Новости науки

[Scyther]

Государственная программа по развитию AI в России обяжет бизнес использовать нейросети
https://hightech.fm/2019/05/30/ai-russia-putin

0 мая 2019 года президент Владимир Путин проводит обсуждение концепции развития искусственного интеллекта (AI) на территории России, которые подготовили Сбербанк и правительство.

Согласно концепции, доля компаний малого и среднего бизнеса, которые используют искусственный интеллект в своей работе, должна увеличиться до 10% в 2024 году и до 20% в 2030 году. Также нейросети в своей работе должны будут использовать и госорганы.

К 2024 году российские разработчики должны выпустить собственный чип для работы с искусственным интеллектом, а к 2030 году — первые устройства на его основе. Кроме того, к 2030 году разработчики должны представить системы искусственного интеллекта, которые будут решать лучше человека широкие задачи.

В документе развития науки и искусственного интеллекта также указывается, что отечественные ученые должны войти в топ-10 по цитируемости среди исследований алгоритмов и математических методов.

Кроме того, правительство должно будет создать онлайн-платформы с обезличенными государственными данными и данными российских компаний как для обучения специалистов, так и для анализа нейросетями. Необходимо устранить дефицит специалистов в области искусственного интеллекта за счет открытия собственных образовательных программ и с помощью привлечения иностранных инженеров.

В документе указывается и на недостаток законодательной базы для сбора данных искусственным интеллектом.

Разработкой квантовой связи в России займется РЖД.

Инвестиции в разработку искусственного интеллекта за следующие шесть лет в России превысят 90 млрд рублей. Кроме того, РФПИ планирует вложить в стартапы, связанные с искусственным интеллектом, еще $2 млрд, однако пока в стране нет столько компаний, которые могут привлечь подобные инвестиции в рамках этой программы.

[Scyther]

Химики научились ускорять реакции в 10 000 раз. Это может изменить все виды химического производства!
https://hightech.fm/2019/05/30/chemistry-10

Ученые из Американского центра энергетических инноваций обошли естественный лимит катализаторов, благодаря которым ускоряются химические реакции.

В традиционной химии для ускорения реакций ученые используют катализаторы. Например, реакция на поверхности металла произойдет намного быстрее, чем обычно. При этом самый лучший катализатор должен уравновешивать две части химической реакции, а вступающие в реакцию молекулы не должны слишком сильно касаться поверхности.

Ученым удалось использовать для ускорения химических реакций осциллирующий катализатор. Волна, которая может быть и в верхнем, и в нижнем положении, позволяет различным частям химической реакции проходить независимо друг от друга с разной скоростью.

В случае, если волна, взаимодействующая с поверхностью катализатора, совпадает с естественной частотой химической реакции, скорость резко увеличивается благодаря резонансу.

Это открытие позволит в десятки раз увеличить производство для удобрений, продуктов питания, пластмасс, топлива и множества других проектов. Ученые отмечают, что переход от традиционных катализаторов к динамичным может произвести незаметную для стороннего человека революцию в промышленности.

[Scyther]

WikiLeaks ( JULIAN ASSANGE ) Releases MOON LANDING Cut Scenes Filmed In Nevada Desert (A MUST WATCH)
WikiLeaks ( JULIAN ASSANGE ) демонстрирует ПРИЛУНЕНИЕ вырезки из фильма, снятого в пустыне штата Невада
https://youtu.be/Z3FJ2dhr-aA

[Scyther]

Отсечь всё лишнее
https://www.nkj.ru/news/36301/
В МФТИ создали компактный, устойчивый флуоресцентный белок, которому не нужен кислород.

Флуоресцентная микроскопия – метод исследования живых тканей, основанный на явлении наведенного свечения – флуоресценции. Некоторые белки обладают способностью под действием внешнего излучения определенной длины волны излучать свет другой длины волны. Образно говоря, флуоресценция – это когда вы освещаете объект зелёной лампой, а он светится не зелёным, как всё окружающее, а скажем, красным.

 Точно такой же принцип справедлив и для молекул: если флуоресцентный белок методами генной инженерии прицепить к какой-либо интересующей нас биомолекуле, то за поведением последней можно наблюдать в микроскоп и изучать его жизнь внутри клетки. Этот метод оказался настолько важен для науки, что за флуоресцентную микроскопию были присуждены одна за другой две Нобелевские премии: одна за открытие самого метода, другая – за радикальное повышение его точности.

Но те флуоресцентные белки, которые до сих пор применялись для изучения внутриклеточной жизни, обладали некоторыми важными недостатками. Во-первых, они могли быстро распадаться под действием тепла. Во-вторых, они обладали большими размерами, что весьма затрудняло их прикрепление к белкам, которые интересуют исследователя. Но самое важное – они не могли флуоресцировать в отсутствие растворённого кислорода.

Биофизикам из МФТИ в сотрудничестве с учеными из Института структурной биологии (Гренобль), Исследовательского центра г. Юлих и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена удалось создать белок, лишённый всех этих недостатков: он хорошо переносит высокие температуры, может флуоресцировать без кислорода и в отличие от своего природного аналога имеет компактные размеры.

Чтобы «отрезать» от природного белка всё лишнее, исследователи сконструировали последовательность ДНК, которая кодирует только флуоресцентный фрагмент молекулы. Ген, в котором закодирован новый белок, подсадили в клетки кишечной палочки, которая и занялась его производством.

Именно этих совокупных свойств давно ждали исследователи процессов, происходящих в живых клетках: подсаживая флуоресцентные белки в клетку или «пришивая» миниатюрную молекулу к другим белкам, можно наблюдать, как эти белки живут, развиваются и взаимодействуют друг с другом. В частности, флуоресцентная микроскопия – один из лучших инструментов изучения механизмов возникновения и развития злокачественных опухолей.

[Scyther]

Ламповая революция
https://www.nkj.ru/news/36298/

Физики МФТИ создали прототип нового вида ламп освещения, обладающих лучшими в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света.

Привычные всем лампы накаливания очень неэкономичны: в видимый свет в них преобразуются всего несколько процентов потребляемой электроэнергии. Поэтому для освещения уже давно используются значительно более экономичные светодиодные и люминесцентные лампы. Однако первые «не любят» повышенную температуру, а вторые используют вредные пары ртути, которые порождают ультрафиолетовое излучение под действием электрического разряда.

