ПРИБОРОСТРОЕНИЕ

В КТИ геофизического и экологического приборостроения ОИГГМ развит комплекс технологий в области аналитического приборостроения и создано семейство портативных экспрессных газовых хроматографов ЭХО для решения поисковых и аналитических задач (рис. 5.16). Ключевым элементом в приборах ЭХО является уникальная поликапиллярная колонка, созданная совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова и Институтом неорганической химии, обеспечивающая высокую чувствительность, селективность и малое время (10–50с) определения на весь диапазон органических соединений, доступных газовому анализу. Приборы ЭХО используются для контроля вредных органических веществ сверхмалых концентраций на уровне 10^–15 см³ (газовые пробы) и 10^–9 мг/л (жидкие пробы) при мониторинге природно-техногенной среды (контроль органических веществ в воздухе, воде, почве, продуктах питания), в химических технологиях, в системах безопасности (обнаружение взрывчатых веществ, разминирование, идентификация лиц, причастных к снаряжению и установке взрывчатых веществ, обнаружение наркотиков и др.). Работа отмечена премией Правительства РФ в области науки и техники за 1997г.

В Институте оптического мониторинга разработана серия импортозамещающих газоанализаторов для контроля содержания NO и SO₂ в дымовых выбросах с пороговой чувствительностью 1мг/м³. Одно- и двухкомпонентные газоанализа торы сертифицированы и производятся для экологического мониторинга дымовых выбросов и оптимизации режима сжигания топлива на тепловых электростанциях.

Тувинским институтом комплексного освоения природных ресурсов разработан и внедрен в производство технологический комплекс "Аурум" для гравитационного извлечения тонкодисперсного золота и продуктов амальгамации. Он может применяться для добычи шлихового золота размерностью до 15 мкм, а также для предварительного обогащения ценных минералов с повышенным удельным весом. Институтом изготовлены модификации комплекса производительностью 0,2; 1–3; 5–8; 12–15 т/ч.

ПРОГНОЗ ГЛОБАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
И КЛИМАТА, ГЕОГРАФИЯ

Институтом геохимии ОИГГ совместно с другими институтами Отделения, а также американс кими и японскими исследователями завершен первый этап многолетней программы "Байкал-Бурение". Изучены осадки оз. Байкал, хранящие уникальные данные об окружающей среде, эволюции озерных сообществ и палеоклимате за последние 35 млн лет. Пробурено 5 кустов глубоководных скважин, вскрывших осадочный разрез на глубину до 600 м. Надежный возрастной контроль, непрерывность, длительная возрастная продолжительность (до 10 млн лет), при высоком временном разрешении, делают полученные палеоклиматические летописи, запечатленные в байкальских осадках, наиболее точными и детальными не только для Азии, но и для континентов Северного полушария. Выявлена большая чувствительность байкальских палеозаписей на резкие климатические изменения, связанная с меньшей инертностью континента и оз. Байкал по сравнению с инертностью океана и гигантских ледовых щитов Гренландии и Антарктиды. Анализ распределения биогенного кремнезема и данные палинологического анализа показывают, что климат на Земле, вероятно, не достиг оптимума, который фиксируется в записях XI стадии морской кислородной кривой, наиболее близкой по орбитальным параметрам современному интервалу времени (рис. 5.17).

Таким образом, на Земле в ближайшие тысячелетия возможно естественное потепление, которое будет проходить на фоне температурных колебаний. Более того, в ближайшие столетия может отмечаться некоторое понижение температуры.

Лимнологическим институтом проанализирована первая непрерывная высокоразрешающая байкальская летопись палеоклиматов Восточной Сибири для плейстоцена и верхнего плиоцена. Осадки, относящиеся к периодам с теплым климатом, содержат значительное количество створок диатомовых водорослей, в то время как осадки, относящиеся к периодам глобальных оледенений, не содержат диатомей. Выявлено более 20 плейстоценовых циклов оледенений и межледниковий. В осадках оз. Байкал также обнаружены индикаторные элементы ледниковых периодов и межледниковий. Осадки межледниковий характеризуются повышенным содержанием U, Sr, Mo, Br и ряда тяжелых редкоземельных элементов по отношению к легким (серые линии на рис. 5.18). Осадки ледниковых периодов характеризуются повышенным содержанием La, Ce, Ba, Rb, Cs, Nb, Pb и высокими отношениями La (Ba,Ce)/Yb (Y,Zr) (черные линии на рис. 5.18). На основе этих измерений получен элементный состав типично ледникового и межледникового горизонтов для осадков оз.Байкал. Байкальская летопись, содержащаяся в буровом керне BDP96-2, отлично коррелирует с океанической кривой SPECMAP. В ней четко выделяются частоты астрономического форсинга 96, 41, 23 и 19 тыс. лет, найденные в лучших океанических летописях.

