическая реализация таких комплексных и междисциплинарных исследований охватывает большинство наиболее актуальных фундаментальных проблем, стоящих перед учеными в науках о Земле на ближайшие годы.

Одно из наиболее крупных направлений фундаментальных исследований в области наук о Земле посвящено изучению строения и формирования основных типов геологических структур и геодинамических законно-мерностей вещественно-структурной эволюции твердых оболочек Земли, проблемам осадочного породообразования, магматизма, метаморфизма и минералообразования в земной коре.

Российскими учеными были получены результаты мирового уровня по следующим ключевым направлениям: проблемам становления ранней континентальной коры, разработке моделей глубинного строения докембрийских структур и построению тектонических карт; выяснению особенностей динамики мантии Земли на основе петролого-геохимических методов и математического моделирования; реконструкциям палеогеодинамических режимов крупных геологических провинций территории России; экспериментальному изучению и разработке моделей магматических и метаморфических процессов с акцентом на роль флюидной фазы и выяснение физико-химических особенностей формиро-вания рудных месторождений. Достигнутым успехам во многом способствовала реализация программы модернизации приборно-аналитической базы.

По направлению периодизации истории Земли, определения длительности и корреляции геологических событий на основе развития методов геохронологии, стратиграфии и палеонтологии получен целый ряд принципиально новых результатов. Так на основании биостратиграфических, хемостратиграфических и изотопно-геохронологических методов выполнена разработка детальной схемы расчленения опорных разрезов рифея и венда. Полученные новые биостратиграфические данные по венду северо-востока Русской плиты и Сибирской платформы позволяют распознавать особый глобальный этап в эволюции жизни на Земле и укрепляют статус вендской системы. Изотопно-геохимическое изучение осадочных комплексов Сибирской платформы позволило выполнить реконструкцию палеогеографических обстановок на рубеже докембрия и фанерозоя. Существенное продвижение достигнуто по важнейшей проблеме происхождения жизни.

В области изучения физических полей Земли, их природы и взаимодействия, динамики и внутреннего строения Земли российские ученые сохраняют лидирующие позиции по таким важным направлениям как развитие новых методов комплексной интерпретации данных по геофизическим полям, изучение и интерпретация палеомагнитных и геомагнитных данных, изучение строения земной коры и мантии Земли методом приемных функций, построение трехмерных численных моделей конвекции в мантии Земли и магнитогидродинамических процессов в ядре Земли. Успешно развивается модернизация сети сейсмологических наблюдений Геофизической службы РАН. Необходимо отметить существенное улучшение состояния приборной базы геофизических исследований и сохранение трудностей постановки крупномасштабных экспериментов.

В области изучения вещества, строения и эволюции Земли и других планет методами геохимии и космогеохимии получены новые важнейшие результаты, позволяющие объяснить происхождение Луны и всю имеющуюся совокупность экспериментальных данных и геохимических ограничений. Выполнены реконструкции химической эволюции Земли на ранних этапах ее истории. Продолжаются работы по созданию аппаратуры для реализации космических проектов «Луна-глоб» и «Фобос-Грунт». Данное направление, имеющее стратегически важное значение, развивается вполне успешно.

Основные усилия в геологии месторождений полезных ископаемых, научных основ формирования минерально-сырьевой базы были направлены на усовершенствование теоретических основ учения о рудных месторождениях и методологии их прогнозирования и поисков. Все это имеет огромное значение для развития минерально-сырьевой базы страны

Устойчивое экономическое и социальное развитие России возможно только при форсированном изучении недр, открытии и освоении новых месторождений полезных ископаемых. Тем не менее негативные тенденции в воспроизводстве материально-сырьевых ресурсов в стране, по ряду составляющих оцениваемые как катастрофические даже при явно сдержанных подходах к этим оценкам, сохраняются. Следовательно, развитие минерально-сырьевой базы страны в средне- и долгосрочной перспективе требует принципиальных решений в изменении государственной политики в недропользовании: ее законодательного, организационного и материального, а также и ее научного обеспечения.

Важнейшими стратегическими задачами в рассматриваемой сфере являются: геологическое изучение страны на современных научных и технологических уровнях; воссоздание системы научного обеспечения работ по воспроизводству минерально-сырьевых ресурсов, включая разработку новых принципов прогнозирования и оценки запасов стратегических и дефицитных видов сырья, как в известных горнорудных районах, так и на новых территориях. Выполняемые фундаментальные исследования сфокусированы на следующих ключевых направлениях: изучение факторов формирования крупных и богатых месторождений, причин их образования лишь в некоторых провинциях и в определенные периоды; исследование периодичности в формировании определенных генетических типов месторождений в истории Земли, их связи с определенными этапами эволюции и типами литоферы и выявление металлогенических эпох, благоприятных для накопления тех или иных видов сырья; изучение условий зарождения и развития рудообразующих систем, причин их дифференцированной продуктивности; разработка четырехмерных генети-ческих моделей месторождений, как основы прогнозно-поисковых критериев выявления и оценки месторождений.