 Проблема в том, что Россия подписала международную Минаматскую конвенцию о ртути, направленную на защиту здоровья людей и окружающей среды от выбросов ртути и её соединений, которые могут приводить к отравлениям. С 2020 года конвенция запрещает производство ряда бытовых приборов, содержащих ртуть. Так что с будущего года люминесцентные лампы окажутся вне закона. Что же придёт им на смену?

С 1980-х годов во многих странах исследователи ведут работы по созданию так называемых катодолюминесцентных светильников. В них внутри вакуумной колбы находятся катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод), между которыми создано значительное напряжение (до десятка тысяч Вольт). Под действием электрического поля электроны, испускаемые катодом, разгоняются и бомбардируют поверхность анода, под которой нанесен слой люминофора, испускающий при этом свет. В зависимости от люминофора такая лампа может излучать практически в любой области спектра — от красной до ультрафиолетовой. Особенно актуальна сейчас их способность давать ультрафиолетовое излучение. При этом, что важно, катодолюминесцентные осветительные приборы никакой ртути не содержат и абсолютно экологичны как в эксплуатации, так и при утилизации.

Как говорится, всё новое – это хорошо забытое старое. Таким же способом создавали поток электронов кинескопы старых телевизоров и электронные лампы (радиолампы). Однако в них катод испускал электроны при сильном нагреве. Когда же катодолюминесцентные лампочки с нагреваемым катодом попытались серийно производить в США, рынок не принял новинку, – основном из-за ее громоздких размеров и необходимости ждать после включения несколько секунд, пока катод достигнет рабочей температуры. По той же причине старый ламповый телевизор или радиоприёмник начинал работать не сразу после включения, а после того, как «прогреется».

В поисках решения проблемы физики изобрели катоды, не требующие нагрева, так называемые автокатоды. Их принцип действия основан на явлении автоэлектронной эмиссии — испускании электронов холодным катодом под действием электрического поля за счет туннельного эффекта. Вот только создать эффективный, долговечный и при этом технологичный автокатод, имеющий приемлемую для массового производства себестоимость, оказалось крайне сложно. Ни в Японии, ни в США, где сейчас ведутся подобные работы, этого сделать до сих пор не удалось, а российским физикам — удалось!

Исследователи из МФТИ и ФИАН создали и испытали прототип такой лампы, обладающей не достигнутыми никем в мире характеристиками надежности, долговечности и силы света. Об этом они рассказали в журнале Journal of Vacuum Science & Technology B

Как объяснил руководитель работы профессор МФТИ Евгений Шешин, разработанный автокатод построен на основе обычного углерода. Исследователи научились создавать из углеродных волокон такую конструкцию, которая не боится ионной бомбардировки, дает большой ток, технологична и дешева в производстве. Такой технологии нет больше нигде в мире. Специальная обработка позволяет формировать на острие катода множество микровыступов размером в доли микрона (тысячная доля миллиметра), создающих вблизи поверхности катода сверхвысокую напряженность электрического поля, которая и выбивает электроны в окружающий вакуум.

Второе достижение российских физиков заключается в том, что им удалось сконструировать компактный источник высокого напряжения, необходимого для работы лампы. Его удалось разместить по периметру колбы лампочки, почти не влияя на ее размеры.

Результаты испытаний свидетельствуют, что новая лампочка при массовом производстве вполне способна конкурировать с массовой светодиодной продукцией из Китая. Она не содержит импортных комплектующих и может выпускаться на любом отечественном электроламповом заводе. Она сможет окончательно вытеснить экологически опасные ртутные люминесцентные лампы, которые мы сейчас повсеместно используем в своих квартирах.

[Scyther]

В Японии представили первые в мире органические лазерные диоды
https://hightech.fm/2019/05/31/organic-diods

Схематическое представление органического полупроводника лазерного диода, производящего голубое лазерное излучение при электрическом возбуждении

Разработчики из Центра исследования органической фотоники и электроники в Университете Кюсю продемонстрировали лазерный диод, построенный на базе органических полупроводников.

Использование лазерных диодов позволит сделать очередной рывок в развитии таких технологий, как биосенсоры, дисплеи, здравоохранение и оптическая связь.

Долгое время органические лазерные диоды считались недостижимой целью в области светоизлучающих устройств. В них используют органические материалы для излучения света вместо неорганических полупроводников, таких как арсенид галлия и нитрид галлия, используемых в традиционных устройствах.

Лазерные диоды во многом похожи на органические светодиоды (OLED), в которых тонкий слой органических молекул излучает свет при подаче электроэнергии. OLED стали популярным выбором для дисплеев смартфонов из-за их высокой эффективности и ярких цветов, которые можно легко изменить, создав новые органические молекулы.

Органические лазерные диоды производят гораздо более чистый свет, но для достижения процесса генерации требуются токи, величины которых выше тех, что используются в светодиодах. Эти экстремальные условия приводили к тому, что ранее исследованные устройства выходили из строя задолго до того, как начиналась генерация излучения.

Ученые из Центра исследований органической фотоники и электроники в Университете Кюсю сообщили, что они реализовали органические полупроводниковые лазерные диоды.

«Я думаю, что многие люди в научном сообществе сомневались, увидим ли мы когда-нибудь реализацию органического лазерного диода, — говорит Атула С. Д. Санданаяка, ведущий автор статьи. — Но благодаря улучшенным материалам и новым устройствам мы наконец сделали это».

Важным шагом в генерации является подача большого количества электрического тока в органические слои для достижения состояния, называемого инверсией населенности. Однако высокое сопротивление многих органических материалов затрудняет получение достаточного количества электрических зарядов до того, как сами материалы нагреются и сгорят.

Вдобавок ко всему различные процессы потерь, присущие большинству органических материалов и устройств, работающих при высоких токах, снижают эффективность, повышая необходимый ток еще выше.

Чтобы преодолеть эти препятствия, исследовательская группа использовала высокоэффективный органический светоизлучающий материал (BSBCz) с относительно низким сопротивлением электричеству и небольшими потерями — даже при подаче большого количества электричества. Но одного правильного материала было недостаточно.

Они также разработали конструкцию устройства с решеткой из изоляционного материала поверх одного из электродов, используемых для подачи электричества в тонкие органические пленки. Известно, что такие сетки — так называемые распределенные структуры обратной связи — создают оптические эффекты, необходимые для генерации, но исследователи сделали еще один шаг вперед.

