Почему институт физики Земли носит имя Отто Юльевича Шмидта?

Наука и жизньНаука

Геофизика: новые задачи и возможности

Член-корреспондент РАН Сергей Тихоцкий, директор Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта. Записала Наталия Лескова

Институт физики Земли, один из старейших и известнейших в системе Академии наук, носит имя знаменитого исследователя полярных земель Отто Юльевича Шмидта. Часто спрашивают — почему?

Сразу следует сказать, что Отто Юльевич — это человек, масштаб личности которого до сих пор мало кем понимаем, он намного крупнее, чем просто исследователь полярных земель. Шмидт начинал как математик, алгебраист, создал кафедру высшей алгебры на мехмате МГУ. Занимался организацией науки и образования, в частности в 1920-х годах был главой Государственного издательства — учебная, просветительская литература в тогдашней Советской России, Советском Союзе появилась в значительной степени трудами Шмидта. Затем очень много времени и сил он действительно посвятил исследованию Арктики, в частности Северного морского пути. Помимо знаменитых полярных экспедиций, на Севере было много и другой организационной работы, например, создавались полярные станции, и в этом тоже была заслуга Отто Юльевича.

Отто Юльевич Шмидт

Но занятий наукой Шмидт никогда не оставлял. В 1938 году он создал Институт теоретической геофизики (ИТГ), где развивался весьма широкий круг идей как фундаментального, так и вполне прикладного плана. Основное же детище Отто Юльевича в области геофизики — современная «холодная» космогоническая гипотеза, получившая своё оформление в 1940-е годы. Согласно гипотезе Шмидта, в отличие от ранее господствовавшей «горячей» теории Лапласа, планеты формируются из холодного газопылевого облака, частицы которого, сталкиваясь друг с другом, объединяются в скопления — протопланеты — вследствие гравитационной аккреции. Разогрев Земли и планет возникает, в основном, в результате превращения механической энергии в тепловую при этих столкновениях. Сейчас космогоническая теория Шмидта является общепринятой и блестяще подтверждается астрономическими открытиями экзопланет и протопланетных систем.

После объединения в 1946 году Института теоретической геофизики и Сейсмологического института АН СССР был создан Геофизический институт Академии наук — ГЕОФИАН, директором которого стал Шмидт, а наш институт позже стал преемником ГЕОФИАНа. Отто Юльевич к тому времени был, к сожалению, тяжело болен — у него развивался туберкулёз в неизлечимой на то время форме. Однако он успел создать школу. ИФЗ РАН по сей день продолжает заниматься развитием космогонической теории, отрабатывая её конкретные детали, и по праву носит имя Отто Юльевича Шмидта.

Надо сказать, огромная заслуга Отто Юльевича ещё и в том, что он умел создавать сильные команды, работающие на достижение цели. Он приглашал в институт людей самых разных специальностей — как математиков и физиков, так и геологов. Наши замечательные математики Сергей Львович Соболев и Владимир Иванович Смирнов (в будущем — академики) создали теорию функционально-инвариантных решений, послужившую основой для сейсмологии и сейсмического метода разведки, которые по сей день являются главным поставщиком информации о строении недр. И практически одновременно геофизик Григорий Александрович Гамбурцев, тоже будущий академик, разработал, в том числе с использованием этого математического аппарата, уже практические методы разведки на преломлённых и отражённых волнах.

Григорий Александрович Гамбурцев.

В те годы временной промежуток между теоретической разработкой и её практическим применением был очень мал (нам сейчас следует работать так же). И уже в 1930—1940-е годы прошлого века Гамбурцев, с 1949 года — преемник Шмидта на посту директора Института, с использованием только что созданных методов начал активную разведку Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, которую стали называть «вторым Баку». Гамбурцев сам ездил в экспедиции, сам занимался полевой работой, смотрел за приборами и одновременно оставался крупнейшим физиком и теоретиком в области геофизики.

