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

Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал Стекло под ногами, или как дневной свет попал в подвал

Город — словно остров в океане времени

Наука и жизнь
Необычный туризм. Британцы заинтересовались отдыхом и ночевками в церквях Необычный туризм. Британцы заинтересовались отдыхом и ночевками в церквях

Чемпинг: что особенного в этом виде туризма?

ТехИнсайдер
Земля. Прятки под мантией Земля. Прятки под мантией

Ядро Земли перестало вращаться, электромагнитное поле нашей планеты разрушается

Наука и жизнь
Научный стендап Научный стендап

Новые лица петербургской науки дают простые ответы на сложные вопросы

Собака.ru
Быт военного времени Быт военного времени

Первая часть ответов на вопросы о повседневной жизни в условиях военного времени

Дилетант
Бонни Гармус: «Уроки химии». Бестселлер New York Times Бонни Гармус: «Уроки химии». Бестселлер New York Times

Отрывок из трагикомического романа «Уроки химии»

СНОБ
Есть ли у растений нервы? Есть ли у растений нервы?

Нервов у растений нет, во всяком случае, в том виде, в каком они есть у животных

Наука и жизнь
Топ-10 лучших бизнес-книг 2022 года для предпринимателей: выбор Forbes Топ-10 лучших бизнес-книг 2022 года для предпринимателей: выбор Forbes

Бизнес-книги, которые помогут расширить кругозор и научиться принимать решения

Forbes
Куда ведут весенние палы лугов? Куда ведут весенние палы лугов?

Как реагирует на весенний пал растительность лугов, как меняется её структура?

Наука и жизнь
В поисках потустороннего мира: откуда у людей возникает тяга к мистике В поисках потустороннего мира: откуда у людей возникает тяга к мистике

Отрывок из книги «Битвы с экстрасенсами» — о мире ясновидящих и тарологов

Forbes
Крестная мать кокаина, Кровавая Мэри и любовница мафиози: 5 самых известных женщин-гангстеров в истории Крестная мать кокаина, Кровавая Мэри и любовница мафиози: 5 самых известных женщин-гангстеров в истории

Женщины-гангстеры, которые были такими же безжалостными как их коллеги-мужчины

ТехИнсайдер
Открытая акустика Открытая акустика

Игорь Яковенко — об иллюзорности границ между техническим и творческим

Seasons of life
Will Perfom: как Серена Уильямс придумала болеутоляющий крем за $1 млрд Will Perfom: как Серена Уильямс придумала болеутоляющий крем за $1 млрд

Легенда тенниса Серена Уильямс придумала болеутоляющее средство для спортсменов

Forbes
Менструация из носа? Почти: удивительный факт о женском организме! Менструация из носа? Почти: удивительный факт о женском организме!

Почему во время месячных у женщин течет кровь из носа и что с этим можно сделать

ТехИнсайдер
Некогда аферистка, теперь художница: чем Анна Делви занимается под домашним арестом Некогда аферистка, теперь художница: чем Анна Делви занимается под домашним арестом

Анна Сорокина, также известная как Анна Делви, о карьере в сфере искусства

Forbes
Почему мы загадываем желания под бой курантов и как это делать, чтобы они исполнились Почему мы загадываем желания под бой курантов и как это делать, чтобы они исполнились

Почему взрослые продолжают верить в новогодние чудеса?

Правила жизни
Не все хотят снять хиджаб и строить карьеру: что такое постколониальный феминизм Не все хотят снять хиджаб и строить карьеру: что такое постколониальный феминизм

Почему то, как борются за свободу на Западе, подходит не всем

Forbes
Мой муж — содержанец: как я была главой семьи и чем это закончилось Мой муж — содержанец: как я была главой семьи и чем это закончилось

Как заботливый муж превращается в камень на шее, который тянет тебя на дно

VOICE
Выпечка: сочетания без правил Выпечка: сочетания без правил

Сладкая выпечка — это история, понятная для всех

Bones
Боялась, что никто не воспримет всерьез: как Хейли Бибер строит косметический бизнес Боялась, что никто не воспримет всерьез: как Хейли Бибер строит косметический бизнес

Как развивается бренд Хайли Бибер

Forbes
Бес купюр Бес купюр

Художники изобразили, как представляют себе отношения человека и денег

Правила жизни
Кошкам наплевать на людей, а мужчины предпочитают красоток: 10 очевидных фактов, подтвержденных наукой Кошкам наплевать на людей, а мужчины предпочитают красоток: 10 очевидных фактов, подтвержденных наукой

Одно дело — житейская мудрость, а другое — наука, эксперименты, и статистика

ТехИнсайдер
Он протыкал себя шпагами, ел иголки и умер в трансе. Странная история голландского артиста Он протыкал себя шпагами, ел иголки и умер в трансе. Странная история голландского артиста

Жажда славы и самореализации приводят людей в разные сферы

ТехИнсайдер
Как выбрать по-настоящему теплую зимнюю куртку Как выбрать по-настоящему теплую зимнюю куртку

Исчерпывающий гайд о том, как купить верхнюю одежду на зиму и замерзнуть

Maxim
Снеживиночка и внучка Деда Мороза: что мы знаем о главном женском зимнем персонаже Снеживиночка и внучка Деда Мороза: что мы знаем о главном женском зимнем персонаже

Forbes Woman рассказывает о снегурочке и о других женских зимних персонажах

Forbes
«Москвичи» в кинематографе «Москвичи» в кинематографе

Какую роль сыграли «Москвичи» в любимых кинолентах?

Культура.РФ
Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы Дорогу активному отдыху: 5 видов спорта, которыми можно заняться в новогодние каникулы

Каким видом спорта заняться зимой?

ТехИнсайдер
Правила жизни Пеле Правила жизни Пеле

Правила жизни трехкратного чемпиона мира по футболу Пеле

Правила жизни
«Позволяйте проявлять самостоятельность»: 9 советов родителям детей с сильным характером «Позволяйте проявлять самостоятельность»: 9 советов родителям детей с сильным характером

Важнее всего, чтобы ребенок чувствовал, что вы его понимаете

Psychologies
“Мальчик-лобстер” сначала был артистом, а потом стал убийцей. Пугающая история “Мальчик-лобстер” сначала был артистом, а потом стал убийцей. Пугающая история

Даже юродивые люди могут быть жестокими

ТехИнсайдер
Открыть в приложении