Знакомьтесь, исследователи Земли

Они ищут предвестников землетрясений и селевых потоков, открывают новые месторождения полезных ископаемых, исследуют вечную мерзлоту, изучают таинственные геологические объекты в Арктике. И это далеко не все, чем занимаются ученые Института земной коры СО РАН. В этом году учреждение отмечает 75-летие. О своих исследованиях ученые рассказали журналистам во время пресс-тура.

Дружба с Монголией началась с землетрясения

В приемной директора института, член-корреспондента РАН Дмитрия Гладкочуба на стенах и в витринах множество наград. Одну из них ИЗК СО РАН получил как раз перед юбилеем. Единственный в России академический институт, удостоенный ордена «Полярной звезды» – высшей государственной награды Республики Монголия.

– История уходит корнями в 1957 год, когда на территории Монголии произошло катастрофическое Гоби-Алтайское землетрясение, – пояснил Дмитрий Петрович. – Из-за малой населенности районов людских потерь там, к счастью, не было. Но колоссальные масштабы события привели к тому, что монгольское правительство обратилось к властям СССР, и иркутских ученых первыми привлекли к исследованиям стихии. Благодаря этому в мировой науке появилось новое направление – сейсмогеология и активно начало развиваться научное сотрудничество двух стран, которое продолжается до сих пор.

ИЗК СО РАН был организован в феврале 1949 года по решению Совета министров СССР для освоения природных богатств Восточной Сибири и научного сопровождения крупных проектов по развитию промышленных кластеров, переработке полезных ископаемых, созданию транспортной инфраструктуры.

С самого начала своей истории институт занимается не только фундаментальными исследованиями, но и научно-прикладными разработками в сфере экономики. Его ученые сделали открытия по обнаружению Якутской алмазоносной провинции, исследования под руководством одного из первых директоров института Михаила Одинцова легли в основу работы алмазодобывающей промышленности страны.

Сотрудники научного учреждения стали первооткрывателями уникального золоторудного месторождения Сухой Лог.

Ковыкта, БАМ, каскад Ангарских ГЭС, Знаменское месторождение гидроминерального сырья, ряд железорудных объектов – институт участвовал и продолжает участвовать в научном сопровождении многих программ и проектов общегосударственного масштаба.

Винт крутится – уголь обогащается

– В институте активно развивается изучение древней и современной тектоники – а это сейсмический процесс, с которым жители Иркутской области часто сталкиваются в последнее время. Новое направление исследований – освоение техногенных месторождений, использование материалов из тех месторождений, которые уже были переработаны. С одной стороны – это экономический эффект. С другой – снижение экологической нагрузки, – прокомментировал директор института.

С этим направлением журналисты познакомились в отделе комплексного использования минерального сырья. Нам показали работу винтовой установки. Сотрудники отдела разработали технологию добычи угля из угольных отвалов. Она легла в принцип работы этого оборудования.

– Углеобогатительные фабрики расположены в разных областях нашей страны. Республика Коми, южная Якутия, у нас это Черемхово и, конечно, Кузбасс и Донбасс – основные регионы, которые дают больше всего высококачественного угля. При переработке вынутых из карьера, разреза или шахты углей применяется процесс обогащения топлива. После этого происходит накопление больших гидроотвалов с породой, где находится уголь, который не взяла обогатительная фабрика. С помощью гравитационных и магнитных технологий процессов обогащения, причем без химреагентов, можно переработать эти отвалы, получив товарный угольный концентрат, – уточнил кандидат технических наук Евгений Прокопьев.

Технологию институт разработал по программе «Чистый уголь – зеленый Кузбасс» за счет средств минобрнауки и при содействии минэнерго России. С 2022 года проходили испытания, которые признаны успешными. Внедрять установки в производство будут в 2024–2025 годах.

Микросейсмический шум предупредит о катастрофе

Еще одна важная разработка Института земной коры – система экстренного мониторинга и оперативного освещения ответственных служб на случай схода селей. За эту работу в начале апреля институт получил благодарственное письмо губернатора области. Наш регион подвержен таким процессам, как сели, обвалы, оползни, карст. Поэтому в институте создана сеть полигонов и Центр комплексного мониторинга опасных геологических процессов. Все данные поступают в единую базу и выводятся на экран в режиме онлайн. Во время пресс-тура сейсмическая обстановка была спокойной. Но так бывает не всегда.

– В 2014 году поток сели сошел в поселке Аршан, один человек погиб. Первый этаж санатория завалило камнями и песком. Там работала сейсмическая станция Аршан, и нам удалось проанализировать микросейсмический фон до селевого потока и после. Мы увидели его увеличение и смену ориентаций колебаний с хаотической на ту, что указывала на источник колебаний. Это произошло за полчаса до прихода катастрофического потока в поселок. Если бы мы об этом знали заранее, то могли бы предупредить население, – рассказала ученый секретарь ИЗК СО РАН, кандидат физико-математических наук Анна Добрынина.

Ученые надеются, что в ближайшем будущем удастся внедрить разработанную ими систему по крайней мере в районе Байкальска, где находятся карты с отходами БЦБК.

Комплекс современного оборудования позволяет им измерять большое количество геофизических полей. С его помощью в 2020 году на полигоне в Бугульдейке удалось зафиксировать предвестники Кударинского землетрясения, в том числе резкое увеличение деформации горных пород, рост уровня и изменения ориентации микросейсмического шума. В прошлом году институт получил патент государственной регистрации на способ краткосрочного определения приближения сильного сейсмического события.

