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

Бои семейного значения Бои семейного значения

Вроде бы что может быть естественнее семейной жизни? Ан нет!

Дилетант
Как сделать оральный секс удачным? Советы, которые нужны каждому! Как сделать оральный секс удачным? Советы, которые нужны каждому!

Несколько простых фактов о том, как можно улучшить свою сексуальную жизнь

ТехИнсайдер
Солнце меняет климат Солнце меняет климат

Почему климат на Земле так стремительно меняется

Наука и жизнь
Холодные головы: как американка помогает женщинам сохранить волосы при химиотерапии Холодные головы: как американка помогает женщинам сохранить волосы при химиотерапии

Стартап, который помогает женщинам, столкнувшимся с онкологическим заболеванием

Forbes
Огонь-трава Огонь-трава

Повстречав это растение на своём пути, непременно замедлишь шаг

Наука и жизнь
Почему листья у одних растений живут долго, а у других быстро опадают Почему листья у одних растений живут долго, а у других быстро опадают

От чего зависит продолжительность жизни листьев?

ТехИнсайдер
Зимние забавы за пределами земли Зимние забавы за пределами земли

Возможно ли в темноте космоса найти места для катания на коньках?

Наука и жизнь
Арктика, Антарктика и Антарктида: в чем же разница? Арктика, Антарктика и Антарктида: в чем же разница?

Антарктика и Антарктида — это одно и тоже, но вот чем она отличается от Арктики?

ТехИнсайдер
Студент Эйнштейн Студент Эйнштейн

Путь Эйнштейна в науку был совсем не таким прямым и естественным

Наука и жизнь
Вредная свекровь, сосед или коллега? Как наладить отношения с неприятным человеком — советы коуча Вредная свекровь, сосед или коллега? Как наладить отношения с неприятным человеком — советы коуча

Что делать, если приходится налаживать контакт с тем, кто тебе неприятен?

Psychologies
Уроки русского: что общего между икрой рыб, кабачковой икрой и икроножной мышцей? Уроки русского: что общего между икрой рыб, кабачковой икрой и икроножной мышцей?

Почему икрами называются мышцы на голенях человека?

ТехИнсайдер
Как привить ребенку интерес к учебе — отвечает учитель Как привить ребенку интерес к учебе — отвечает учитель

Как педагоги и родители могут привить школьнику интерес к учебе?

СНОБ
Слышу звон и знаю где он: разработана отечественная система, способная выявлять технические неполадки по звукам Слышу звон и знаю где он: разработана отечественная система, способная выявлять технические неполадки по звукам

Как можно диагностировать неполадки в оборудовании на слух?

ТехИнсайдер
Зачем в СССР варили одежду: хитрости советских хозяек, которые нужно взять на заметку Зачем в СССР варили одежду: хитрости советских хозяек, которые нужно взять на заметку

В первую очередь, кипячение помогало избавиться от стойких пятен!

ТехИнсайдер
От ареста Радищева до травли Пастернака: краткая история цензуры в России От ареста Радищева до травли Пастернака: краткая история цензуры в России

Историк рассказывает о становлении цензуры как социального института в России

Forbes
Идеальный образ жизни, чтобы сдержать ухудшение памяти в старости. Стоит узнать! Идеальный образ жизни, чтобы сдержать ухудшение памяти в старости. Стоит узнать!

Исследование показало, что для здоровья важно соблюдать не одно правило

ТехИнсайдер
Листок как символ сокрытия: с чего начались гонения на наготу в искусстве Листок как символ сокрытия: с чего начались гонения на наготу в искусстве

Ольга Козлова рассказывает о ботанической символике в мировом искусстве

Forbes
На Алтае обнаружили ранее неизвестную популяцию среднего голоцена На Алтае обнаружили ранее неизвестную популяцию среднего голоцена

Палеогенетики прочитали древние геномы людей, останки которых нашли в Сибири

N+1
«Величайшее благо» Оливии Мэннинг — одна из самых ожидаемых книг 2023 года. Читаем фрагмент «Величайшее благо» Оливии Мэннинг — одна из самых ожидаемых книг 2023 года. Читаем фрагмент

Фрагмент третьей части романа «Величайшее благо» — «Снег»

Правила жизни
«Мой живот накладной, потому что мне 45?»: беременную Ольгу Орлову возмутили завистники «Мой живот накладной, потому что мне 45?»: беременную Ольгу Орлову возмутили завистники

Ольга Орлова пожаловалась, что ее обвинили в симуляции беременности

VOICE
Как велосипед помогал избавляться от корсетов и бороться за права женщин Как велосипед помогал избавляться от корсетов и бороться за права женщин

Как появление велосипеда изменило жизнь женщин

Forbes
Аму Хаджи: человек, который не мылся 67 лет Аму Хаджи: человек, который не мылся 67 лет

Аму Хаджи занесен в книгу рекордов Гиннеса

ТехИнсайдер
Молочный, миндальный или джесснера Молочный, миндальный или джесснера

Лучшие пилинги на зиму

Лиза
7 классных идей, как повторно использовать пустые пластиковые бутылки 7 классных идей, как повторно использовать пустые пластиковые бутылки

Старые бутылки разного объема можно применить в хозяйстве

ТехИнсайдер
Как нарциссы воспитывают детей: история одного взросления — прочитайте рассказ Как нарциссы воспитывают детей: история одного взросления — прочитайте рассказ

Нарциссические родители стремятся вырастить детей идеальными, нанося травмы

Psychologies
Покажут все: эти звезды завели аккаунты на OnlyFans – и не стесняются Покажут все: эти звезды завели аккаунты на OnlyFans – и не стесняются

Знаменитости, которые завели аккаунты на эротическом портале OnlyFans

VOICE
Почему в культуре и обществе гендерные стереотипы передаются из поколения в поколение Почему в культуре и обществе гендерные стереотипы передаются из поколения в поколение

Что мешает распространению прогрессивных взглядов и почему опускать руки нельзя

Forbes
Отношения на расстоянии Отношения на расстоянии

Как поддерживать любовь, когда вы не рядом, и есть ли в этом смысл?

Лиза
Почему твой капсульный гардероб не работает, хотя ты собирала его по правилам: мнение фэшн-эксперта Почему твой капсульный гардероб не работает, хотя ты собирала его по правилам: мнение фэшн-эксперта

Как подобрать себе хорошие повседневные look'и?

VOICE
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
Открыть в приложении