«Экскурсии» полюса Земли видят хабаровские учёные
10.02.2023
1153
Учёные из Института тектоники и геофизики им. Ю. А. Косыгина ДВО РАН впервые в мире провели палеомагнитные исследования торфяных отложений Хабаровского края. Цель вовсе не поиски полезных ископаемых, а изучение изменений магнитного поля Земли за последние 10 тысяч лет. В чём важность этих исследований, к каким выводам приходят учёные, «Тихоокеанской звезде» рассказал директор института Алексей ПЕСКОВ.
- Всё, что касается внутренних процессов Земли, сегодня представляет не только научный интерес, - говорит Алексей Песков. - Например, большой резонанс в обществе вызвала информация китайских учёных о замедлении вращения внутреннего ядра Земли. Все люди интуитивно понимают, что изменения, происходящие в недрах нашей планеты, могут сказаться на повседневной жизни.
На самом деле ядро, которое долгое время вращалось немного быстрее относительно мантии, сегодня вращается примерно с той же скоростью, что и мантия, возможно, даже чуть медленнее. Однако это колебательный процесс, и такое неоднократно случалось в геологическом прошлом Земли.
Эти исследования важны, в том числе для изучения механизма генерации магнитного поля планеты. А оно - это наш «щит». Без магнитного поля невозможно существование практически всех живых организмов на планете, включая людей, а резкие изменения поля могут дать существенные сбои в работе навигационных систем, спутников и привести к ощутимому изменению климата.
Как «взорвать» климат и эволюцию
Известно, что в 2019 году международная модель магнитного поля Земли была досрочно обновлена Национальным геофизическим центром данных США по причине больших погрешностей, до 40 км, в расчете положения магнитных полюсов планеты.
Это стало следствием резкого возрастания скорости дрейфа северного магнитного полюса. Если в 70-х годах прошлого столетия скорость его движения составляла 10 км в год, то к 2015-му она увеличилась практически в пять раз - до 48 км в год.
Поэтому сегодня исследования по изменению магнитного поля Земли и прогнозы относительно его будущего поведения становятся особенно актуальными и формируют новый научный тренд в мировой науке. Чтобы понять будущее, необходимо хорошо понимать, как эти события происходили в прошлом. Именно такие исследования ведутся в Хабаровском крае, в нашем Институте.
Два необходимых для понимания работы учёных термина - инверсия и экскурс магнитного поля.
Относительно грубые изменения магнитного поля Земли (когда полюса меняются местами) называются инверсиями. Последний раз такое событие происходило около 780 тысяч лет назад.
Несколько десятилетий назад учёные установили, что есть и более тонкие вариации магнитного поля - экскурсы. Они случаются намного чаще. Это незавершенная инверсия, когда полюса начали меняться, но по каким-то причинам вернулись обратно. «Сходили на экскурсию». Любой экскурс - это резкое изменение характеристик магнитного поля, что в том числе приводит к изменению климата на планете.
Самый молодой экскурс на Земле произошёл 2,5 тысячи лет назад. Северный магнитный полюс тогда ушёл в южные широты, а затем вернулся обратно на своё историческое место.
Причём это событие косвенно подтверждается японскими коллегами - в 2019 году вышла научная работа по исследованию древних ассирийских глиняных табличек - на них нашли записи о северных сияниях, происходивших 2,5 тысячи лет назад над территорией древней Ассирии. А это 30-40 градусы северной широты, где северные сияния при современном положении полюсов Земли не происходят.
По данным исследования изотопов кислорода в осадочных породах Израиля известно, что 2500 лет назад на Земле было существенное похолодание. Существует еще ряд работ, показывающих взаимосвязь между вариациями магнитного поля Земли и изменением климата планеты.
Более того, итальянские и британские учёные в своей недавней работе экспериментально доказали влияние инверсий магнитного поля на эволюцию (скорость экспрессии генов) растений, даже сняли про это короткометражный фильм.
Сегодня учёные всего мира стараются спрогнозировать, когда произойдет очередной экскурс со всеми вытекающими климатическими и техногенными последствиями.