Рис. 5.18. Фурье-спектры геохимических записей байкальских осадков, отражающие все известные орбитальные периоды Земли (показаны цифрами в тыс. лет).

В Институте геохимии ОИГГ при бурении скважины в глубоководной южной котловине оз. Байкал впервые в пресноводном водоеме обнаружены кристаллы газовых гидратов на глубинах 126 и 161м. Позже Лимнологическим институтом совместно с Королевским музеем Центральной Африки (Бельгия) и при участии сотрудников Института геохимии ОИГГ впервые обнаружены кристаллы газовых гидратов в поверхностном слое донных осадков (0,35 м) (рис. 5.19). Высокоразрешающее сканирование дна оз. Байкал позволило идентифици ровать геоморфологические (вентовые) структуры, которые служат местами выхода метана из газовых гидратов в воду озера. Основным компонентом газовой смеси является метан (88 %) биогенного происхождения (СН₄/С₂Н ₆ >1000).

Рис. 5.19. Кристаллы газовых гидратов в поверхностном слое осадков оз. Байкал.

В районе находок обнаружены нетипичные для Южного Байкала особенности вертикального распределения температуры в глубинной и придонной зонах, свидетельствующие о вызванном поступлением метана конвективном перемешивании слоя воды толщиной более 100 м, а понижение температуры придонного слоя указывает на охлаждение, возможно, за счет фазового перехода газовых гидратов. Впервые получены новые данные о глубоководных, не зависящих от фотосинтеза, биологических сообществах в местах выхода метана, отличающихся большим разнообразием фауны олигохет, остракод, нематод, циклопов, хирономид. Эти сообщества могли служить убежищами для видов в периоды неблагоприятных климатов и центрами их расселения при улучшении внешних условий.

В Институте криосферы Земли создана установка и разработана методика исследований кинетики гидратообразования на начальных этапах возникновения и роста газогидратов при контакте объемных фаз вода–газ. При определении размеров и концентрации частиц дисперсной фазы использован метод многоволновой экстинкции, в основе которого лежат измерения интенсивности рассеяния лазерного излучения гидратными частицами на двух длинах волн – l₁ = 632 нм и l₂= 515 нм. Установка (рис. 5.20) позволяет проводить прямое обнаружение частиц гидратов в диапазоне температур от –10 до +20 °С и давления до 7 МПа при их объемной концентрации в системе порядка 10^–6 долей. Прямые измерения являются более объективными, а достигнутая точность позволяет судить о более ранних стадиях гидратообразования и понять его природу, в том числе в недрах Земли.

Байкальским институтом природопользования БОИП, в соответствии с критериями, установленными Конвенцией ООН по борьбе с опустыниванием, рассчитаны и определены для Забайкалья и Прибайкалья четкие границы распространения на настоящее время территорий, где идут процессы опустынивания, – семиаридных, сухих субгумидных и полузасушливых субгумидных (рис. 5.21). Основой при установлении границ послужил индекс аридности (Р/РЕТ) – отношение количества осадков к потенциальной эвапотранспирации (суммарному испарению с поверхности растений и почв) региона за последние 80–90 лет. Данные проведенного дендроклиматического анализа (по срезам древесных колец за последние 250 лет) также указывают на тенденцию увеличения к началу третьего тысячелетия аридности климата как предпосылки процессов опустынивания.

Рис. 5.21. Карта аридности климата Забайкалья. Зоны аридности климата: 1 – семиаридная (0,2 <Р/РЕТ<0,5), 2 – сухая субгумидная (0,5 <Р/РЕТ<0,65), 3 – полузасушливая субгумидная (0,65 <Р/РЕТ<0,75), 4 – влажная субгумидная и гумидная (0,75 <Р/РЕТ).