Разведка и разработка этих месторождений сыграла колоссальную роль в обеспечении топливом промышленности и армии в годы Великой Отечественной войны и в послевоенном восстановлении нашей страны. Да и по сей день добыча нефти в этой области имеет важнейшее экономическое значение. Так что наш Институт занимается не только фундаментальными исследованиями, но и напрямую причастен к освоению недр, развитию промышленности и во многих отношениях, не только в области сейсморазведки, может считаться колыбелью разведочной и прикладной геофизики.

Особенность нынешнего момента в том, что геофизика находится на этапе настоящей научно-технической революции. Методы геофизической разведки, о которых я рассказал, были созданы преимущественно до 1960-х годов, с расчётом на применение в ту эпоху, с её вычислительными мощностями (а главной среди них был арифмометр), что требовало целого ряда приближений. Это очень непросто — сделать такие упрощения и аппроксимации правильно, не исказив основные особенности явления в рамках принятого приближения, — искусство физика во многом состоит именно в том, чтобы правильно оценить, какие члены в уравнении являются «малыми» и при каких условиях. В частности, классические методы сейсморазведки построены на так называемом лучевом приближении, когда длина волны предполагается значительно меньшей, чем размер неоднородностей в среде. Это хорошо работает, пока слои «толстые», то есть мощность слоя много больше длины волны, и эти слои квазиоднородны по своим свойствам. Классические методы блестяще решают задачи поиска крупных месторождений структурного типа, когда ловушки углеводородов представляют собой выгнутые вверх складки и нефть, которая легче воды, скапливается в верхней части свода, — так что можно обнаружить структуру, пробурить и получить углеводороды.

Однако подобных месторождений больше не осталось. Крупные месторождения углеводородов исчерпаны, и сейчас, для того чтобы вести поиск рентабельных к разработке месторождений, нужно исследовать маломощные, высоконеоднородные коллекторы*, где ловушки не являются структурными. Там очень сложная геология, где всё перемято в складки с разрывными нарушениями, и прежними методами в гетерогенной среде такие задачи решаются плохо. Аналогичные задачи возникают и при поиске и разведке месторождений твёрдых, в том числе — стратегически важных, полезных ископаемых: металлов, алмазов. Сейчас нам необходимы методы, которые учитывают полную физику распространения упругих волн в гетерогенных средах. Переход к таким методам происходит, но идёт он не очень просто. Многие теоретические наработки были сделаны уже в советское время, в частности — в сибирской научной школе, но их надо довести до практического применения. То есть нужно не просто создать метод, который физически правильно описывает сложную среду, нужно сделать продукт, удобный для пользователя.

* Коллекторы — горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ и воду и отдавать их при разработке.

И здесь, скажу попутно, существует серьёзная проблема — повышение квалификации и обучения геофизиков. Учебные планы геофизических специальностей во многом отстают от реальной жизни. В образовании это неизбежно, но в нашей отрасли особенно заметно. Для того чтобы готовить геофизиков сегодняшнего и тем более завтрашнего дня, надо существенно расширять как фундаментальную физико-математическую, так и практическую подготовку в области IT-технологий. Сейчас мы активно привлекаем к работе выпускников ведущих физико-технических вузов. Вообще, для ИФЗ РАН сотрудничество с университетами, высшей школой — одна из главных традиций.

Но, так или иначе, мы переходим к решению новых задач, описывающих физику распространения волн в сложных средах. Во многом аналогичная ситуация и по другим геофизическим методам — в геоэлектрике, в изучении аномальных полей Земли, этим мы также занимаемся в Институте. Новые задачи диктуют необходимость создания новых методов и технологий.