- Как люди узнают об экскурсах, произошедших в прошлом? Классический объект исследования - это горные породы, - рассказывает Алексей Песков, - Ввиду геологического масштаба времени образования горных пород запись экскурсов в них содержится неполно, а часто и вовсе пропущена.
Поэтому учёные всего мира ищут альтернативные объекты для палеомагнитных исследований, на которых в полном объеме записаны вариации магнитного поля в прошлом. Это как запись на магнитной плёнке, чтобы её всю считать, нужны вся кассета с плёнкой, а не её часть и, конечно, магнитофон (в нашем случае - криогенный магнитометр).
Наши зарубежные (китайские, тайваньские, американские) и российские коллеги из Института физики Земли РАН проводят исследования сталактитов и сталагмитов, а также других натёчных образований в пещерах. И получили важные результаты.
Долгая память торфа
В нашем Институте пошли другим путём. Несколько лет назад научная группа совместно
с коллегами из Института водных и экологических проблем ДВО РАН стала изучать торфяные отложения, расположенные в Хабаровском крае, для исследования космической погоды.
С использованием сканирующего электронного микроскопа со спектрометром они установили несколько горизонтов в торфах, обогащенных частицами космического происхождения (специфические сферические формы железа с различными примесями, самородные частички никеля и др.), тем самым выявив временные рубежи импактных событий, произошедших на Земле в голоценовое время.
- В ходе исследования нам с моим научным руководителем Алексеем Диденко, тогда директором института, крупным специалистом по магнитному полю, пришла идея изучить этот торф в палеомагнитном аспекте, благо у нас имеется уникальное оборудование - криогенный магнитометр (их всего четыре в России), - рассказывает Алексей Песков.
Прибор способен улавливать очень слабый магнитный сигнал. Учёные проанализировали торф и увидели, что в нём есть, хоть и слабая, магнитная запись, более того - в ней соответствующей современному положению полюса Земли есть аномальный интервал с отрицательными наклонениями намагниченности, и его возраст - 2,5 тысячи лет, а продолжительность этого интервала - около тысячи лет!
Кроме того, зафиксировали и менее продолжительное событие, мини-экскурс, который происходил примерно 500 лет назад, а его временной интервал совпал с историческим событием, которое характеризуется различными исследователями как малый ледниковый период в истории Земли. В это время во многих странах Европы прекратилось виноделие по причине вымерзания виноградников, сковывались льдами реки и озёра, которые в наше время не покрываются льдом.
- Ранее торф в палеомагнитном аспекте считался «пуст», и у нас тоже были сомнения, реальная ли эта магнитная запись или нет, - рассказывает Алексей Песков, - В ходе дальнейших исследований мы пришли к выводу, что реальна. Потому что такие аномальные участки намагниченности были нами установлены в разных торфяных разрезах, которые расположены на большом удалении друг от друга - от Николаевского района, неподалеку от оз. Чля, до района им. Лазо, в междуречье рек Хор и Кия. Сейчас мы проводим исследования торфяников, расположенных на побережье Охотского моря.
И что самое удивительное, в этом году мы провели исследование тех же образцов торфа на относительную палеонапряжённость, и она полностью совпала с археомагнитными данными (записанными в археологических находках - древней глиняной посуде, например).
Из этого можно сделать очень интересный вывод: напряженность магнитного поля как минимум за последние 6000-8000 лет ведет себя одинаково от побережья Пиренейского полуострова до побережья Охотского моря, а это 140 градусов по долготе. Также получили веский довод в пользу магнитной природы тех вариаций, которые записаны в исследованных торфах.
Данные наших учёных ценны в том плане, что позволяют с высокой точностью констатировать: магнитное поле Земли и 500, и 2500 лет назад, перед тем как произошли эти магнитные аномалии, не уменьшалось, что принято считать одним из предвестников инверсии поля, а наоборот, начало увеличиваться.