«Оптимизируя эти сетки, мы смогли не только получить желаемые оптические свойства, но и контролировать поток электричества в устройствах и минимизировать количество электричества, необходимое для наблюдения генерации от органической тонкой пленки», — говорит Адачи.

Исследователи настолько уверены в обещании этих новых устройств, что основали начинающую компанию KOALA Tech Inc., чтобы ускорить исследования и преодолеть последние препятствия, оставшиеся для использование органических лазерных диодов в массовом производстве.

[Scyther]

Специальный прибор превращает квантовое определение килограмма в реальную массу
https://scientificrussia.ru/articles/spetsialnyj-pribor-prevrashchaet-kvantovoe-opredelenie-kilogramma-v-realnuyu-massu

Ученые изобрели прибор, который измеряет массу через постоянную Планку, - пишет sciencenews.org со ссылкой на IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement.

Раньше килограмм был равен массе специального металлического цилиндра, который хранился под Парижем. 20 мая килограмм стал определяться по квантово-механическому числу, известному как постоянная Планка.

Используя это новое определение, ученые из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге (штат Мэриленд) создали уменьшенную версию устройства, называемого весами Киббла, для непосредственного измерения массы в несколько граммов через постоянную Планку.

Полномасштабные весы Киббла требуют своего собственного лабораторного помещения, их создание стоит миллионы долларов, а управлять ими может только доктор наук. Новые весы Киббла размером с чемодан, имеет высоту чуть более полуметра и стоят около 50 000 долларов. Это делает их доступными, например, для фармацевтических компаний, которые должны точно дозировать небольшие дозы лекарств.

Традиционные весы работают, сравнивая масс в двух половинках. Но весы Киббла сравнивают массу с электромагнитной силой, необходимой для удержания этой массы. Некоторые электромагнитные величины, такие как напряжение и сопротивление, могут быть привязаны к квантовым измерениям, включающим постоянную Планку, связывающую эту величину с массой объекта.

Поскольку постоянная Планка имеет одинаковое значение везде, исследователи могут напрямую измерять массу в любом месте и в любое время, не ссылаясь на парижский артефакт.

Новый прибор вдохновлен Legos. По словам инженера-механика Леона Чао, исследователи ранее сделали весы «Lego Kibble», чтобы помочь людям понять, как работают инструменты. Этот опыт «подсознательно посадил семя».

[Scyther]

Земная атмосфера – уникальный и очень сложный организм
https://scientificrussia.ru/articles/zemnaya-atmosfera-unikalnyj-i-ochen-slozhnyj-organizm

Игорь Иванович Мохов, академик РАН, научный руководитель Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.

– Игорь Иванович, мы находимся в знаменитом Институте физики атмосферы, которому уже 63 года. Вы были его директором, сейчас – научный руководитель. Скажите, пожалуйста, несколько слов об истории института. Когда он возник, в связи с чем, какие были поставлены задачи.

– Институт был образован в 1956 году. В это время Геофизический институт АН СССР (ГЕОФИАН), первым директором которого был О.Ю. Шмидт, разделился на три – Институт физики Земли, Институт физики атмосферы (ИФА) и Институт прикладной геофизики. Первым директором ИФА до 1989 года был будущий академик Александр Михайлович Обухов.

Чем институт знаменит? В первую очередь - это исследования турбулентности атмосферы. А.М. Обухов был учеником А.Н. Колмогорова, автором и соавтором классических законов турбулентности. Под его руководством Институт стал признанным мировым лидером в исследованиях атмосферной турбулентности и других направлениях физики атмосферы. При этом, наряду с теоретическими, широким фронтом проводились экспериментальные исследования, включая экспедиционные и лабораторные.

Диапазон исследований, проводимых ИФА, достаточно широк: изучение динамики атмосферы как теоретическими методами, так и с помощью лабораторного моделирования; развитие новых дистанционных методов определения параметров атмосферы; изучение атмосферной оптики и акустики; исследование верхних слоев атмосферы, малых примесей и т.д.

С самого начала, когда наш институт был организован, ключевой задачей было применение для исследования природных процессов физико-математических методов. Сейчас ИФА – один из ведущих научных центров в мире в области наук об атмосфере.

– А почему исследования турбулентности так важны?

– Это важно с разных точек зрения. Слово это латинского происхождения, означает беспорядочный, бурный. Исследования атмосферной турбулентности имеют и фундаментальное, и прикладное значение. Мы все сталкиваемся с турбулентными процессами регулярно. Достаточно вспомнить объявления в самолете о вхождении в зону турбулентности, когда самолет начинает трясти. Модельные оценки свидетельствуют, что при изменениях климата следует ожидать изменения риска так называемой турбулентности ясного неба. Проявляются различные атмосферные неустойчивости, струйные течения, вихревые и волновые особенности разных масштабов и интенсивности. Вообще земная атмосфера – очень сложный организм, законы которого требуют разносторонних исследований.

– Вы сказали – организм. Выходит, вы относитесь к ней как к живому существу?

– Наверное, да. Здесь можно провести аналогию с климатом. Мы знаем, что нормальная температура тела –36,6 градусов Цельсия. Чуть повысили – всего на полградуса, а тем более на градус, и человек чувствует себя некомфортно, а то и плохо. Казалось бы, в последние десятилетия температурные глобальные изменения были сравнительно небольшими – в пределах градуса, но это уже ощущается, особенно в экстремальных явлениях.

– Какие сейчас ключевые направления деятельности Института?

– Одно из важных направлений в Институте – исследование состава атмосферы и проблема загрязнения, анализ разных атмосферных примесей, в том числе в условиях мегаполиса. Речь идет как о локальных и региональных исследованиях, так и об исследованиях в масштабах всей страны и на глобальном уровне. Серия уникальных экспедиционных исследований выполнена с использованием легендарного вагона-лаборатории, который курсировал между Москвой и Дальним Востоком, от Сочи до Мурманска, исследуя содержание в атмосфере десятков различных примесей. На основе полученных данных было выяснено, каким образом загрязнена атмосфера российских регионов разными примесями вдоль трансконтинентального пути, как проявляются шлейфы городов.

В проводимых исследованиях выделяются три ключевых направления, в соответствии с которыми выстроена структура Института. Это отдел динамики атмосферы, который возглавляет академик РАН Георгий Сергеевич Голицын – он был директором ИФА в 1990-2008 годах, отдел состава атмосферы, который возглавляет член-корреспондент РАН Николай Филиппович Еланский, и отдел исследований климатических процессов, который возглавляю я. Соответственно, в этих отделах есть по три подразделения-лаборатории, которые занимаются более конкретной тематикой в рамках соответствующих направлений. Сотрудники ИФА работают в Москве и на трех институтских научных станциях – Звенигородской в Подмосковье, Кисловодской высокогорной научной станции и Цимлянской.

