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

«У нас хватило ума…» «У нас хватило ума…»

Как завершалась холодная война между СССР и США?

Дилетант
Едим по-русски: история знаменитого салата оливье и не только Едим по-русски: история знаменитого салата оливье и не только

Кто придумал эти традиционные русские блюда и как изменился рецепт?

Лиза
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Тайсон повернут на марихуане: курил даже перед боями, а теперь зарабатывает миллионы на ранчо и планирует тематический парк Тайсон повернут на марихуане: курил даже перед боями, а теперь зарабатывает миллионы на ранчо и планирует тематический парк

Мы осуждаем это увлечение Майка Тайсона, ты тоже осуди!

Maxim
Говорящие рыбы Говорящие рыбы

Как рыбы издают звуки?

Наука и жизнь
Когда уже пора подарить телефон ребенку: мнение ученых Когда уже пора подарить телефон ребенку: мнение ученых

Если ребенок давно просит личный телефон, стоит подумать об этом

ТехИнсайдер
Прострелы, или Сны наяву Прострелы, или Сны наяву

Весной в степях, по сухим лугам можно увидеть сказочно красивый цветок

Наука и жизнь
Подключение к Swift: как Тейлор Свифт выросла из девочки с гитарой в миллиардера Подключение к Swift: как Тейлор Свифт выросла из девочки с гитарой в миллиардера

Почему Тейлор Свифт достойна всего, что имеет

Правила жизни
Две лже-Екатерины Две лже-Екатерины

Волею судеб русские портреты оказались разбросаны по музеям всего мира

Дилетант
Что психологические защиты говорят о нас: 7 типов характера — мнение психолога Что психологические защиты говорят о нас: 7 типов характера — мнение психолога

Как по древнейшим защитам определить тип характера собеседника?

Psychologies
Традиции святочной недели, которые кажутся дикими современному человеку Традиции святочной недели, которые кажутся дикими современному человеку

Вечерки, коляда и совершенно дикое гадание в овине

Maxim
Королева ненадежности: самая плохая винтовка в мире Королева ненадежности: самая плохая винтовка в мире

Автоматическая винтовка, которая давала один отказ на 30-60 выстрелов

Maxim
Переворот в Долине: почему Маск стал человеком года в мировом IT-бизнесе Переворот в Долине: почему Маск стал человеком года в мировом IT-бизнесе

Реформы в Twitter приведут к серьезнейшим последствиям для всей IT-индустрии

Forbes
Гаутам Адани: как сын торговца текстилем стал миллиардером благодаря связям с властью Гаутам Адани: как сын торговца текстилем стал миллиардером благодаря связям с властью

Гаутам Адани накопил миллиарды благодаря давним связям с премьер-министром Моди

Forbes
Великий американский персонаж Великий американский персонаж

Как Норман Мейлер создал «роман реальной жизни»

Weekend
5 вопросов, которые помогут избавиться от чувства вины 5 вопросов, которые помогут избавиться от чувства вины

О чем нужно помнить, сталкиваясь с чувством вины?

Psychologies
3 золотых правила, которые каждая женщина должна привнести в свою жизнь 3 золотых правила, которые каждая женщина должна привнести в свою жизнь

Советы, которые помогут сделать твою жизнь гармоничнее и насыщеннее

VOICE
6 «полезных» продуктов, которые вредят сильнее фастфуда 6 «полезных» продуктов, которые вредят сильнее фастфуда

Некоторые продукты незаслуженно причислены к лику ЗОЖ

Maxim
Старение можно обратить вспять эпигенетическим перепрограммированием Старение можно обратить вспять эпигенетическим перепрограммированием

Если восстановить нормальную работу эпигенетики, организм можно омолодить

ТехИнсайдер
Обойдемся без капель Обойдемся без капель

12 способов снять отек и заложенность носа

Лиза
Что пишет пресса об автобиографии принца Гарри «Запасной» Что пишет пресса об автобиографии принца Гарри «Запасной»

Первые рецензии западной прессы на автобиографию принца Гарри «Запасной»

Правила жизни
Каждый день вы должны... заправлять постель. Вот почему ученые настаивают на этом Каждый день вы должны... заправлять постель. Вот почему ученые настаивают на этом

Необходимость в застилании постели видят не специалисты по гигиене, а психологи

ТехИнсайдер
История городов будущего: от античного полиса до города «по интересам» |  The History of Cities of the Future: from the Ancient Polis to the City Based on Interests История городов будущего: от античного полиса до города «по интересам» |  The History of Cities of the Future: from the Ancient Polis to the City Based on Interests

Как менялось понимание города в разные исторические эпохи?

Позитивные изменения
10 западных знаменитостей, которые любят водку 10 западных знаменитостей, которые любят водку

Многие известные люди неровно дышат к водке!

Maxim
Ванильное небо Ванильное небо

Лаконичный и выдержанный интерьер в стиле роскошного минимализма

SALON-Interior
«Пока она варит дома борщи, мне достается самое сладкое» «Пока она варит дома борщи, мне достается самое сладкое»

5 историй женщин, которым нравится статус любовницы

Лиза
5 вещей, которые не делают люди с высокой самооценкой, — проверь себя 5 вещей, которые не делают люди с высокой самооценкой, — проверь себя

Низкая самооценка способна отравить человеку жизнь. Как не надо делать?

Maxim
«Я продаю поэзию»: лучшие цитаты Симона Порта Жакмюса о работе, Париже и не только «Я продаю поэзию»: лучшие цитаты Симона Порта Жакмюса о работе, Париже и не только

Вашему вниманию — цитаты Жакмюса о работе, жизни и смысле моды как таковой

Правила жизни
Как запустить Windows с флешки: пошаговая инструкция Как запустить Windows с флешки: пошаговая инструкция

Как создать загрузочную флешку с Windows?

CHIP
5 гениальных способов применить эпоксидную смолу: самодельные украшения, поделки и даже мебель 5 гениальных способов применить эпоксидную смолу: самодельные украшения, поделки и даже мебель

При желании из эпоксидки можно смастерить много необычных и интересных вещей

ТехИнсайдер
Открыть в приложении