- Выводы оптимистичны, - говорит Алексей Песков. - Даже при тех изменениях скорости дрейфа северного магнитного полюса, которые сейчас наблюдаем, мы не видим существенного увеличения напряженности поля, поэтому вероятность экскурса, на наш взгляд, пока невысокая. Но поле очень динамичное.
Есть ли золото под Хабаровском?
Помимо целого ряда фундаментальных исследований Институт тектоники и геофизики им Ю. А. Косыгина ДВО РАН ведёт и прикладные, направленные на увеличение ресурсного потенциала Хабаровского края,
Дальнего Востока и страны в целом.
Институтская лаборатория физико-химических методов исследований ведёт поиск нетрадиционных типов месторождений полезных ископаемых на основе методов тонкого сканирования горных пород.
Учёные приходят к выводу, что, возможно, на данном этапе не стоит концентрироваться на поиске месторождений на промышленно не освоенных территориях севера Хабаровского края, оставив эти нетронутые места, например, для экотуризма и поддержания кислородного баланса планеты. А стоит искать на промышленно развитых территориях нашего края с учётом новых знаний и методов месторождения, которые ранее были пропущены.
Есть удачные примеры такой работы. Сотрудники лаборатории обнаружили очень интересную форму золота, названную первично-магматическим, поскольку, по всей вероятности, из этой формы образовалось всё золото, добываемое на планете. Интересно, что первично-магматическое золото (на самом деле это сплав золота, серебра и меди) имеет пробу 585, которая так популярна в реализации.
На базе Института создан Хабаровский инновационно-аналитический центр (ХИАЦ), где собрано современное оборудование - спектрометры, электронная микроскопия с индуктивно связанной плазмой, оборудование для магнитометрии и многое другое. Всё это позволяет проводить исследования элементного состава руд, горных пород, воды и других материалов, в том числе определять содержания благородных металлов.
- К нам обращаются коллеги из других институтов РАН, производственных организаций геологоразведочной и горнодобычной отраслей, - рассказывает Алексей Песков, - Бывает, что проводим и нестандартные для нас исследования, например, помогали медицинским организациям анализировать концентрацию ряда элементов в крови людей, проживающих на разных территориях.
Когда ждать землетрясения
Лаборатория сейсмологии и сейсмотектоники ИтиГ ведёт исследования современных движений земной коры, проводит фундаментальные исследования по расчету скоростей миграции землетрясений. Недавно здесь разработали метод использования ГЛОНАС и GPS-датчиков, который позволяет минимизировать ложные сигналы предупреждения о цунами при землетрясениях.
Лаборатория тектоники проводит геологические, геодинамические и металлогенические исследования тектонической эволюции восточной окраины Азии.
- Это фрагмент большой мозаики, которую собирают палеомагнитологи со всего мира для понимания общей картины формирования континентов и с прогнозом, как этот процесс пойдёт в будущем, - говорит Алексей Песков. - Здесь есть и практический момент: там, где тектонические блоки сталкивались, то есть происходила коллизия, концентрируются месторождения полезных ископаемых, и такие зоны, особенно древние, сложно установить без применения палеомагнитного метода.
Лаборатория тектоники осадочных бассейнов изучает закономерности формирования нефтегазоносных осадочных бассейнов. В частности, наши учёные совместно с коллегами из Владивостока проводят газогеохимическую съёмку - изучают снежный покров территории бассейна и по составу газов в нём определяют перспективные места для поисков углеводородов.
- Лаборатория региональной геофизики и петрофизики проводит самые мощные в геофизическом плане исследования - изучение глубинной структуры зоны сочленения «континент - океан», - говорит Алексей Песков. - Некоторые методы геофизических исследований, например, магнитотеллурическое зондирование Земли на территории Хабаровского края и Приморья, пожалуй, осталось только у нас.
Все исследования невозможны без современной компьютерной обработки, поэтому при Институте есть отдел геоинформационных технологий и прикладной геофизики. Сотрудники отдела с помощью специального программного обеспечения создают геолого-геофизические карты и различные базы данных.