– Давайте поговорим подробнее о деятельности конкретных лабораторий, имеющих наиболее актуальную направленность.

– Все более актуальными становятся исследования примесей в атмосфере. Это связано с экологическими и климатическими проблемами. Атмосферные примеси разного происхождения влияют на здоровье населения. Большая роль отводится парниковым газам, что связано с климатическими изменениями. Измерения содержания а атмосфере метана и угарного газа на Звенигородской станции ИФА – в числе самых продолжительных в мире, начиная с 1970-х годов. В конце 1970-х годов начаты измерения атмосферных примесей на Северном Кавказе. В рамках экспедиций содержание газовых и аэрозольных примесей исследуется в атмосфере от полярных до пустынных регионов.

– Какие регионы оказываются наиболее проблемными?

– Тут сложно сказать интегрально. Проблемы связаны не только с загрязнением атмосферы. Важнейшая мировая проблема 21 века – проблема доступности питьевой воды. Конечно, необходимо улучшение экологической ситуации в целом ряде промышленных регионов. С другой стороны, в последние годы при общем потеплении увеличивается риск массовых лесных пожаров в экологически благополучных таежных регионах без крупных промышленных объектов. При современном климате леса к востоку от Байкала обладают повышенной пожароопасностью, а при дальнейшем увеличении региональной температуры следует ожидать ещё более опасную ситуацию. Кроме того, в связи с естественными процессами есть повышенный риск в некоторых регионах погодно-климатических аномалий с формированием в весенне-летние месяцы засух и пожаров, как, например, летом 2010 года. Необходим разносторонний анализ региональных социально-экономических и экологических рисков. Разные экологические процессы с применением физико-математических методов анализируются и в ИФА. Используются модели разного уровня, в том числе для лесных и тундровых экосистем, конкретные модели для разных регионов. Получены интересные оценки для потенциала наших экосистем, как они могут эволюционировать при изменении климата.

– Давайте остановимся подробнее на том научном направлении, которым вы занимаетесь. Что здесь есть важного и интересного?

– Круг моих научных интересов довольно широк, включая различные  задачи в области физики атмосферы, диагностики климатических изменений и их моделирования. Климатические изменения и их последствия – одна из ключевых глобальных проблем 21 века. Климатические исследования включают и анализ данных, и глобальное и региональное моделирование. С этим связаны не только фундаментальные задачи, но и прикладные – в связи с этим принимаются экономические и политические решения. Я являюсь координатором программы Президиума РАН “Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования”.

Наша страна северная, и скорости климатических изменений в российских регионах сильнейшие. В России в целом в последние десятилетия теплеет у поверхности примерно в два с половиной раза быстрее, чем глобально. При этом у нас и изменчивость больше. Изменения средних климатических режимов не очень ощущаются, существенно более заметно и значимо проявляются изменения в статистике экстремальных региональных погодно-климатических аномалий. При этом надо понимать, что с глобальным потеплением могут быть связаны противоположные региональные аномалии. Экстремальная жара с пожарами на европейской территории России летом 2010 года сопровождалась отрицательными температурными аномалиями с осадками в сопредельных регионах - в Западной Сибири и восточно-европейских странах. Это связано со стационированием в атмосфере так называемых волн Россби.

В последние годы мы наблюдаем экстремальные изменения, аномалии, которые проявляются весной. Например, в 2017 году было аномально тепло в марте на всей территории России, а в 2018 – наоборот, было весьма прохладно.

– Это не случайность?

– Подобные аномалии ожидаемы в связи с региональными особенностями климата и их изменениями. У нас страна снежная, а снег характеризуется высоким коэффициентом отражения солнечной радиации. С этим связаны сильные вариации радиационного режима, а соответственно и температурного. При климатических изменениях с вариациями снежного покрова связана сильная региональная климатическая изменчивость. Это один из механизмов. Другой механизм, который способствует региональной климатической изменчивости, связан с вихреволновой активностью в атмосфере, в частности со стационированием волн Россби, или комплексов антициклонов и циклонов в средних широтах. Согласно модельным оценкам при потеплении климата можно ожидать, что роль такой изменчивости может возрасти. Например, в начале 21 века проявились экстремально холодные зимы. Казалось бы, это противоречит глобальному потеплению. Однако наши модельные оценки еще в 1990-х годах показали, что при общем потеплении из-за роста содержания СО2 в атмосфере возрастает роль атмосферных блокирований (с которыми связаны экстремальные зимние морозы и летняя жара), особенно зимой над континентами. При этом следует отметить, что существует достаточно большая неопределенность в моделировании и предсказуемости сложных процессов формирования региональных климатических аномалий, связанных с атмосферными блокированиями. При необходимости адекватного учета влияния разных региональных и глобальных воздействий не всегда можно адекватно выделить ключевые.

– Почему?

– Потому что земная климатическая система, включающая атмосферу, океан, деятельный слой суши, биосферу, криосферу, очень сложна. Климатические изменения – результат сложного взаимодействия различных подсистем с разными характерными временами, с проявлением квазициклических процессов и климатических сдвигов - переходов между разными режимами. Для описания поведения земной системы с резкими сдвигами - переходами между разными климатическими режимами было введено понятие почти-интранзитивности. В том числе проявляются разные глобальные и региональные квазициклические процессы с периодами в несколько лет и несколько десятилетий. Этот год, например, у нас тоже особенный.

– Чем же он отличается от остальных?

– Сейчас год Эль-Ниньо. Эль-Ниньо – это явления, которые характеризуются положительными температурными аномалиями в тропиках Тихого океана. Существенно, что с этими, казалось бы, региональными явлениями связаны сильнейшие межгодовые вариации глобальной температуры у поверхности. В годы, когда проявляется Эль-Ниньо, обычно отмечается повышенная температура у поверхности нашей планеты. В противоположной фазе, Ла-Нинья, – температура у поверхности Земли обычно понижена. С этой точки зрения можно ожидать, что этот год будет более теплым, чем предыдущий.

– Вот как? Так к чему готовиться?

