НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Интересная гипотеза обоснована сотрудниками Института геохимии.
С термодинамических позиций высока вероятность механизма землетрясений, вызванных бескислородной детонацией в литосфере очагов метастабильных скоплений тяжелых углеводородов, восходящих из мантийных глубин. Она рассчитана на количественной основе в рамках системы С—Н с помощью программного комплекса "Селектор-С". Мгновенный переход осуществляется по схеме метастабильные тяжелые углеводороды ® метан + водород + графит (алмаз).

Особенностью энергетической характеристики восходящих метастабильных углеводородных флюидов является экстремум их объемной энергетической емкости, достигаемой на интервале глубин 40—80 км.

Рис. 75. Схема детонации метастабильных очагов, образованных восходящими вверхней мантии потоками плотных углеводородных флюидов.

В Институте геофизики впервые выведены уравнения движения микронеоднородных сред с учетом конечных размеров микроструктур, а также пластичности в окрестности точек — концентраторов напряжений. В одномерном случае эти уравнения являются уравнениями Кортевега-де-Вриза (КДВ), которые хорошо известны во многих областях теоретической физики. Поглощение обусловлено микропластичностью, а дисперсия — конечными размерами микроструктур (рис. 76).

Рис. 76. Результаты расчетов: I - спектр P и S волн в источнике; II - спектр P волны на расстоянии трех длин волн; III - спектр S волны на том же расстоянии.

На этой основе дано объяснение различных частот продольных и поперечных волн и их амплитудных особенностей; возникла перспектива использования этих характеристик для изучения микроструктуры пористых сред осадочных толщ.

В Вычислительном центре теоретически обоснован и экспериментально апробирован метод активной сейсмологии для глобальной томографии Земли и изучения сейсмоопасных зон. Преимущество метода заключается в заданности координат виброисточника и времени начала его работы, в многократной повторяемость эксперимента, в возможности возбуждения колебаний заданной формы и поляризации, в управлении экспериментом на компьютерной основе и в экологической безопасности. В связи с запрещением ядерных взрывов этот метод остался единственным методом глубинного зондирования Земли.

Метод активной сесмологии можно применить для решения таких крупных задач, как изучение сейсмоопасных зон и глобальной томографии Земли.

Сотрудниками Института земной коры в рамках Международного проекта "Изучение активных деформаций в Байкальском рифте на основе применения методов сейсмотектоники и GPS-геодезии" повторными наблюдениями на 12 пунктах Байкальского геодинамического полигона получена информация для расчетов деформаций сети полигона за период с 1994 по 1996 гг. и восстановления современной кинематики движения блоков земной коры Южного Прибайкалья. Впервые инструментально оценена скорость раздвижения Байкальской впадины, которая не превышает 8 мм/год (рис. 78).

Рис. 78. Карта направлений горизонтальных смещений блоков в Байкальской рифтовой зоне в позднем плейстоцене-голоцене.

По данным изучения активных разрывных деформаций в зонах основных разломов Байкальской рифтовой зоны определены направления и скорости горизонтальных движений блоков земной коры в позднем плейстоцене и голоцене. Восстановленные направления векторов движения блоков указывают на различный тип взаимодействия Восточно-Саянского (З-В девергенция) и Забайкальского (СЗ—ЮВ конвергенция) блоков относительно стабильной Сибирской платформы. Рассчитанные скорости горизонтальных смещений по разломам в голоцене не превышали 5 мм/год.

В Институте геофизики предложено оригинальное объяснение фрактального характера инверсий магнитного поля Земли (МПЗ). Показано, что количество периодов между инверсиями (обращениями) МПЗ N(t) ~ t^-D, где t — длительность периода, D — фрактальная размерность (D=1,6). В основу модели, объясняющей замеченное пространственно-инвариантное соотношение, положена идея перестройки конвекции в ядре Земли при изменении радиуса ее внутреннего ядра. При увеличении толщины внешнего ядра h происходит увеличение длин конвективных ячеек x (x = 2h) и связанная с этим перестройка конвекции. Принято считать конвекцию устойчивой, если фрактальная мера конвективной ячейки f(x) = 1 (x₀ = 2h).