Группа занимается и собственными исследованиями - есть свои разработки по дешифрированию космических снимков. В комплексе с геофизическими данными они позволяют делать прогнозы по расположению месторождений, аналогичных тому же Малмыжскому.
А всего в составе ИтиГ им. Ю. А. Косыгина работают 100 человек.
Беседовала
Раиса ПАЛЕЙ.
- Всё, что касается внутренних процессов Земли, сегодня представляет не только научный интерес, - говорит Алексей Песков. - Например, большой резонанс в обществе вызвала информация китайских учёных о замедлении вращения внутреннего ядра Земли. Все люди интуитивно понимают, что изменения, происходящие в недрах нашей планеты, могут сказаться на повседневной жизни.
На самом деле ядро, которое долгое время вращалось немного быстрее относительно мантии, сегодня вращается примерно с той же скоростью, что и мантия, возможно, даже чуть медленнее. Однако это колебательный процесс, и такое неоднократно случалось в геологическом прошлом Земли.
Эти исследования важны, в том числе для изучения механизма генерации магнитного поля планеты. А оно - это наш «щит». Без магнитного поля невозможно существование практически всех живых организмов на планете, включая людей, а резкие изменения поля могут дать существенные сбои в работе навигационных систем, спутников и привести к ощутимому изменению климата.
Как «взорвать» климат и эволюцию
Известно, что в 2019 году международная модель магнитного поля Земли была досрочно обновлена Национальным геофизическим центром данных США по причине больших погрешностей, до 40 км, в расчете положения магнитных полюсов планеты.
Это стало следствием резкого возрастания скорости дрейфа северного магнитного полюса. Если в 70-х годах прошлого столетия скорость его движения составляла 10 км в год, то к 2015-му она увеличилась практически в пять раз - до 48 км в год.
Поэтому сегодня исследования по изменению магнитного поля Земли и прогнозы относительно его будущего поведения становятся особенно актуальными и формируют новый научный тренд в мировой науке. Чтобы понять будущее, необходимо хорошо понимать, как эти события происходили в прошлом. Именно такие исследования ведутся в Хабаровском крае, в нашем Институте.
Два необходимых для понимания работы учёных термина - инверсия и экскурс магнитного поля.
Относительно грубые изменения магнитного поля Земли (когда полюса меняются местами) называются инверсиями. Последний раз такое событие происходило около 780 тысяч лет назад.
Несколько десятилетий назад учёные установили, что есть и более тонкие вариации магнитного поля - экскурсы. Они случаются намного чаще. Это незавершенная инверсия, когда полюса начали меняться, но по каким-то причинам вернулись обратно. «Сходили на экскурсию». Любой экскурс - это резкое изменение характеристик магнитного поля, что в том числе приводит к изменению климата на планете.
Самый молодой экскурс на Земле произошёл 2,5 тысячи лет назад. Северный магнитный полюс тогда ушёл в южные широты, а затем вернулся обратно на своё историческое место.
Причём это событие косвенно подтверждается японскими коллегами - в 2019 году вышла научная работа по исследованию древних ассирийских глиняных табличек - на них нашли записи о северных сияниях, происходивших 2,5 тысячи лет назад над территорией древней Ассирии. А это 30-40 градусы северной широты, где северные сияния при современном положении полюсов Земли не происходят.
По данным исследования изотопов кислорода в осадочных породах Израиля известно, что 2500 лет назад на Земле было существенное похолодание. Существует еще ряд работ, показывающих взаимосвязь между вариациями магнитного поля Земли и изменением климата планеты.
Более того, итальянские и британские учёные в своей недавней работе экспериментально доказали влияние инверсий магнитного поля на эволюцию (скорость экспрессии генов) растений, даже сняли про это короткометражный фильм.
Сегодня учёные всего мира стараются спрогнозировать, когда произойдет очередной экскурс со всеми вытекающими климатическими и техногенными последствиями.
- Как люди узнают об экскурсах, произошедших в прошлом? Классический объект исследования - это горные породы, - рассказывает Алексей Песков, - Ввиду геологического масштаба времени образования горных пород запись экскурсов в них содержится неполно, а часто и вовсе пропущена.