– В соответствии с долговременной статистикой следует ожидать, что 2019 год будет глобально теплым – теплее, чем 2018 год. Кстати, 2010 год, когда у нас летом на европейской территории была жара и пожары, также начался в фазе Эль-Ниньо, а закончился он в противоположной фазе Ла-Нинья. По статистике подобные годы характеризуются повышенным риском экстремально высокой температуры и засух в средних широтах европейской части России в весенне-летние месяцы. И летом 2010 года реализовался наименее благоприятный режим. Для 2019 года по модельным оценкам формирование к концу года фазы Ла-Нинья маловероятно, т.е. риск экстремально жаркого лета с засухой для европейской части России мал. При этом наиболее вероятно продолжение до конца года фазы Эль-Ниньо. В этом случае велик риск экстремально жаркого засушливого лета в средних широтах в азиатской части России, как в 2015 году. Это сказалось и на уровне Байкала.

– Какие еще интересные исследования проводятся у вас в отделе?

– Важное значение имеют результаты анализа ключевых причинно-следственных связей в земной климатической системе на основе современных данных, палеореконструкций, и модельных расчетов с аналитическими оценками.

Особое значение имеют исследования  верхних слоев атмосферы. Сейчас отмечается глобальное потепление, но это потепление только у поверхности и в тропосфере (до высот не более 17 км). А выше – в стратосфере и мезосфере температура понижается. Эту тенденцию можно объяснить увеличением содержания в атмосфере парниковых газов. Согласно самым продолжительным (с конца 1950-х годов) в мире измерениям на уровне мезопаузы (около 90 км) на Звенигородской научной станции ИФА скорость понижения температуры в последние десятилетия была значительно больше скорости потепления у поверхности. Это имеет важнейшее значение для диагностики механизмов современных изменений климата.

Целый ряд значимых оценок изменений климата и риска формирования климатических аномалий получен для российских регионов, для Арктики. Сделаны, например, количественные оценки перспектив Северного морского пути при возможных изменениях климата в 21 веке с использованием численных расчетов с ансамблем современных климатических моделей. Согласно полученным модельным оценкам, транзит из Западной Европы в Юго-Восточную Азию Северным морским путем может стать  к концу 21 века экономически более перспективным, чем через Суэцкий канал, даже в зимние месяцы.

В числе других климатических аномалий в российских регионах мы анализировали причины формирования рекордного амурского наводнения 2013 года с оценкой риска возможного повторения подобных катастрофических событий. Это рекордное наводнение произошло в результате уникального сочетания целого ряда различных эффектов. Первопричиной, как и во время летней жары 2010 года на европейской территории России, послужило атмосферное блокирование над Тихим океаном. Существенно, что это произошло в сезон  восточно-азиатского муссона. При этом  температура Тихого океана в его западной части в средних широтах Северного полушария летом этого года была рекордной. Это связано с соответствующей фазой Тихоокеанской десятилетней осцилляции. Кроме того, сказалось влияние повышенного снегозапаса, накопленного за зиму в бассейне Амура. Это  не противоречит общему потеплению, так как увеличение влагоемкости атмосферы при потеплении способствует общему увеличению интенсивности и количества зимних осадков в регионе. Зимние осадки – это снег, и пока температуры отрицательные, снегозапас растет.

Уникален регион озера Байкал. В последние годы отмечалось понижение его уровня. С использованием данных наблюдений и модельных расчетов мы анализируем, в какой степени это связано с естественными процессами, в том числе с циклическими процессами, и в какой – с антропогенными факторами. Для региона Байкала при продолжении общего потепления возрастает риск лесных пожаров, особенно при уменьшении количества осадков в теплые сезоны.

При изменениях климата меняется стратификация атмосферы, при этом меняются условия генерации циклонов и антициклонов, режим облаков. В последние десятилетия, например, в связи с общим потеплением усиливаются конвективные процессы в атмосфере, с ростом роли конвективных облаков, в том числе грозовых. При сильном прогреве поверхностных слоев моря возможно развитие режима супер-конвекции с экстремальными осадками, как произошло в причерноморском Крымске в 2012 г. С увеличением влагоемкости атмосферы при потеплении увеличивается вероятность экстремально сильных осадков. Возрастает риск формирования в российских регионах атмосферных смерчей.

– Можно ли подобные процессы предсказывать, чтобы избежать каких-то катастрофических последствий?

– Современные модели демонстрируют колоссальный прогресс. Кстати, когда мы анализировали режим засухи с пожарами на европейской территории России летом 2010 года с использованием модельных расчетов, то для одного из модельных прогонов было выявлено, что именно в 2010 году было получено столь экстремально длительное блокирование около двух месяцев. Это свидетельствует о потенциале современных моделей.

Но, тем не менее, система настолько сложная, что всегда остается неопределенность. Стопроцентный климатический прогноз невозможен в принципе. Можно привести пример с аттрактором Лоренца. Эдвард Лоренц – метеоролог с математическим образованием – предложил простейшую модель конвекции в атмосфере – систему трех нелинейных уравнений, для которой выявлена сложнейшая динамика и практическая непредсказуемость траекторий. Это свидетельствует о том, что даже для простейших атмосферных моделей, не говоря уже о реальной земной системе, динамика исключительно сложна и непредсказуема.

[Scyther]

Земная атмосфера – уникальный и очень сложный организм (Окончание)
https://scientificrussia.ru/articles/zemnaya-atmosfera-unikalnyj-i-ochen-slozhnyj-organizm

Игорь Иванович Мохов, академик РАН, научный руководитель Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.

– Ураганы, циклоны, массивные пожары и наводнения – это же не просто природные явления, а бедствия, в результате которых страдают люди. Наверное, надо искать какие-то пути решения этих проблем.

–  В 1987 году был предложен Монреальский международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года – с целью защиты озонового слоя. В 1992 году была принята Рамочная конвенция ООН об изменении климата, на основе и в развитие которой в 1998 году был сформулирован Киотский протокол с целью сокращения выбросов в атмосферу парниковых газов. Ключевую роль в его инициализации сыграла ратификация протокола Россией в 2004 году. Действие Киотского протокола (2008-2012 гг.) – первая международная попытка ограничения выбросов в атмосферу парниковых газов с целью предотвращения глобального потепления. Это имело важное политическое значение, но климатический эффект предложенных протоколом ограничений эмиссий парниковых газов был слабым – на уровне современной климатической изменчивости. В дальнейшем был целый ряд неудачных попыток организовать новое международное соглашение. В 2009 году была принята Климатическая доктрина Российской Федерации, в дальнейшем был принят Комплексный план реализации Климатической доктрины Российской Федерации до 2020 года. 