Аналогичные функции построены для ряда длин конвективных ячеек, которые возникают и перестраиваются в процессе эволюции Земли и, связанного с ней, увеличения величины h.

Рис. 79. Распределение функций, характеризующих устойчивость конвективных ячеек для различных длин x.

Из рис. 79 видно, что функции f(x) в значительной степени перестраиваются, однако, есть области (на шкале x), где перекрытия практически нет. Это области устойчивой конвекции. В моменты устойчивой конвекции, происходит интенсивный теплоотвод от внутреннего ядра к границе ядро—мантия. Это, по—видимому, вызывает перегрев границы и появление суперплюмов. В такие периоды генерация МПЗ устойчива и обращений поля не происходит, реализуется режим суперхронов.

В области проблем докембрия анализ новейших данных по структуре гранит-зеленокаменных областей архея щитов древних платформ, сделанный сотрудниками Института геологии, показывает широкое распространение в этом этаже аккреционных комплексов. Эти комплексы представляют собой нагромождение тектонических покровов, пластин и чешуй, сложенных толщами, возникшими в пространственно изолированных геодинамических обстановках и в современной структуре тектонически совмещенных. Этот факт свидетельствует о действии механизмов тектоники литосферных плит уже на ранних стадиях развития Земли. Предполагается, что в архее процессы тектоники плит были более тесно связаны с тектоникой мантийных струй обусловленных более горячей мантией и повышенным тепловым потоком. Эта связь выражается в "тектонике малых плит".

Обнаруживается принципиальное сходство структуры и эволюции ансамблей архейского, раннепротерозойского и рифей-фанерозойского возраста. Некоторые их различия связаны с необратимостью эволюции глобальных геологических процессов в истории планеты.

С целью изучения генетических особенностей месторождений золота, платины и алмазов в Институте минералогии и петрографии проведены эксперименты по моделированию природных рудно-магматических систем типа Норильска—Садбери—Бушвельда. Изучено поведение платины и палладия при кристаллизации сульфидных расплавов. Установлено, что платина в ходе кристаллизации образует определенную последовательность самостоятельных минеральных фаз: тетраферроплатина PtFe, изоферроплатина Pt₃Fe, куперит PtS и двойной сульфид меди и платины СuPt₂S₄. В отличие от платины, палладий проявляет ярко выраженную тенденцию к рассеянию в главных рудообразующих минералах, в первую очередь в пентландите. Только в медистых минеральных ассоциациях при высокой летучести серы палладий может выделяться совместно с минералами платины в форме самостоятельного сульфида высоцкита PdS (Рис. 80).

Рис. 80. Минеральные формы выделения платины и паладия при температуре 550⁰C в пентландитовом сечении системы Ni-Cu-Fe-S.

Эти данные имеют принципиальное значение при построении геолого-генетических моделей рудообразования, разведке платиноносных месторождений и усовершенствовании технологий извлечения элементов платиновой группы из сульфидных руд.

В том же институте синтезирован новый представитель семейства медьсодержащих алюмосиликатов — СuAl₂Si₂O₇(F, OH)₂, названный по основным минералообразующим элементам куалситом. Эпитаксиально нарощенные на монокристаллические затравки топаза Al₂SiO₄(F, OH)₂ слои куалсита окрашены в небесно-голубой или зеленый цвета. Кристаллы имеют ромбическую симметрию (Pbnm), параметры электронной ячейки a = 4,757 и b = 8,877 A близкие к структуре топаза, c = 14,075 — в 1,5 раза больше. Расшифровка структуры куалсита позволяет рассматривать его как сополимер топаза и гипотетического метасиликата меди CuSiO₃. Слои [AlO₆]-октаэдров в плоскости ab структуры куалсита идентичны таковым для топаза (рис. 81), что объясняет возможность нарастания топаза и куалсита друг на друга вплоть до роста "сэндвичеподобных" образований. Проведено термогравиметрическое исследование куалсита, изучены его физические свойства, ИК— и ЭПР—спектры.