Поэтому учёные всего мира ищут альтернативные объекты для палеомагнитных исследований, на которых в полном объеме записаны вариации магнитного поля в прошлом. Это как запись на магнитной плёнке, чтобы её всю считать, нужны вся кассета с плёнкой, а не её часть и, конечно, магнитофон (в нашем случае - криогенный магнитометр).
Наши зарубежные (китайские, тайваньские, американские) и российские коллеги из Института физики Земли РАН проводят исследования сталактитов и сталагмитов, а также других натёчных образований в пещерах. И получили важные результаты.
Долгая память торфа
В нашем Институте пошли другим путём. Несколько лет назад научная группа совместно
с коллегами из Института водных и экологических проблем ДВО РАН стала изучать торфяные отложения, расположенные в Хабаровском крае, для исследования космической погоды.
С использованием сканирующего электронного микроскопа со спектрометром они установили несколько горизонтов в торфах, обогащенных частицами космического происхождения (специфические сферические формы железа с различными примесями, самородные частички никеля и др.), тем самым выявив временные рубежи импактных событий, произошедших на Земле в голоценовое время.
- В ходе исследования нам с моим научным руководителем Алексеем Диденко, тогда директором института, крупным специалистом по магнитному полю, пришла идея изучить этот торф в палеомагнитном аспекте, благо у нас имеется уникальное оборудование - криогенный магнитометр (их всего четыре в России), - рассказывает Алексей Песков.
Прибор способен улавливать очень слабый магнитный сигнал. Учёные проанализировали торф и увидели, что в нём есть, хоть и слабая, магнитная запись, более того - в ней соответствующей современному положению полюса Земли есть аномальный интервал с отрицательными наклонениями намагниченности, и его возраст - 2,5 тысячи лет, а продолжительность этого интервала - около тысячи лет!
Кроме того, зафиксировали и менее продолжительное событие, мини-экскурс, который происходил примерно 500 лет назад, а его временной интервал совпал с историческим событием, которое характеризуется различными исследователями как малый ледниковый период в истории Земли. В это время во многих странах Европы прекратилось виноделие по причине вымерзания виноградников, сковывались льдами реки и озёра, которые в наше время не покрываются льдом.
- Ранее торф в палеомагнитном аспекте считался «пуст», и у нас тоже были сомнения, реальная ли эта магнитная запись или нет, - рассказывает Алексей Песков, - В ходе дальнейших исследований мы пришли к выводу, что реальна. Потому что такие аномальные участки намагниченности были нами установлены в разных торфяных разрезах, которые расположены на большом удалении друг от друга - от Николаевского района, неподалеку от оз. Чля, до района им. Лазо, в междуречье рек Хор и Кия. Сейчас мы проводим исследования торфяников, расположенных на побережье Охотского моря.
И что самое удивительное, в этом году мы провели исследование тех же образцов торфа на относительную палеонапряжённость, и она полностью совпала с археомагнитными данными (записанными в археологических находках - древней глиняной посуде, например).
Из этого можно сделать очень интересный вывод: напряженность магнитного поля как минимум за последние 6000-8000 лет ведет себя одинаково от побережья Пиренейского полуострова до побережья Охотского моря, а это 140 градусов по долготе. Также получили веский довод в пользу магнитной природы тех вариаций, которые записаны в исследованных торфах.
Данные наших учёных ценны в том плане, что позволяют с высокой точностью констатировать: магнитное поле Земли и 500, и 2500 лет назад, перед тем как произошли эти магнитные аномалии, не уменьшалось, что принято считать одним из предвестников инверсии поля, а наоборот, начало увеличиваться.
- Выводы оптимистичны, - говорит Алексей Песков. - Даже при тех изменениях скорости дрейфа северного магнитного полюса, которые сейчас наблюдаем, мы не видим существенного увеличения напряженности поля, поэтому вероятность экскурса, на наш взгляд, пока невысокая. Но поле очень динамичное.
Есть ли золото под Хабаровском?