В 2015 году было принято Парижское соглашение, в соответствии с которым каждое государство должно вносить свой вклад в ограничение эмиссии парниковых газов, чтобы сдержать глобальное потепление. Россия подписала Парижское соглашение, но пока не ратифицировала. В настоящее время в России уточняется Национальный план адаптации к климатическим изменениям.

Важно, чтобы человечество было способно к позитивным решениям на глобальном уровне и на уровне каждой страны. Хотя, даже если мы сейчас прекратим все эмиссии, потепление в нашей инерционной климатической системе продолжится, хотя и медленнее. Помните, как у Булгакова? Аннушка уже разлила масло.

– Ничего нельзя изменить?

– Можно снизить темпы этого роста. От человечества зависит многое.

– Как вы думаете, человечество когда-нибудь научится управлять климатом?

– Варианты управления климатом еще в 1970-е годы предлагал российский ученый Михаил Иванович Будыко. Предлагалось искусственно распылять аэрозоль в стратосфере с охлаждающим эффектом для земного климата по аналогии с действием вулканических извержений.

– Частицы серы? Ведь этот метод потом пропагандировал академик Израэль.

– Да, Юрий Антониевич Израэль, а также нобелевский лауреат Пауль Крутцен основывались на идее, предложенной ранее М.И. Будыко. Подобный эффект проявляется в случае “ядерной зимы”. Следует отметить серьезнейшие противопоказания, в том числе экологические, для использования такого метода борьбы с потеплением. Мы в свое время оценивали с глобальной климатической моделью ИФА РАН последствия подобного геоинжиниринга. Получили, что если начинать процедуру корректировки климата, то необходимо это постоянно поддерживать. В случае прекращения последствия могут быть хуже, чем в случае бездействия.

– Иначе говоря, на данном этапе развития человечество совсем не готово к таким вмешательствам.

– Наше вмешательство уже сейчас такое активное, что может привести к последствиям, которые мы даже не прогнозируем. И наша задача – не усиливать своё вмешательство, а минимизировать его. Надо очень осторожно относиться к нашему хрупкому и пока единственному дому.

– Во многих академических институтах говорят о том, что надо быть бережными, что мир вокруг нас чрезвычайно хрупок и уязвим. По отношению к атмосфере мы тоже можем так сказать? Её можно разрушить?

– Важно понимать, что воздействия на земные экосистемы приводят к необратимым изменениям. В настоящее время уже отмечается сокращение биоразнообразия. Рэй Бредбери в своем научно-фантастическом рассказе “И грянул гром” приводит пример, к каким непредсказуемым последствиям может привести гибель одной бабочки. Загрязнение атмосферы чревато серьезными проблемами для здоровья, и можно догадываться, как это может сказаться через поколения.

– Наука об атмосфере радует нас какими-то новыми открытиями или всё уже известно?

– Известно, конечно, далеко не всё. Например, в последние годы было обнаружено новое геофизическое явление – кратеры на Ямале. Там много небольших озер, происхождение которых может объяснить этот феномен. Мы предложили модельное объяснение, с чем может быть связано формирование таких кратеров, которые быстро превращаются в озера – в течение двух лет. Это связано с тем, что Ямал – это регион с вечной мерзлотой, которая быстро тает. Наше объяснение образования этих кратеров связано с деградацией метангидратов. Это кластеры изо льда и метана, которые могут деградировать при потеплении, и метан при этом может прорываться наружу. Однако метангидраты обычно образуются при определённом температурном режиме и при повышенном давлении – обычно на глубине в две-три сотни метров. А кратеры на Ямале сравнительно неглубокие. Метангидраты неглубокого залегания могли образоваться 90 тысяч лет назад, когда здесь был ледовый щит. Ледовый щит отступил, а метангидраты неглубокого залегания сохранились под сравнительно нетолстым слоем вечной мерзлоты. При нынешнем потеплении крышка из слоя деградирующей вечной мерзлоты перестает удерживать разлагающиеся метангидраты, что приводит к прорыву газа в атмосферу.

Возникает вопрос, почему метангидраты неглубокого залегания на Ямале и в сопредельных регионах не прорвались в оптимуме голоцена около 6 тысяч лет назад, когда согласно разным реконструкциям было теплее? Проявление этих кратеров может быть индикатором, что мы уже достигли (или даже превысили), по крайней мере на региональном уровне, потепления оптимума голоцена.

– А как вы думаете, антропогенный фактор может стать могильщиком уникального объекта – планеты Земля, которая его породила?

– На этот вопрос трудно ответить однозначно. Глобальные и региональные оценки зависят от временных горизонтов и от сценариев возможных изменений. При этом к любым изменениям надо быть готовым.

Речь о гибели Земли как планеты может идти на масштабах миллиардов лет – это связано с эволюцией Солнца как звезды. Однако нельзя исключать опасность необратимого разгона парникового эффекта с превращением Земли в безжизненную планету. Пример – Венера. 

Если рассматривать Землю на временах сотен тысяч лет, то мы находимся в межледниковье с максимальными значениями температуры в пределах 100-тысячелетнего ледникового цикла, задержавшись в этой фазе – так называемом голоцене – более чем на 10 тысяч лет.  Без учета возможного антропогенного потепления в ближайшие десятки тысяч лет на Земле должен был наступать очередной ледниковый период, как это было в течение последнего миллиона лет. Но этого не происходит. Более того – мы теплеем с большей скоростью. Причем скорость потепления существенно больше, чем потенциальная скорость скатывания в ледниковый период. При учете антропогенных выбросов парниковых газов согласно модельным оценкам возможно продолжительное (на десятки тысяч лет) затягивание фазы межледниковья. При этом (в зависимости от сценария) есть потенциальная опасность превышения критического уровня для начала  необратимого разгона парникового эффекта. Таким образом, все оценки существенно зависят от уровня антропогенных воздействий.

– То есть, от нашего поведения?

– Да, в зависимости от этого возможны разные сценарии. Не случайно предложено в общей геохронологической шкале выделить отдельно связанный с антропогенной деятельностью антропоцен. Стоит отметить, что есть немало скептиков, в том числе в нашей стране, считающих, что роль антропогенного фактора преувеличена. Однако согласно расчетам с лучшими современными моделями и результатам анализа данных без учета антропогенного фактора современные изменения климата объяснить невозможно.

