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

Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Что заводит ее больше всего: топ-3 женских фантазий Что заводит ее больше всего: топ-3 женских фантазий

Женщины выбирают партнера не только сознательно, но и бессознательно

Maxim
Вон из России! Вон из России!

Осенью 1922-го от причалов отходили не только корабли с белогвардейцами

Дилетант
Самые действенные советы по избавлению от жира на животе для женщин старше 40 лет — проверь, что ты упускаешь! Самые действенные советы по избавлению от жира на животе для женщин старше 40 лет — проверь, что ты упускаешь!

С возрастом метаболизм замедляется и худеть действительно становится труднее

VOICE
«Жил-был Анри Четвёртый…» «Жил-был Анри Четвёртый…»

Почему Генрих IV получил прозвище «добрый король»

Дилетант
Как строение зубов влияет на форму лица: разбираемся на примере звезд Как строение зубов влияет на форму лица: разбираемся на примере звезд

Как нижняя часть лица влияет на общую привлекательность человека?

VOICE
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Как найти человека по номеру телефона? 10 актуальных способов на разные случаи жизни Как найти человека по номеру телефона? 10 актуальных способов на разные случаи жизни

Узнать владельца неизвестного номера можно несколькими способами

CHIP
Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии Квантово-запутанная премия. От невероятного эффекта до технологии

Установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике

Наука и жизнь
Редкая болезнь изменила жизнь. Необычная судьба девушки со слоновыми ногами Редкая болезнь изменила жизнь. Необычная судьба девушки со слоновыми ногами

Как для одной американки болезнь буквально стала испытанием длинною в жизнь

ТехИнсайдер
Неизведанный Байкал Неизведанный Байкал

Факты о Байкале, которые мало кто знает

Наука и жизнь
Как разобрать гардероб и правильно хранить вещи: 5 простых советов Как разобрать гардероб и правильно хранить вещи: 5 простых советов

Структуризация шкафа точно снизит градус хаоса в жизни. Вот несколько советов

Правила жизни
Из гламурного безумства в тихую гавань: как икона нулевых Пэрис Хилтон смогла остепениться — а верилось с трудом Из гламурного безумства в тихую гавань: как икона нулевых Пэрис Хилтон смогла остепениться — а верилось с трудом

Как Пэрис Хилтон стала примерной женой и матерью

VOICE
Как искать работу в кризис: инвестиционный подход Как искать работу в кризис: инвестиционный подход

Что лучше: создавать ниши для себя или встраиваться в существующие?

Psychologies
Формула любви: как гормоны влияют на твои чувства и можно ли ими управлять? Формула любви: как гормоны влияют на твои чувства и можно ли ими управлять?

Можно ли сделать, чтобы "химия любви" работала в твою пользу?

VOICE
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
Коворкинг, фотошоп и прототип экосистемы Apple: 10 главных советских дизайн-решений, которые изменили (или могли бы изменить) будущее Коворкинг, фотошоп и прототип экосистемы Apple: 10 главных советских дизайн-решений, которые изменили (или могли бы изменить) будущее

Что занимало лучшие умы прошлого столетия

Правила жизни
Смартфон упал в снег: в чем опасность и как спасать девайс Смартфон упал в снег: в чем опасность и как спасать девайс

Рассказываем, как не продавать почку, чтобы оплатить ремонт.

Maxim
Кому сказать спасибо: 3 простые, но важные практики благодарности Кому сказать спасибо: 3 простые, но важные практики благодарности

Благодарность — навык, который помогает нам выстраивать гармоничные отношения

Psychologies
Одна вокруг света: плоские горы и холмы Бразилии, укрытые лоскутным одеялом Одна вокруг света: плоские горы и холмы Бразилии, укрытые лоскутным одеялом

202-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Бразилия

Forbes
Парящий дом Парящий дом

Современная вилла в Подмосковье с уникальной архитектурой

SALON-Interior
Вместо «Запасного»: 7 книг о королевской семье Вместо «Запасного»: 7 книг о королевской семье

Книги, рассказывающие истории британской монархии

Правила жизни
Скажи нет строгой диете! 7 советов по гармоничному похудению Скажи нет строгой диете! 7 советов по гармоничному похудению

Как скинуть набранные килограммы быстро и не сложно?

VOICE
«Сколько ты зарабатываешь?»: топ-5 провокационных вопросов «Сколько ты зарабатываешь?»: топ-5 провокационных вопросов

Как правильно подготовиться к интервью?

Psychologies
Названы самые безопасные автомобили 2022 года. Их можно купить в России Названы самые безопасные автомобили 2022 года. Их можно купить в России

Рейтинг самых безопасных автомобилей Euro NCAP 2022 года

РБК
От ворот поворот: знаменитости, которых отшили их звездные краши От ворот поворот: знаменитости, которых отшили их звездные краши

Кто кому отказал и какие звездные пары мы потеряли?

VOICE
Температура тела человека неуклонно снижается во всем мире — и, скорее всего, по вине кишечных бактерий Температура тела человека неуклонно снижается во всем мире — и, скорее всего, по вине кишечных бактерий

Кишечные бактерии играют роль в регулировании температуры тела

ТехИнсайдер
5 способов наладить общий язык с телом 5 способов наладить общий язык с телом

Рассказываем о пяти способах восстановить связь с телом

Psychologies
Горячий сезон Горячий сезон

Аргентинцы не представляют себе праздничного застолья без рагу локро

Вокруг света
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
Открыть в приложении