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

Часы вместо компаса Часы вместо компаса

Показываемое часами время связано с положением Солнца

Наука и жизнь
Как люди выживают на Крайнем Севере: жизнь за Стеной Как люди выживают на Крайнем Севере: жизнь за Стеной

Жизнь вблизи полюсов похожа на выживание людей за Стеной, как в «Игре престолов»

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
Анна Гусева Анна Гусева

Знакомьтесь, новое лицо Дома Радио — Анна Гусева

Собака.ru
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Какое место во Вселенной с точки зрения богословия отведено инопланетянам?

Наука и жизнь
Диета на гречке Диета на гречке

Как продержаться на гречке 2 недели без голода и сколько можно сбросить

Лиза
Отвергнутая королева Отвергнутая королева

Фигура Марии Кровавой Тюдор ассоциируется с жестокостью и репрессиями

Дилетант
Терапия объятиями: как прикосновения и ласка влияют на наше здоровье Терапия объятиями: как прикосновения и ласка влияют на наше здоровье

Ученые доказали, что излечение прикосновениями действительно работает!

VOICE
От бумеров до альфа От бумеров до альфа

Теория поколений распространилась в виде мемов и героев. Кто из них вы?

Популярная механика
Почему Мойдодыр из одноименной сказки выбежал из маминой спальни? Оказывается, на то были свои причины Почему Мойдодыр из одноименной сказки выбежал из маминой спальни? Оказывается, на то были свои причины

Кто такой Мойдодыр и почему он был в маминой спальне?

ТехИнсайдер
Не блоху подковать Не блоху подковать

Краткая история развития нанотехнологий

N+1
Закон детской травмы: что делать, если прошлое мешает жить в настоящем Закон детской травмы: что делать, если прошлое мешает жить в настоящем

Как детские травмы мешают нам быть счастливыми?

Psychologies
Почему у iPhone до сих пор такой большой вырез под фронталку? Почему у iPhone до сих пор такой большой вырез под фронталку?

Почему монобровь iPhone намного больше вырезов и отверстий у Android-смартфонов?

CHIP
Как сохранить близость после рождения ребенка: 5 идей для пар — обязательно попробуйте Как сохранить близость после рождения ребенка: 5 идей для пар — обязательно попробуйте

Как избежать дилеммы: либо ребенок, либо любовь двоих?

Psychologies
В Хакасии обнаружили изваяние раннего бронзового века с изображением мужчины-шамана в звериной маске В Хакасии обнаружили изваяние раннего бронзового века с изображением мужчины-шамана в звериной маске

Результаты исследования двух стел окуневской культуры раннего бронзового века

N+1
Самые обедневшие в 2022 году российские миллиардеры Самые обедневшие в 2022 году российские миллиардеры

Кто и почему больше всех потерял из миллиардеров России?

Forbes
Chimera: посмотрите, как тестируют гибридный двигатель для нового мирового рекорда скорости полета Chimera: посмотрите, как тестируют гибридный двигатель для нового мирового рекорда скорости полета

Может ли беспилотник развить скорость больше, чем любой самолет в мире?

ТехИнсайдер
33 совета, за которые ты скажешь спасибо (потому что станешь счастливой) 33 совета, за которые ты скажешь спасибо (потому что станешь счастливой)

Поверь нам, эти лайфхаки способны значительно облегчить тебе жизнь

VOICE
«Пиноккио Гильермо дель Торо»: сказка про отцов и детей, фашизм и неминуемость смерти «Пиноккио Гильермо дель Торо»: сказка про отцов и детей, фашизм и неминуемость смерти

История создания красочной кукольной анимации «Пиноккио Гильермо дель Торо»

Forbes
Как запустить Windows с флешки: пошаговая инструкция Как запустить Windows с флешки: пошаговая инструкция

Как создать загрузочную флешку с Windows?

CHIP
Физики впервые продемонстрировали квантовую телепортацию энергии Физики впервые продемонстрировали квантовую телепортацию энергии

Стони Брук удалось телепортировать энергию, хотя и на небольшое расстояние

ТехИнсайдер
Renault ушел с «АвтоВАЗа»: что он после себя оставил и какие перспективы у автозавода Renault ушел с «АвтоВАЗа»: что он после себя оставил и какие перспективы у автозавода

Как сейчас живут «Автоваз» и Тольятти?

Forbes
На одной из лун Сатурна сугробы достигают 700 метров в глубину На одной из лун Сатурна сугробы достигают 700 метров в глубину

Толщина снежных сугробов на Энцеладе достигает феноменальных значений

ТехИнсайдер
Вот почему в западных школах учатся 12 лет. Меняем систему образования в РФ? Вот почему в западных школах учатся 12 лет. Меняем систему образования в РФ?

Рассматриваем несколько необычных фактов о школьном образовании на Западе

ТехИнсайдер
Как «гормоны счастья» могут принести несчастье: «темные стороны» окситоцина, дофамина, серотонина и эндорфина Как «гормоны счастья» могут принести несчастье: «темные стороны» окситоцина, дофамина, серотонина и эндорфина

Рассматриваем светлые и темные стороны каждого из «гормонов счастья»

Psychologies
Самые разбогатевшие в 2022 году российские миллиардеры Самые разбогатевшие в 2022 году российские миллиардеры

В 2022 году некоторые участники списка Forbes смогли увеличить свое состояние

Forbes
Свет в конце туннеля глазами ученых: что чувствует человек во время клинической смерти? Свет в конце туннеля глазами ученых: что чувствует человек во время клинической смерти?

Почему воспоминания о моменте смерти у многих пациентов сходятся?

ТехИнсайдер
«Не то же самое, что в одиночку»: зачем мастурбировать вдвоем — мнение сексолога «Не то же самое, что в одиночку»: зачем мастурбировать вдвоем — мнение сексолога

Из такого «одинокого» занятия, как мастурбация, может родиться наслаждение двоих

Psychologies
Ученые из США назвали практику, которая позволяет даже «обычным людям» научиться творчеству Ученые из США назвали практику, которая позволяет даже «обычным людям» научиться творчеству

Исследование показало, что в некоторой степени творчеству можно научиться

Inc.
Почему болят суставы Почему болят суставы

Что делать, если появились боли в спине, отечность и хруст суставов?

Лиза
Открыть в приложении