– Игорь Иванович, как вы думаете, земная атмосфера, которой Вы посвятили свою научную жизнь, это уникальное явление? Может ли быть нечто подобное во Вселенной?

– В курсе теории климата я рассказываю студентам про уникальные условия формирования земной климатической системы в сопоставлении с режимами других планет. Безусловно, земная система уникальна. При этом, конечно, можно надеяться, что во Вселенной мы не одни. Но повторение земной истории невероятно. Сочетание факторов, которые привели к формированию жизни на нашей планете, – удивительное и неповторимое явление. Очень важно сегодня это понимать. Ведь есть реальная опасность необратимого разгоняющегося парникового эффекта, который приводит нас к сценарию безжизненной Венеры. К этому надо серьезно относиться, даже если запас устойчивости представляется значительным. Это может стоить человечеству слишком дорого. С точки зрения изменений климата мы живем в интереснейшее время, но и ответственность за будущее Земли высока.

[Scyther]

Ученые предрекли гибель человеческой цивилизации через 30 лет
https://www.mk.ru/science/2019/06/05/uchenye-predrekli-gibel-chelovecheskoy-civilizacii-cherez-30-let.html

Экспертов пугает климатическая катастрофа

Если люди не найдут способа эффективно замедлить глобальное потепление, человеческая цивилизация в ее нынешнем виде может погибнуть уже к середине века. С подобным прогнозом выступили специалисты, представляющие австралийское оборонное ведомство.

Как следует из недавно опубликованного доклада, уже к 2030 году глобальные выбросы могут достигнуть максимального уровня. Это, в свою очередь, приведет тому, что к 2050 году среднемировая температура будет на три градуса по шкале Цельсия выше, чем в доиндустриальный период, о чем свидетельствует ряд проведенных ранее научных исследований.

При подобном сценарии развития событий растает вечная мерзлота на полюсах, после чего одни регионы Земли полностью затопит, другие будут страдать от участившихся стихийных бедствий, а третьи столкнутся с засухами. Многим людям придется стать так называемыми «климатическими беженцами», вынужденными бежать из более непригодных для обитания уголков планеты туда, где жизнь будет оставаться сравнительно комфортной. Все это, поп предположению исследователей, не позволит человеческому обществу оставаться таким же, каким оно является на сегодняшний день.

Во второй половине XXI века, согласно докладу, ситуация продолжит усугубляться, и уже к 2010 году среднемировая температура превысит доиндустриальный уровень на пять градусов, хотя даже пересечение четырехградусного рубежа погрузит общество «в хаос» и окажет огромное влияние на экосистемы, то есть на всех живых существ, населяющих планету.

Климатологи довольно часто заявляют о том, что глобальное потепление уже в обозримом будущем может быть чревато катастрофическими последствиями, хотя различные специалисты по-разному оценивают сроки до подобных событий и шансы человечества их избежать.

[Scyther]

Китай впервые запустил ракету-носитель "Чанчжэн-11" с морской платформы
https://www.mk.ru/science/2019/06/05/kitay-vpervye-zapustil-raketunositel-chanchzhen11-s-morskoy-platformy.html
Китай с успехом провел первый запуск твердотопливной ракеты-носителя "Чанчжэн-11", осуществленный с морской платформы. Она доставила в космическое пространство два космических аппарата Bufeng-1A и Bufeng-1B и еще пять коммерческих микроспутников, передает Центральное телевидение Китая.

Сообщается, что старт произошел в 12:06 по пекинскому времени (07:06 мск) с морской платформы, расположенной в Желтом море. Источник отмечает, что вторая ступень ракеты должна упасть на севере Тихого океана. Ранее Национальное космическое управление Китая заявило, что ракета и ее нагрузка не содержат опасных веществ, представляющих угрозу окружающей среде.

[Scyther]

Ученые продемонстрировали «квантовый ховерборд»
https://naked-science.ru/article/physics/uchenye-prodemonstrirovali

Физики научились тонко настраивать действие квантовых сил и заставили золотую пластинку парить над опорой.

Физический вакуум никогда не бывает совершенно пуст. Даже при полном отсутствии частиц постоянные энергетические флуктуации приводят к рождению виртуальных пар частиц и античастиц. Они практически моментально взаимодействуют и аннигилируют, снова пропадая, однако эффекты их «танца» вполне можно заметить — например, по слабому притяжению, возникающему между парой очень ровных и тесно сближенных друг с другом зеркальных поверхностей.

Дело в том, что колебания частиц вызывают колебания соответствующих полей, в том числе электромагнитных. В пространстве между парой поверхностей электромагнитные волны будут интерферировать, так что одна частота (резонансная) окажется усиленной, а все остальные — подавленными. А значит, снаружи, где никакого подавления не происходит, давление виртуальных частиц будет выше, чем внутри, создавая небольшое притяжение между пластинами. Это явление было предсказано в середине ХХ века нидерландским физиком Хендриком Казимиром и получило его имя.

Сегодня эффект Казимира многократно продемонстрирован в лаборатории, а использованием более сложных форм, материалов и ориентации пластин ученые научились добиваться и расталкивающей силы. Недавно команде ученых из США и Китая удалось стабилизировать отталкивающие и притягивающие силы Казимира, получив квантовый «ховерборд», способный к довольно устойчивой левитации. Статья Сян Чжана (Xiang Zhang) и его коллег опубликована в журнале Science.

Авторы использовали тончайшую золотую пластинку (всего 25 мкм в поперечнике): расположенная в 45 нм над золотой опорой, она быстро притягивается к ней силами Казимира. Однако на этот раз ученые дополнительно покрыли ее слоем тефлона, который при определенном сближении поверхностей создавал отталкивающие силы. Варьируя толщину покрытия, удалось добиться стабильной левитации такого «ховерборда», который завис над опорой на целых 20 минут, то поднимаясь, то опускаясь в пределах 10 нм.

Остается лишь пожалеть, что проявления эффекта Казимира не масштабируются. Они существенны лишь в квантовом мире, и при любой попытке увеличения такого «ховерборда» обычные электромагнитные силы и обычная гравитация быстро заставят его упасть на опору. Тем не менее новое решение может найти применение в нанотехнологиях и электронике будущего.