Если до начала XX века в геофизике царствовала эпоха «поиска и разведки», то сейчас наступила эпоха мониторинга. Крупных месторождений углеводородов уже мало, а те, что есть, характеризуются трудноизвлекаемыми запасами. Они содержат коллекторы, обладающие низкой проницаемостью, и чтобы выкачать оттуда нефть, нужно применять специальные методы, например, гидроразрыва пласта, кислотной обработки, парогазового воздействия и так далее. Поэтому надо развивать методы, повышающие эффективность разработки таких месторождений, и мы этим занимаемся. Но с точки зрения геофизики не менее важен мониторинг. По оценкам норвежских специалистов, до половины всей нефти, добытой в Северном море с середины 1990-х годов, было добыто исключительно за счёт оптимизации разработки на основе непрерывного сейсмического мониторинга. Дело в том, что любая модель (в частности, модель месторождения) всегда ущербна, это всегда некая приближённая аппроксимация среды, и в процессе разработки, вследствие объективной неполноты знаний, всегда что-нибудь пойдёт не так. Необходимо отслеживать, куда будет мигрировать нефть, не начнёт ли она скапливаться в каких-то неразбурённых ловушках, не отсечём ли мы залежи, не обводним ли их, закачав слишком много воды, не активизируются ли разломы. Для того чтобы сложная техническая система работала эффективно и давала максимум, нужен постоянный мониторинг.

Современной геофизике при изучении горных пород и минералов не обойтись без электронного микроскопа. Исследование проводит Татьяна Багдасарян.

Тут важно понимать ещё один момент. Новое месторождение — это хорошо, но это всегда новые трубы, новые заводы, новая логистика. Если месторождение старое и с него можно добыть ещё столько же нефти, сколько уже добыли, то экономически это значительно более выгодно. Поэтому задача мониторинга разрабатываемых месторождений выходит на первый план. Я сейчас говорю на примере нефти и газа, но на самом деле всё сказанное актуально и для других полезных ископаемых — в частности, для добычи алмазов, руд. Но у мониторинга есть свои особенности.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Десять значимых событий 2022 Десять значимых событий 2022

Что произошло в науке за 2022 год

Наука и жизнь
«Мы не снимали кино про дружбу народов» «Мы не снимали кино про дружбу народов»

Сардана Саввина о фильме «Не хороните меня без Ивана» и феномене якутского кино

Weekend
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
«Ординарные», «ни то ни сё» и «перлы»: как мужчины относились к женщинам в XIX веке «Ординарные», «ни то ни сё» и «перлы»: как мужчины относились к женщинам в XIX веке

Ты наверняка слышала слово «волокиты», но знаешь ли ты, что оно означает?

VOICE
«Держать город Кронштадт под обстрелом и день, и ночь» «Держать город Кронштадт под обстрелом и день, и ночь»

100 лет назад был подавлен крупнейший очаг сопротивления монополии на власть

Дилетант
Пик разума: как стресс, плохое настроение и чувство угрозы влияют на наше внимание Пик разума: как стресс, плохое настроение и чувство угрозы влияют на наше внимание

Как как концентрироваться, чтобы быть максимально продуктивным

Forbes
Откуда взошла Луна Откуда взошла Луна

Астрономы давно ломают голову над происхождением Луны

Вокруг света
Почему в конце дня отекают ноги: серьезный симптом, о котором нужно знать женщинам Почему в конце дня отекают ноги: серьезный симптом, о котором нужно знать женщинам

Откуда берутся отеки и как от них избавиться?

ТехИнсайдер
«Добрый» диктатор «Добрый» диктатор

Хрущёв искренне пытался улучшить жизнь народа. Но получилось... как всегда?

