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

Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Как установить сертификат Минцифры: подробная инструкция Как установить сертификат Минцифры: подробная инструкция

Рассказываем о том, как установить сертификат Минцифры 2022 года

CHIP
Русское серебро. Начало Русское серебро. Начало

Как в России искали и добывали серебро

Наука и жизнь
8 продуктов питания, которые снижают уровень холестерина в крови 8 продуктов питания, которые снижают уровень холестерина в крови

Изменения в рационе питания могут снизить уровень холестерина в вашем кровотоке

ТехИнсайдер
Политическое крещение Политическое крещение

Что побудило закоренелого язычника и развратника перейти в христианскую веру?

Дилетант
Ушли с молотка: самые дорогие произведения русского искусства, проданные в 2022 году Ушли с молотка: самые дорогие произведения русского искусства, проданные в 2022 году

Самые громкие продажи, случившиеся на мировых аукционах в 2022 году

Forbes
Мамонт: воскрешение Мамонт: воскрешение

Воссоздать мамонта и отправить его заселять Якутию

Популярная механика
Неандертальцы из Комб-Греналя предпочли охоту на открытой местности Неандертальцы из Комб-Греналя предпочли охоту на открытой местности

Палеозоологи изучили зубы оленей и быков, найденные на памятнике Комб-Греналь

N+1
Из жизни галактик Из жизни галактик

Во Вселенной существует множество галактик, и каждая из них особенная

Наука и жизнь
Cadillac XT4 и европейские ценности Cadillac XT4 и европейские ценности

Cadillac способен выпускать не только монументальный Escalade

4x4 Club
Харакири по всем правилам Харакири по всем правилам

6 марта 1929 года произошло событие, которое взбудоражило всю Москву

Дилетант
Теория равновесия Теория равновесия

Четыре века продолжались поиски Неведомой Южной Земли

Вокруг света
Как справиться с депрессией? Ученые дали необычный ответ! Как справиться с депрессией? Ученые дали необычный ответ!

Страдающие от депрессии люди могут помочь себе неочевидным способом

ТехИнсайдер
Как выбрать матрас для секса Как выбрать матрас для секса

Насколько ваша кровать подходит для секса?

Maxim
История мальчика, которого пытались превратить в девочку: жизнь Дэвида Реймера История мальчика, которого пытались превратить в девочку: жизнь Дэвида Реймера

Правда ли, что любого ребенка можно превратить хоть в мальчика, хоть в девочку?

VOICE
«Свежатинка»: самые обсуждаемые новые фильмы от женщин-режиссеров «Свежатинка»: самые обсуждаемые новые фильмы от женщин-режиссеров

Самые интересные «женские» премьеры 2022 года

Forbes
Сорос, Гейтс, Брин: самые щедрые благотворители США в 2023 году по версии Forbes Сорос, Гейтс, Брин: самые щедрые благотворители США в 2023 году по версии Forbes

Рейтинг самых щедрых миллиардеров США 2023

Forbes
Читай, зарабатывай: 6 книг про предпринимательство Читай, зарабатывай: 6 книг про предпринимательство

Книги, которые помогают строить бизнес

Правила жизни
Триллионы долларов: сколько метавселенная принесет человечеству (и как на ней заработать) Триллионы долларов: сколько метавселенная принесет человечеству (и как на ней заработать)

Отрывок из книги «Метавселенная: как она меняет наш мир»

Inc.
Что бодрит сильнее кофе: неожиданные напитки и продукты, которые помогут реактивно стартовать утром Что бодрит сильнее кофе: неожиданные напитки и продукты, которые помогут реактивно стартовать утром

Не только кофе: попробуй другие продукты и напитки — природные энергетики

VOICE
Как подтянуть фигуру к весне: 5 уникальных упражнений для дома — справится любая! Как подтянуть фигуру к весне: 5 уникальных упражнений для дома — справится любая!

Лови крутую программу тренировок для встречи весны во всеоружии

VOICE
Ученые разработали новый способ заморозки без вреда для здоровья и окружающей среды Ученые разработали новый способ заморозки без вреда для здоровья и окружающей среды

Поздоровайтесь с новым ионокалорическим охлаждением

ТехИнсайдер
Британка начала новую жизнь к 60 годам. Она отправилась в Китай и Куала Лумпур, проехавшись по транссибирской магистрали Британка начала новую жизнь к 60 годам. Она отправилась в Китай и Куала Лумпур, проехавшись по транссибирской магистрали

Как Нурайни Мидин набралась смелости осуществить свою давнюю мечту

ТехИнсайдер
52 миллиона лет назад за Полярным кругом жили родственники приматов 52 миллиона лет назад за Полярным кругом жили родственники приматов

Приматоморфы были размером с белку и хорошо приспособились к полярной ночи

ТехИнсайдер
Мозг кальмара и человека развиваются одинаково, несмотря на то, что их пути разошлись 500 миллионов лет назад Мозг кальмара и человека развиваются одинаково, несмотря на то, что их пути разошлись 500 миллионов лет назад

Основной план развития сложных мозгов может быть одним и тем же у разных видов

ТехИнсайдер
Пять дней, которые изменят все: диета биохакеров, или FMD Пять дней, которые изменят все: диета биохакеров, или FMD

План питания FMD помогает обновить организм и укрепить иммунитет

Правила жизни
Основные преимущества концепта RAM 1500 Revolution Основные преимущества концепта RAM 1500 Revolution

Концепт RAM 1500 Revolution BEV – первый электрический пикап легендарной марки

4x4 Club
Петух прожил 1,5 года без головы! Как такое возможно? Петух прожил 1,5 года без головы! Как такое возможно?

В середине XX века одна птица стала знаменитее некоторых кинозвезд

ТехИнсайдер
Календарь путешествий по России на 2023 год Календарь путешествий по России на 2023 год

12 идей для путешествий по России на 12 месяцев

Лиза
Такие девчонки: взлет и падение группы «Ранетки» Такие девчонки: взлет и падение группы «Ранетки»

Непростая история девичьей группы, для которой написали отдельный сериал

Правила жизни
Открыть в приложении