Молодежная арктическая лаборатория

В Институте земной коры работает более 330 человек. Из них порядка 35% – молодые ученые. Например, научный сотрудник Центра коллективного пользования ИЗК СО РАН Артем Мальцев окончил Казанский технологический университет, будучи аспирантом приехал поработать сюда на хорошей приборной базе. В итоге решил остаться в Иркутске. Нам он разъяснял принцип действия прибора T-STAR и суть разработанной здесь методики анализа апатита:

– Уникальность в том, что это первая такая методика в мире. Она может применяться как для больших, крупных кристаллов апатита, так и для микрокристаллов, что ранее вообще не было изучено с помощью этого метода. В прибор спектрометр мы закладываем пробу, включается рентгеновское излучение, появляется флюоресценция, и мы ее регистрируем с помощью детектора. В апатите содержатся редкоземельные элементы, которые используются в промышленности. Апатит – минерал, индикатор месторождений. Возможно, мы сможем найти залежи редкоземельных элементов.

Таким образом ученые уже изучили слюдянский апатит, сейчас они планируют исследовать минералы Кольского полуострова, для чего наладили сотрудничество с коллегами из Кольского научного центра РАН.

Север является одной из зон повышенного интереса ученых. Заведующий лабораторией комплексной геофизики ИЗК СО РАН Игорь Буддо сообщил, что совместно с Научным центром изучения Арктики при поддержке правительства Ямало-Ненецкого автономного округа институт выполняет большую работу по гранту Российского научного фонда. Она касается изучения флюидодинамических процессов в криолитозоне (горная порода, имеющая отрицательную температуру) этой части планеты:

– Мы стараемся изучить и доказать связи между возникновением булгунняхов – это бугры мерзлотного пучения с ледяным ядром. Они возникают в Арктике с глубинными процессами миграции углеводородов. Это стало актуальным в 2014 году, когда взорвался Ямальский кратер, образовалась воронка глубиной 50 и диаметром 20 метров. Ученые пытаются разобраться, почему взорвался бугор пучения, так как в Арктике таких бугров очень много. Нам надо понимать, какие из них поверхностного происхождения и безопасны, а от каких можно ждать взрывов. Для решения этой задачи необходимо поставить оптимальный комплекс геофизических методов, чтобы построить детальную 3-D модель этого бугра пучения до глубины 500–600 метров. Предстоит понять, как выглядит криолитозона, которую слагают многолетние мерзлые породы, и попытаться найти каналы флюидомиграции, по которым выходит, как мы считаем, поток газов, что может привести к газовому выбросу.

Ученые изучают и сами породы: бурят скважины, извлекают керны, изучают пробы льда, из которого состоит бугор пучения. В работе используют специальное оборудование Picarro, которое позволяет выполнять изотопный анализ кислорода.

Такие исследования планируется проводить системно на долгосрочной основе. В 2024 году в Институте земной коры создадут молодежную арктическую лабораторию. Это начинание поддержало минобрнауки РФ. Геохимики, геофизики и другие профильные специалисты будут изучать глубинное строение Арктики, мерзлоту, газовые гидраты.

На Ольхоне тает грунт

Тему мерзлоты мы продолжили обсуждать в лаборатории гидрогеологии. Ее научный сотрудник Артем Светлаков поделился с журналистами данными об изменении температур грунтов в связи с глобальным потеплением:

– В нашем регионе за последние лет 50 наблюдается положительный тренд температуры. Мы это наблюдаем, измеряя ее в скважинах. Бурим скважины на глубину примерно 20 метров, чтобы полностью изучить разрез по температурным изменениям. В последнее время особенно на Ольхоне мы видим изменения температур, причем там есть участки, отмеченные еще в 1960 годах как острова и линзы распространения многолетних мерзлых пород. На данном этапе есть определенная тенденция к тому, что идет повышение температуры. На некоторых участках у нас произошел переход от отрицательных температур к положительным.

Мерзлые грунты в ряде мест переходят в талое состояние. Этот процесс ученые наблюдают в динамике. По их информации, на острове Ольхон за 70–80 лет температура воздуха поднялась на полтора–два градуса, грунта – на один. И подобные явления не могут не сказаться на хозяйственной деятельности.

– У нас происходят различные геологические процессы, связанные, например, с просадками, которые часто распространены, допустим, в Баяндаевском районе. Особенно на линейных сооружениях, дорогах мы можем видеть, как некоторые участки начинают проседать. На Ольхоне деградация грунтов способствует развитию оползневых процессов. Береговой склон может частично уходить со своего стандартного места, перемещаться в сторону Байкала, что тоже влияет, особенно на участках активного развития туризма. Там, где вблизи прибрежной зоны строят базу отдыха, это может спровоцировать сход определенного участка и привести к негативным последствиям, – считает ученый.

В институте образцы пород специалисты анализируют с помощью уникального оборудования. Это единственная в России установка АСИС. Грунты в ней можно изучать в динамике и изменяя температуру в соответствии с поставленной научной задачей.

Современная геодинамика; геологическая среда и сейсмический процесс; внутреннее строение Земли, палеогеодинамика, эндогенные процессы в континентальной литосфере; ресурсы, динамика подземных вод и геоэкология. Такие сферы охватывают научные сотрудники ИЗК СО РАН. Здесь работают три отдела – геологический; геофизический; гидрогеологии и инженерной геологии.

Понятно, что за два часа, пока длился пресс-тур по институту, журналисты не успели даже поверхностно ознакомиться со всеми направлениями его работы. Значит, остается задел на будущее, и мы еще узнаем о новых фундаментальных открытиях и прикладных разработках, которые делают в иркутском Академгородке исследователи недр нашей планеты.