| 16. |
Аннотация |
Проект нацелен на решение фундаментальных задач геофизики для Арктического региона Российской Федерации (АЗРФ) по следующим четырем направлениям:
1. Исследование электромагнитных процессов околоземной среды и воздействий космической погоды на технологические системы;
2. Исследование крупных геологических структур и осадочных бассейнов на основе комплексного анализа гравитационного поля и других геофизических данных;
3. Оценка сейсмической и иных геодинамических опасностей в районах перспективного развития инфраструктуры российской Арктики;
4. Исследование климатических процессов, критичных для развития железнодорожной инфраструктуры.
Чем шире внедряются передовые технологии, тем чувствительнее становятся их сбои вследствие воздействия негативных факторов космической погоды. Одним из наиболее существенных проявлений космической погоды для наземных технологических систем являются геоиндуцированные токи (ГИТ), возбуждаемые при резких изменениях геомагнитного поля. Наведенные ГИТ могут приводить к сбоям в работе энергетических и транспортных систем, в частности, железнодорожной автоматики. Данный вопрос исследован мало, в то время как в большинстве исследований, связанных с космической погодой, основное внимание уделяется влиянию на электрические сети и спутниковую навигацию. Задача прогноза потенциально опасных геомагнитных возмущений, наиболее интенсивных в высокоширотных областях, является актуальной именно для арктической зоны РФ. В проекте будут исследованы закономерности в проявлении воздействия геомагнитных возмущений на работу автоматики железных дорог и линий электропередач. Для прогноза интенсивности ГИТ и, соответственно, снижения угроз и рисков для штатной работы объектов ж/д, будут построены физико-математические модели ГИТ. Актуальность предлагаемых исследований также обусловлена катастрофически недостаточным покрытием стационарных пунктов геомагнитных наблюдений в арктической и субарктической зонах РФ, поэтому в рамках проекта предполагается расширить сеть высокоточных магнитных обсерваторий стандарта ИНТЕРМАГНЕТ.
Информация о вариациях плотности в коре и верхней мантии необходима для понимания их структуры и динамики, в частности, для изучения сейсмичности. Сейсмологические методы были и остаются ключевыми методами исследования коры и верхней мантии, однако они не могут дать полного представления обо всех особенностях строения из-за неравномерного и разреженного покрытия исследуемого района. Данные же о гравитационном поле характеризуются равномерным и детальным покрытием благодаря последним космическим исследованиям. Однако использование гравитационных данных без другой информации практически невозможно из-за неоднозначности обратной задачи гравиметрии. Поэтому при построении модели коры и верхней мантии Арктической зоны РФ мы планируем использовать комплексный анализ всех имеющихся геофизических данных вместе с гравитационным полем и его производными. Комплекс методов для такого анализа был разработан авторами, а его эффективность доказана в серии исследований различных континентов. В результате будет получена трехмерная модель литосферы и подстилающей мантии до глубин порядка 300 км. Эти модели будут включать распределение основных границ в литосфере, а также физические параметры отдельных слоев. Особый акцент будет сделан на осадочных бассейнах, которые могут содержать большое количество месторождений полезных ископаемых. Будет проанализировано соотношение параметров этой модели с распределением сейсмичности. Построение тепловой модели литосферы позволит рассчитать вариации теплового потока, которые совместно с климатическими условиями оказывают прямое воздействие на слой вечной мерзлоты.
АЗРФ на сегодняшний день является малоизученным регионом с точки зрения оценок геодинамической опасности. Существующие для разных частей этого региона оценки значительно отличаются от реального положения дел. Это связано с существенной нестационарностью геодинамических процессов, вызванных изменением климата, сопровождающегося таянием ледников и деградацией вечной мерзлоты, а также с активной разработкой месторождений углеводородов и других ископаемых. В результате существенно увеличивается опасность возникновения землетрясений и оползней природно-техногенного характера. Флюидо-динамические процессы в осадочном чехле шельфа приводят к возникновению грязевых вулканов и дегазации дна. Определенную опасность представляют и льдотрясения, возникающие в горных районах и районах крупных озер и морских заливов при значительных перепадах температур. В рамках проекта будет создана ГИС-система признаков возможного возникновения геодинамических событий в АЗРФ и методика расчета на ее основе геодинамической опасности и риска. Особое внимание будет уделено методике расчета сейсмической опасности и риска для линейных объектов (железные дороги, линии электропередач, трубопроводы). Для таких объектов из-за невысокой вероятности сейсмических воздействий на единицу длины эффективны экономические оценки сейсмического риска, учитывающие как возможные потери от сейсмических воздействий, так и затраты на антисейсмические мероприятия.
В рамках четвертого направления будет вестись разработка геоинформационных методов и технологий сбора, анализа и прогноза на основе спутниковой информации и климатических моделей ключевых климатических параметров, которые непосредственно влияют на состояние инфраструктуры и устойчивое функционирование железнодорожного транспорта. В качестве тестовых будет использован ряд участков сети железных дорог в Мурманской области и Карелии. За основу будут взяты современные зарубежные и отечественные климатические модели. Спутниковая альтиметрия будет использована для изучения скорости подъема уровня и режима волнения Белого и Баренцева морей в районах, непосредственно прилегающих к приморским участкам железных дорог. Будут всесторонне исследоваться влияние арктических атмосферных аэрозолей на состояние и скорость разрушения объектов антропогенной деятельности, проблемы возникновения аэрозолей и их переноса, скорости осаждения, дисперсный и химический состав частиц, и их эволюция в течение жизненного цикла. Специальное внимание будет уделено коллективным эффектам в аэродисперсных системах, ведущим к заметным эволюционным сдвигам в функции распределения частиц по размерам и составу. Одновременно будут исследованы эффекты взаимодействия частиц с молекулами газа-носителя и химические превращения внутри и на поверхности аэрозольных частиц. Окончательные заключения будут сделаны относительно вкладов рассмотренных эффектов в скорости разрушения объектов, связанных с антропогенной активностью, и скорости загрязнения арктической атмосферы продуктами антропогенной деятельности.
Полученные в рамках указанных направлений новые данные будут впервые сведены в единую геоинформационную систему (ГИС) для возможности их комплексного анализа и комбинированной визуализации. При этом будет обеспечено высокоуровневое хранение географических объектов с использованием объектно-реляционной системы управления базами данных. Применение современных технологий геопорталов позволит обеспечить интерактивный онлайн-доступ к результатам проекта широкому кругу исследователей. Качественная визуализация представляет собой мощный инструмент в области моделирования и системного анализа и, как следствие, становится значимой частью обработки и менеджмента больших объемов данных. Значимую роль в подобных визуализациях играет интерактивность, позволяющая с помощью аппаратно-программных устройств управлять контентом. Впервые будут расширены возможности визуализации геопространственных 3D данных, полученных в ходе проекта, за счет внедрения технологий сферических визуализаций и дополненной реальности. Будут исследованы возможности развития базы данных ГИС по АЗРФ до уровня Больших Данных (Big Data). |