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

Время Большого Пса. Зимнее небо Время Большого Пса. Зимнее небо

Главная достопримечательность созвездия Большого Пса — это Сириус

Наука и жизнь
3 простых способа сохранить молодость вашего мозга 3 простых способа сохранить молодость вашего мозга

Есть несколько способов сохранить работоспособность нашего мозга с годами

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Взаимо(не)выгодные отношения: стоит ли давать деньги в долг — личный опыт Взаимо(не)выгодные отношения: стоит ли давать деньги в долг — личный опыт

Можно ли давать деньги в долг и сохранить хорошие отношения?

Psychologies
В доме Лорки В доме Лорки

Гарсиа Лорка: необычная судьба, ранняя смерть и музей памяти поэта

Знание – сила
Страна дальнего следования Страна дальнего следования

В России работает непреложное правило — чем дальше в лес, тем ярче приключения

СНОБ
Завтра была война… Завтра была война…

Резкий поворот во внешней политике Советского Союза

Дилетант
Что будет если месяц не употреблять сахар? Вы поразитесь! Что будет если месяц не употреблять сахар? Вы поразитесь!

Что случится с телом, если месяц не есть сахар?

ТехИнсайдер
«Лишь тогда она достигнет полноты…» «Лишь тогда она достигнет полноты…»

Послереволюционная русская эмиграция — одна из самых драматичных страниц ХХ века

Дилетант
Настроить четкость Настроить четкость

Можно ли исправить астигматизм и вернуть зрению остроту

Лиза
Почему йога так популярна: большой разбор Почему йога так популярна: большой разбор

Что стоит за удивительной популярностью йоги?

Psychologies
Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed Я оптимист и знаю, что у меня всегда все получится | I’m an Optimist and I Know I’ll Always Succeed

Генеральный директор «Обсервер» — как создать модель понимания инвалидности

Позитивные изменения
9 книг, которые помогут чувствовать себя лучше в 2023 году 9 книг, которые помогут чувствовать себя лучше в 2023 году

Несколько книг, которые помогут почувствовать себя более спокойными

Inc.
Какие животные переживут глобальное потепление Какие животные переживут глобальное потепление

Какие животные смогут приспособиться к глобальному потеплению и выжить?

ТехИнсайдер
Не месть от бывшей, а обязательство перед ребенком: как устроены выплаты алиментов Не месть от бывшей, а обязательство перед ребенком: как устроены выплаты алиментов

Разбираемся, почему суммы алиментов становятся поводом для судебных тяжб

Forbes
Что делать при шутинге? Можно ли без опыта обезоружить преступника? Советы экспертов Что делать при шутинге? Можно ли без опыта обезоружить преступника? Советы экспертов

Выработайте «привычку к безопасности», — рекомендует преподаватель единоборства

ТехИнсайдер
«Легендарная женщина бьюти-индустрии»: Владислав Лисовец прокомментировал смерть Долорес Кондрашовой «Легендарная женщина бьюти-индустрии»: Владислав Лисовец прокомментировал смерть Долорес Кондрашовой

Владислав Лисовец рассказал о роли Долорес Кондрашовой в индустрии красоты

VOICE
Самые обедневшие в 2022 году российские миллиардеры Самые обедневшие в 2022 году российские миллиардеры

Кто и почему больше всех потерял из миллиардеров России?

Forbes
Долго и счастливо: 5 мифов об идеальном союзе — проверьте себя Долго и счастливо: 5 мифов об идеальном союзе — проверьте себя

Cамые распространенные заблуждения, которые мешают обрести реальную любовь

Psychologies
Королева наших сердец. Памяти Инны Чуриковой Королева наших сердец. Памяти Инны Чуриковой

О великой актрисе и великой женщине Инне Чуриковой вспоминает Сергей Николаевич

СНОБ
Игрушки из коляски: может ли книга принца Гарри привести к его исключению из семьи Игрушки из коляски: может ли книга принца Гарри привести к его исключению из семьи

Что можно узнать о королевской семье из книги принца Гарри?

Forbes
Убийственный снегоход. Как обезопасить себя на горном склоне Убийственный снегоход. Как обезопасить себя на горном склоне

Основные правила поведения на снежном склоне

4x4 Club
Петровский флот Петровский флот

«Полтава» — первый полноценный линейный корабль русского флота на Балтике

Дилетант
Преодоление раскисшего просёлка. Полезные советы Преодоление раскисшего просёлка. Полезные советы

Как правильно использовать рисунок протектора грязевой резины

4x4 Club
Оспа оказалась намного старше, чем считали ученые — этому вирусу не меньше трех тысяч лет Оспа оказалась намного старше, чем считали ученые — этому вирусу не меньше трех тысяч лет

Ученые отодвинули примерные границы возникновения оспы еще на 2000 лет назад

ТехИнсайдер
Как сделать красивые фото дома не хуже, чем в студии: простейший мастер-класс Как сделать красивые фото дома не хуже, чем в студии: простейший мастер-класс

Хочешь делать снимки для соцсетей, чтобы они получились не хуже, чем в студии?

VOICE
«Железный человек»: мужчина уже 70 лет заперт в железной капсуле, но она не мешает ему жить полной и счастливой жизнью «Железный человек»: мужчина уже 70 лет заперт в железной капсуле, но она не мешает ему жить полной и счастливой жизнью

Американец Пол Александер в 6 лет перенёс страшную болезнь — полиомиелит

ТехИнсайдер
Большинство людей эволюционно не могут противостоять холоду, но как нам удается жить в суровом климате? Большинство людей эволюционно не могут противостоять холоду, но как нам удается жить в суровом климате?

Почему наш вид стал доминировать во всех частях земного шара?

ТехИнсайдер
Тайм-аут, мозговой штурм и сбор информации: что делать, когда ситуация кажется безвыходной — 4 совета Тайм-аут, мозговой штурм и сбор информации: что делать, когда ситуация кажется безвыходной — 4 совета

Что делать, если все усилия кажутся бесполезными?

Psychologies
Справедливые чувства: почему мы имеем право выражать свои негативные эмоции Справедливые чувства: почему мы имеем право выражать свои негативные эмоции

Отрывок из книги психотерапевта Дэвида Бернса «Хорошее настроение»

Forbes
Открыть в приложении