Дилетант
«Все мы воруем», или Признание прокурора империи «Все мы воруем», или Признание прокурора империи

Павел Ягужинский вошёл в историю России как первый государственный прокурор

Дилетант
Почему впервые не выросли продажи товаров для сексуального здоровья Почему впервые не выросли продажи товаров для сексуального здоровья

По итогам 2022 года российский рынок товаров 18+ показал отрицательную динамику

Forbes
Незабываемый 2012-й Незабываемый 2012-й

Сомелье о том, как «великий урожай» 2012 года изменил российское виноделие

СНОБ
Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed

Генеральный директор «Обсервер» — как создать модель понимания инвалидности

Позитивные изменения
«Не так важно что, лишь бы стащить». Откровения настоящих клептоманов «Не так важно что, лишь бы стащить». Откровения настоящих клептоманов

Клептомания – психическое расстройство, связанное с влечением к кражам

Лиза
Мы для них не авторитет: как общаться с современными детьми и подростками Мы для них не авторитет: как общаться с современными детьми и подростками

Как быть, если ребенок не признает авторитета родителей и учителей

СНОБ
«Я жертва, вы мне должны»: как быть страдальцем и всеми манипулировать «Я жертва, вы мне должны»: как быть страдальцем и всеми манипулировать

Кто эти люди, сидящие на игле собственной «несчастности»?

Psychologies
«Содружество» переработает амурскую сою «Содружество» переработает амурскую сою

В 2023 году компания «Содружество» начнет строительство нового предприятия в ДФО

Агроинвестор
Что я знаю о папе: часть 1. Бумажные куклы Что я знаю о папе: часть 1. Бумажные куклы

Рассказ Яны Верзун «Папа»

Psychologies
Владимир Чистяков Владимир Чистяков

«Сноб» обсудил с Владимиром Чистяковым амбиции, санкции и жареные пельмени

СНОБ
3 шага, которые помогут избежать конфликтов с коллегами (даже если вы говорите на разных языках) 3 шага, которые помогут избежать конфликтов с коллегами (даже если вы говорите на разных языках)

Как вернуть эффективность и удовольствие в рабочее общение

Inc.
Какие виды современных животных вошли в настоящий Какие виды современных животных вошли в настоящий

Действительно ли одни виды животных умнее других?

ТехИнсайдер
Мультиоргазм: 4 упражнения для мужчин — испытайте новые ощущения Мультиоргазм: 4 упражнения для мужчин — испытайте новые ощущения

Делимся упражнениями, которые помогут мужчинам получить мультиоргазм

Psychologies
«Аж трясет!»: 5 шагов, чтобы справиться с внутренней дрожью, — мнение психосоматолога «Аж трясет!»: 5 шагов, чтобы справиться с внутренней дрожью, — мнение психосоматолога

Как возникает внутренняя дрожь? Что поможет справиться с тревогой?

Psychologies
Найден дешевый способ добычи экологически чистого водородного топлива Найден дешевый способ добычи экологически чистого водородного топлива

Исследователи UMich продемонстрировали устройство искусственного фотосинтеза

ТехИнсайдер
Одна вокруг света: бразильские окна и секретные тропы Одна вокруг света: бразильские окна и секретные тропы

201-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Владимир Кошевой: «Я думал, что точка поставлена и играть в спектакле я не буду» Владимир Кошевой: «Я думал, что точка поставлена и играть в спектакле я не буду»

Владимир Кошевой — о том, какой ценой актерам даются сыгранные ими роли

Эксперт
Биометрические границы и аборты при помощи нанороботов: страшный сценарий развития ИИ Биометрические границы и аборты при помощи нанороботов: страшный сценарий развития ИИ

Апокалиптический сценарий будущего от футуролога Эми Уэбб

Forbes
Что нужно знать о чебуреках и где это восточное блюдо подают с красной икрой Что нужно знать о чебуреках и где это восточное блюдо подают с красной икрой

Почему многие думают, что чебурек должен быть только с мясом?

СНОБ
«Партнер мастурбирует»: стоит ли беспокоиться — разбор с сексологами «Партнер мастурбирует»: стоит ли беспокоиться — разбор с сексологами

Почему нам сложно принять то, что партнер может наслаждаться и без нас?

Psychologies
Александр Тоболь: «ВКонтакте открывает пользователям мир NFT» Александр Тоболь: «ВКонтакте открывает пользователям мир NFT»

У NFT в России появился шанс стать массовой и доступной технологией

Собака.ru
Открыть в приложении