Особое значение для нашей страны, основу экономики которой составляют ресурсы углеводородного сырья, имеет изучение осадочных бассейнов и их ресурсного потенциала, фундаментальных проблем геологии и геохимии нефти и газа. В связи с этим сибирскими учеными разработана стратегия развития нефтяного и газового комплексов России на период до 2030 г. Показано, что главной базой страны на весь этот период останется Западная Сибирь, хотя уже начнется крупномасштабная добыча нефти и газа в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Важнейшей стратегической задачей является разработка Федеральной целевой программы и проведение крупномасштабных геологоразведочных работ на шельфах российского сектора Северного Ледовитого океана. Получен ряд крупных результатов по оценкам углеводородного потенциала различных комплексов Западной и Восточной Сибири и разработке новых эффективных технологий разработки месторождений.

В области комплексного освоения недр и подземного пространства Земли, разработки новых методов освоения природных и техногенных месторождений получены результаты, убедительно показывающие, что отечественные горные науки способны в настоящее время решить проблему обоснования формирования в стране инновационно емкой технологической базы комплексного освоения ресурсов недр в целях значительного повышения эффективности работы и усиления конкурентных преимуществ минерально-сырьевого комплекса России. Это возможно при использовании принципов комбинирования физических, химических и биологических методов, создании замкнутых производственных циклов, использовании сопутствующих техноген-ных образований, глубокой переработке минерального сырья и снижении его потерь с повышением качества стратегически важных видов готовой продукции.

В области исследования Мирового океана отечественная океанология сохраняет мировой уровень в изучении глобальных процессов, связанных с формированием климата и биопродуктивностью и имеет приоритет в исследованиях краевых и внутренних морей России. Ведутся исследования динамики океанических течений и тепломассопереноса, направленные на выявление климатических изменений, изучение катастрофических явлений (цунами, ураганов), геолого-геофизические исследования строения и металлогении дна океана, изучение минеральных ресурсов, оценка запасов и технологий их освоения. В целом, интенсивность океанологических исследований за последние пять лет увеличилась, хотя и остается недостаточной из-за нехватки ресурсов на поддержание научного флота и его оснащение современной аппаратурой. Выполнены 54 погружения глубоководных обитаемых аппаратов «Мир-1» и «Мир-2» на дно озера Байкал. Проведена крупнейшая полярная экспедиция, охватившая все моря российского сектора Арктики, внесшая важный вклад в изучение климатических изменений в арктических морях России.

В рассматриваемой сфере уровень фундаментальных исследований не уступает мировому. Разработаны новые методы оценки и моделирования процессов в водной среде, прогнозирования экстремальных гидрологических ситуаций и смягчения последствий их негативного влияния на здоровье человека и экосистемы. Получены существенные результаты в развитии теории и методов управления крупными водохозяйственными системами. Выполнен комплекс научных исследований по прогнозированию и стратегическому планированию развития водохозяйственного комплекса страны. Разработана концепция «Водные ресурсы как стратегический фактор развития экономики России на долгосрочную перспективу», а также обоснованы оптимальные решения и стратегии управления водопользованием и водоохранной деятельностью. Реализация основных положений концепции требует единой государственной политики в этой области, совершенствования нормативной и законодательной базы, в частности, следует внести изменения и дополнения в Федеральный закон «Водный кодекс Российской Федерации», принять меры по созданию государственной системы единого комплексного экологического мониторинга; стимулировать развитие инновационной деятельности.

По направлению «Катастрофические процессы природного и техногенного происхождения, сейсмичность – изучение и прогноз» выполнено крупнейшее обобщение геолого-геофизических данных о катастрофических природных процессах (сейсмичность и связанные с ней процессы, вулканизм), опубликованное в пяти томах. Выполнены работы по совершенствованию методов оценки сейсмической опасности, проведены работы и составлены карты детального сейсмического районирования ряда территорий Российской Федерации. Существенное продвижение получено на пути создания комплексного метода, повышающего точность и устойчивость решения обратной задачи об определении положения поверхности разрыва и вектора смещений в очаге землетрясения. Успешно проводится сейсмический мониторинг в сейсмоопасных зонах и на ряде крупных горнодобывающих комбинатах. Выполнен комплексный анализ влияния природных катастроф, связанных с вулканизмом, на изменения состояния природной среды и климата. В данной области исследования российские ученые занимают лидирующие позиции, что, в частности, находит свое отражение в их ведущей роли в соответствующих международных организациях (IASPEI, ESC, ASC и др.).