Институтом мерзлотоведения ОИМЗиОПРК предложена концептуальная модель взаимосвязи между основными климатообразующими факторами: космопланетарными, астропланетарными и геопланетарными. Периоды свободных гармонических температурных колебаний, обусловленных названными факторами, постоянны во времени, и амплитуды их относительно невелики (рис. 5.22). Однако в моменты совпадения фаз отдельных климатообразующих циклов возможно проявление своеобразного резонансного эффекта, что значительно усиливает степень влияния глобальных факторов на климат и термический режим горных пород. Предполагается, что именно этот эффект, названный терморезонансным, приводит к аномальным периодическим похолоданиям и потеплениям климата и обуславливает пульсационный характер развития криолитозоны по площади и разрезу. На основе предложенной модели составлена приближенная схема взаимосвязи между основными глобальными климатообразующими факторами за последние 130 тыс. лет для территории Северной Евразии с прогнозом на ближайшие 10тыс. лет.

Рис. 5.22. Схема интегрально-динамической взаимосвязи основных глобальных факторов формирования климата Земли в течение 130 тыс. лет. 1 – область оптимальных климатических условий; 2–3 – экстремальные периоды потепления климата (2) и похолоданий (3); 4–7– ход кривой цикла: 4 – с периодом около 200 млн лет, обусловленного обращением Солнечной системы вокруг галактическо го центра (космопланетарный фактор); 5 – с периодом 100 тыс. лет, связанного с изменением эсцентриситета орбиты Земли; 6 – с периодом 40,7 тыс. лет, обусловленного изменением наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики (астропланетарные факторы); 7 – с периодом около 10 тыс. лет, обусловленного автоколебательным характером энерго- и массообмена в системе "океан – атмосфера – суша – оледенение" (геопланетарный фактор).

Институтом оптического мониторинга по результатам статистического анализа температурного режима приземного слоя атмосферы за последние десятилетия на Юге Сибири установлено, что на фоне систематического повышения среднегодовой температуры выявлен устойчивый очаговый характер ускоренного потепления ее отдельных регионов с максимальным трендом более 0,5 °С за 10 лет (рис. 5.23). При этом амплитуда годового хода среднемесячной температуры в приземном слое атмосферы А_т, характеризующая устойчивость климатической системы, сохраняет в среднем зависимость от среднегодовой температуры Т (в градусах Кельвина), близкую к линейной типа А_т = a (300 – Т), где величина a для Северного полушария в целом равна 0,56, а для различных климатических зон Сибири принимает значения от 0,4 до 0,8.

Рис. 5.23. Очаговый характер ускоренного потепления климата регионов Сибири.

Институтом водных и экологических проблем на основе модели крупных вихрей, впервые реализованной для воспроизведения гидрофизических процессов во внутренних водоемах, описан феномен турбулентной проникающей конвекции, возникающей весной в озерах, покрытых льдом (рис.5.24). Проведенные расчеты показали, что разработанная модель позволяет адекватно воссоздать в подледном слое воды картину суточной изменчивости средних и вихревых полей скорости и температуры и воспроизвести гидрофизические параметры, оптимальные для вспышки продуктивности фитопланктона, которая наблюдается весной в олиготрофных озерах.

Рис. 5.24. Вертикальные профили конвективного потока тепла за счет крупных вихрей (K) и вертикальные профили мелкомасштабного подсеточного турбулентного потока тепла (KT) (традиционное градиентно-диффузное приближение) на первые (кривая 1), третьи (2), пятые (3) и седьмые (4) сутки после начала развития подледной проникающей конвекции.

Институтом географии разработана общая концепция территориального развития как реализация природно-ресурсных, социально-экономических потенциалов, ограниченная четко определенными экологическими нормативами. Методология используется при экологическом зонировании Байкальской природной территории в рамках реализации Федерального закона "Об охране озера Байкал", а также реализована в разномасштабном зонировании ряда модельных площадей (Ольхонский и Слюдянский районы Иркутской области, бассейн р. Голоустной, дельты р. Селенги, Забайкальский национальный парк и др.). Масштаб картографической проработки 1:200 000, 1:25 000 и 1:10 000. Разработана методика ландшафтного планирования экологически целесообразной деятельности человека в Байкальском регионе, направленная на устранение конфликтов интересов, в частности землепользователей, а также на решение конкретных проблем устойчивого развития (рис. 5.25).

В оглавление

Далее

Ваши комментарии Обратная связь

[СО РАН] [ИВТ СО РАН]

© 1996-2014, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 1996-2014, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
    Дата последней модификации: Tuesday, 12-Mar-2002 14:54:34 NOVT