Рис. 81. Проекция структур топаза (а) и куалита (b) на плоскости ac.

Конструкторско-технологическим институтом монокристаллов разработана технология, обеспечивающая возможность одновременного роста на затравку в ячейке высокого давления нескольких (до 6 штук) кристаллов алмаза весом до 0,1 — 0,3 карата. Такие кристаллы предназначены для правильного и волочильного инструмента: фильеры размером 3 мм с отверстием 41 мкм, иглы и карандаши для правки шлифовальных кругов. Проведенные на ряде заводов испытания, показали, что полученные по разработанной технологии алмазы могут заменить в инструменте высококачественные природные алмазы.

Конструкторско-технологическим институтом геофизического и экологического приборостроения разработана технология создания нового класса портативных газоаналитических приборов — ручных микрохроматографов типа "ТОРНАДО", работающих с воздухом в качестве газа-носителя (рис. 83).

Рис. 83. Структура хроматографического обнаружителя "ТОРНАДО".

В основу технологии положено нанесение стабильных жидких фаз в поликапиллярные колонки, миниатюризация ионизационных детекторов, работающих с воздухом в качестве газоносителя, высокоэффективная очистка воздуха с авторегенерацией фильтров. Достоинство новых приборов: отсутствие баллонов высокого давления; малый вес; полная автономия; малое энергопотребление; автоматическое принятие решения об обнаружении токсичных органических веществ, включая фенолы, хлорфенолы, наркотики, взрывчатые вещества; сопряжение с любым персональным компьютером при работе в режиме обнаружения или анализа концентрации вредных веществ в воздухе.

При исследовании состояния водных ресурсов и прогноза водообеспеченности страны Институтом водно-экологических проблем совместно с Международным институтом прикладного системного анализа (Австрия) создана комплексная информационно-моделирующая система (Программа DESERT) для принятия решений по управлению качеством вод в масштабе речного бассейна.

Программа DESERT обладает следующими возможностями.

В области изучения состояния криолитозоны и прогноза ее развития Институтом криосферы Земли впервые составлена карта проявлений криогенных геологических процессов масштаба 1:7500000 на ландшафтной основе, охватывающая всю криолитозону России. Карта имеет научно-практическое значение и предназначена для широкого круга специалистов, связанных с проблемами изучения и освоения областей распространения многолетнемерзлых пород.

По распространению криогенных физико-геологических процессов криолитозона России разделена на 8 провинций: Арктические острова, Европейский Север, Урал, Западная Сибирь, Восточная Сибирь, Северо-Восточная Сибирь, Забайкалье и Дальний Восток.

Сотрудниками Института мерзлотоведения расшифрована природа "высокотемпературных" (выше —1⁰ C) мерзлых пород, широко развитых в криолитозоне Центральной Якутии. Решающая роль в формировании "высокотемпературных" пород и надмерзлотных таликов принадлежит динамике влажности слоя протаивания — промерзания (рис. 84).

Рис. 84. Динамика общих запасов влаги в 3-метровом слое грунта (а) и пространственно-временного распределения влажности в слое сезонного протаивания (б).
Влажность, % 1 - 2,5; 2 - 4,5; 3 - 6,0; 5 - 19,0%.

Летнее содержание влаги в таком слое превышает зимнее на 70—150 мм. Теплопроводность талых грунтов вследствие их повышенной увлажненности летом в целом больше, чем мерзлых грунтов зимой. При одинаковых затратах тепла на фазовые переходы воды протаивание при прочих равных условиях идет более интенсивно, чем промерзание.

[В оглавление]

Go to Home Site

[Сл. раздел]