Помимо целого ряда фундаментальных исследований Институт тектоники и геофизики им Ю. А. Косыгина ДВО РАН ведёт и прикладные, направленные на увеличение ресурсного потенциала Хабаровского края,
Дальнего Востока и страны в целом.
Институтская лаборатория физико-химических методов исследований ведёт поиск нетрадиционных типов месторождений полезных ископаемых на основе методов тонкого сканирования горных пород.
Учёные приходят к выводу, что, возможно, на данном этапе не стоит концентрироваться на поиске месторождений на промышленно не освоенных территориях севера Хабаровского края, оставив эти нетронутые места, например, для экотуризма и поддержания кислородного баланса планеты. А стоит искать на промышленно развитых территориях нашего края с учётом новых знаний и методов месторождения, которые ранее были пропущены.
Есть удачные примеры такой работы. Сотрудники лаборатории обнаружили очень интересную форму золота, названную первично-магматическим, поскольку, по всей вероятности, из этой формы образовалось всё золото, добываемое на планете. Интересно, что первично-магматическое золото (на самом деле это сплав золота, серебра и меди) имеет пробу 585, которая так популярна в реализации.
На базе Института создан Хабаровский инновационно-аналитический центр (ХИАЦ), где собрано современное оборудование - спектрометры, электронная микроскопия с индуктивно связанной плазмой, оборудование для магнитометрии и многое другое. Всё это позволяет проводить исследования элементного состава руд, горных пород, воды и других материалов, в том числе определять содержания благородных металлов.
- К нам обращаются коллеги из других институтов РАН, производственных организаций геологоразведочной и горнодобычной отраслей, - рассказывает Алексей Песков, - Бывает, что проводим и нестандартные для нас исследования, например, помогали медицинским организациям анализировать концентрацию ряда элементов в крови людей, проживающих на разных территориях.
Когда ждать землетрясения
Лаборатория сейсмологии и сейсмотектоники ИтиГ ведёт исследования современных движений земной коры, проводит фундаментальные исследования по расчету скоростей миграции землетрясений. Недавно здесь разработали метод использования ГЛОНАС и GPS-датчиков, который позволяет минимизировать ложные сигналы предупреждения о цунами при землетрясениях.
Лаборатория тектоники проводит геологические, геодинамические и металлогенические исследования тектонической эволюции восточной окраины Азии.
- Это фрагмент большой мозаики, которую собирают палеомагнитологи со всего мира для понимания общей картины формирования континентов и с прогнозом, как этот процесс пойдёт в будущем, - говорит Алексей Песков. - Здесь есть и практический момент: там, где тектонические блоки сталкивались, то есть происходила коллизия, концентрируются месторождения полезных ископаемых, и такие зоны, особенно древние, сложно установить без применения палеомагнитного метода.
Лаборатория тектоники осадочных бассейнов изучает закономерности формирования нефтегазоносных осадочных бассейнов. В частности, наши учёные совместно с коллегами из Владивостока проводят газогеохимическую съёмку - изучают снежный покров территории бассейна и по составу газов в нём определяют перспективные места для поисков углеводородов.
- Лаборатория региональной геофизики и петрофизики проводит самые мощные в геофизическом плане исследования - изучение глубинной структуры зоны сочленения «континент - океан», - говорит Алексей Песков. - Некоторые методы геофизических исследований, например, магнитотеллурическое зондирование Земли на территории Хабаровского края и Приморья, пожалуй, осталось только у нас.
Все исследования невозможны без современной компьютерной обработки, поэтому при Институте есть отдел геоинформационных технологий и прикладной геофизики. Сотрудники отдела с помощью специального программного обеспечения создают геолого-геофизические карты и различные базы данных.
Группа занимается и собственными исследованиями - есть свои разработки по дешифрированию космических снимков. В комплексе с геофизическими данными они позволяют делать прогнозы по расположению месторождений, аналогичных тому же Малмыжскому.
А всего в составе ИтиГ им. Ю. А. Косыгина работают 100 человек.
Беседовала
Раиса ПАЛЕЙ.