В области геоэкологии и экологической безопасности основное направление фундаментальных исследований, развиваемое в последние годы, связано с разработкой теории комплексной оценки и управления природно-техническими рисками с целью обеспечения устойчивого развития России. Работа включает создание теоретических основ и практических аспектов анализа геохимических, радиационных и геодинамических рисков, а также методов прямого и косвенного (административно-хозяйственного) управления этими рисками. Практическим результатом этой деятельности можно считать разработку многофункциональной системы автоматизированного мониторинга опасных геодинамических процессов (землетрясений, оползней, опускания земной поверхности и др.), выполненную учеными Института геоэкологии РАН в кооперации с сотрудниками Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта и Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН. Эта система была внедрена на морских нефтедобывающих платформах на шельфе о. Сахалин.

По направлению Программы, связанному с изучением процессов в атмосфере и на поверхности Земли, механизмов формирования и изменения климата и проблем криосферы проводится мониторинг состава атмосферного воздуха и изучение химических реакций в атмосфере, возникающих в связи с выбросами, а также исследование циклов углерода, серы и азота. Следует отметить определенное технологическое отставание от уровня соответствующих исследований развитых стран.

В отношении климата важнейшей остается проблема выявлении и оценки глобальных и региональных изменений климата. В ближайшие годы будут подведены итоги первого периода реализации Киотского протокола и принято решение о дальнейших мерах борьбы с изменениями климата. Институты РАН (ИФА РАН, ИГ РАН, ИГКЭ Росгидромета и РАН) активно участвуют в работе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и в переговорных процессах. Хотя веских оснований для утверждения об угрозе глобальной катастрофы в настоящее время нет, проблема требует серьезного научного обоснования. Несколько лучше обстоит дело с развитием численного моделирования, которое соответствует мировому уровню.

По направлению «Эволюция окружающей среды и климата под воздействием природных и антропогенных факторов, научные основы рационального природопользования, использование традиционных и новых источников энергии» получен ряд важных в теоретическом и практическом отношении результатов. Выполнены исследования природно-географических систем, определяемых сложным взаимодействием глобальных изменений окружающей среды и климата, с одной стороны, и быстро развивающимися социальными процессами – с другой. Устойчивость биосферы и понимание порога такой устойчивости остается до сих пор не решенной проблемой, требующей применения глубокого системного подхода. В этом смысле остается недо-оцененной роль экономической и социально-политической географии.

Важнейшей задачей современной географической и геоэкологической науки является понимание того, каким образом глобальные процессы и глобальные изменения преломляются в конкретных условиях и в конкретных регионах, а также где и почему возникают критические области, в которых процессы приобретают резкий, а иногда и необратимый характер. И, наоборот, нужно понять – могут ли и при каких условиях региональные изменения природы (например, экологическая катастрофа в регионе Аральского моря) вызвать серьезные глобальные изменения, которые будет трудно предотвратить. Современные исследования в этом направлении строятся на базе широкого использования спутниковых данных и развития специализированных геоинформационных систем.

Исследования по разработке методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы, геоинформатике проводятся путем создания новых технологий и программно-аппаратных комплексов исследования приповерхностного слоя Земли и ее внешних оболочек. Успешно развиваются технологии, соединяющие геоинформационные системы (ГИС) и ГИС-ориентированные методы искусственного интеллекта. В области развития отечественных методов и аналитических средств исследования вещества важным достижением является введение в строй аппаратуры для локального геохронологического исследования цирконов и других урансодержащих минералов U–Pb изотопным методом. Впервые в России использована методика лазерной абляции. Ряд достижений имеется в области изучения миграции трансплутониевых и других радиоактивных элементов в природной среде и разработке систем радиохимического мониторинга территорий предприятий ядерно-топливного цикла.

Разрабатываются новые аэрокосмические методы и технологии для иссле-дования гидросферы, атмосферы, земной поверхности сейсмоопасных территорий и областей проявления вулканизма, горнорудных районов. В частности, для изучения приповерхностного слоя океана, ГУ «АЭРОКОСМОС» Минобрнауки России совместно с институтами РАН разработаны методы регистрации коротких внутренних волн в водной среде по спектрам оптических и радиолокационных изображений; методы дистанционного мониторинга антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий; методы обнаружения оптических неоднородностей морской среды, основанные на анализе характеристик изменчивости сигналов в разных спектральных каналах космической аппаратуры высокого пространственного разрешения; новые методы дистанционного мониторинга сейсмоопасных районов по геодинамическим, ионосферным, тепловым и другим предвестникам землетрясений, регистрируемым из космоса.