[Scyther]

Обсуждаем главный закон о науке
https://scientificrussia.ru/articles/obsuzhdaem-glavnyj-zakon-o-nauke

Министерство науки и высшего образования РФ запустило обсуждение будущего законопроекта «О научной и научно-технической деятельности в Российской Федерации». Площадкой для обсуждения стала краудсорсинговая платформа «ПреОбразование» (nauka.preobra.ru).

Первый российский закон «О науке и государственной научно-технической политике» был принят 23 года назад. За это время он неоднократно претерпевал изменения, однако поправок недостаточно, чтобы соответствовать переменам, произошедшим в науке и в системе управления ею. Разнообразились формы научной деятельности, появилось много новых субъектов научной деятельности - наукограды, технологические платформы, инновационные территориальные кластеры, технологические парки, национальные исследовательские центры и т.д. Произошли существенные изменения в деятельности научных организаций, менялся правовой статус учёных и научных работников.

«Самое важное – проявилась острая необходимость в обеспечении тесного взаимодействия науки, образования, бизнеса и государства. Ключевым принципом законопроекта мы видим тесное взаимодействие науки, образования, бизнеса и государства. Взаимодействие с реальным сектором экономики России будет способствовать реализации важнейших направлений деятельности ведущих организаций научной сферы, в особенности тех, которые являются критическими для обеспечения безопасности страны и повышения качества жизни ее граждан», - рассказал Министр науки и высшего образования РФ Михаил Котюков. По его мнению, новый закон должен строиться на понимании того, что источником науки и научно-технической деятельности является учёный, его труды и вклад в науку, а государство обязано поддерживать научную деятельность и создавать благоприятные условия для занятия ею.

«Мы в начале этого большого пути и нам очень важно, чтобы и учёные, и все, кому небезразлична судьба науки и технологий, приняли самое активное участие в формировании норм главного отраслевого закона», - отметил Министр, приглашая научное сообщество к дискуссии.
Работа с материалами законопроекта структурирована по разделам. В каждом из них задан примерный формат дискуссий, в которых любой желающий может оставить свой комментарий или высказать предложение. Помощь в налаживании диалога окажут координаторы разделов – практикующие учёные и специалисты. Интернет-консультации продлятся до середины сентября.

[Scyther]

«Закаливание» молодых растений с помощью салициловой кислоты изучили российские и немецкие биологи
http://www.sbras.info/news/zakalivanie-molodykh-rastenii-s-pomoshchyu-salitsilovoi-kisloty-izuchili-rossiiskie-i-nemetskie
Группа ученых из России и Германии исследовала влияние салициловой кислоты на рост растений. Выяснилось, что при слабых концентрациях вещество помогает подготовиться к неблагоприятным условиям. Результаты работы опубликованы в Plant Physiology.

Растения вырабатывают природный аналог аспирина самостоятельно, в качестве ответа на стресс (например, на заражение возбудителями болезней). Собственно, открывший салициловую кислоту итальянский химик Рафаэль Пириа сначала выделил ее из ивовой коры и лишь затем сумел синтезировать в лаборатории.
 
Салициловую кислоту активно используют в агротехнологии, например, в качестве регулятора роста для пшеницы. Для этого практикуется предпосевное замачивание семян или опрыскивание всходов. Независимо от способа обработки, она способствует увеличению высоты стебля, длины колоса, а также количества и массы семян с колоса (два последних параметра определяют продуктивность растений).
 
При этом, будь то внешняя обработка или ответ на стресс самого растения, обычно речь идет о высокой концентрации кислоты и о надземной части растения. Выяснить, что произойдет в случае заметного снижения концентрации и как салициловая кислота действует на корень растения, и было целью совместного исследовательского проекта. Экспериментальная часть работ проводилась силами сотрудников Университета Фрайбурга (Германия), а обработку и анализ полученной информации, в том числе компьютерный анализ изображений и математическое моделирование, осуществляли ученые ФИЦ «Институт цитологии и генетики» и Новосибирского государственного университета.
 
«Оказалось, что у салициловой кислоты в корне двоякая функция: при высоких концентрациях этот фитогормон выступает как стрессовый сигнал, который останавливает развитие, а при низких, напротив — регулирует морфогенез», — рассказала заведующая сектором системной биологии морфогенеза растений ФИЦ ИЦиГ СО РАН, старший научный сотрудник лабораторией компьютерной транскриптомики и эволюционной биоинформатики НГУ кандидат биологических наук Виктория Владимировна Миронова.
 
В частности, исследователи установили, что снижение концентрации кислоты в десять раз при обработке растения значительно стимулирует рост придаточных корней, одновременно останавливая рост основного стержня. Одновременно с этим увеличивается количество стволовых клеток в концах корней, утолщается их наружный слой (эндодермис). Такие изменения, считают ученые, являются, своего рода, подготовительными мерами «на черный день»: растение воспринимает обработку кислотой в слабой концентрации как предупреждение о надвигающейся угрозе и начинает готовиться ее пережить.
 
«В естественных условиях подобное поведение наблюдается иногда у взрослых растений, но никто не замечал этого на проростках», — отметила Виктория Миронова.
 
В этом кроется потенциальное прикладное значение полученных результатов. Обработка всходов слабым раствором салициловой кислоты может стать для них своего рода «закаливанием», помогающей в дальнейшем справляться с болезнями и одновременно стимулируя их рост. Это не только послужит дополнительной защитой для будущего урожая, но и снизит затраты, поскольку для той же площади посевов потребуется в 5—10 раз меньше салициловой кислоты.
 
Одним из возможных направлений для дальнейшего развития этого проекта его участники видят изучение того, как происходит изменение типа корневой системы (от стержневой к мочковатой) в результате обработки кислотой. Очевидно, что этот адаптационный ответ на внешнюю угрозу и понимание механизма его работы будет полезным для селекции ряда сельскохозяйственных культур.

[Scyther]

Сибирские ученые проводят мониторинг радионуклидов, оседающих в лишайниках и мхах
http://www.sbras.info/articles/science/sibirskie-uchenye-provodyat-monitoring-radionuklidov-osedayushchikh-v-lishainikakh-

Отбор проб лишайников на берегу оз. Подкова (Улаганская долина), 2018 год
Новосибирские геохимики исследуют мхи, лишайники и хвойные деревья, произрастающие совместно в ландшафтно-климатических зонах Сибири. Эти растения являются биологическими индикаторами радиоактивных загрязнений. Задача ученых — выяснить, как в них накапливаются и распределяются радионуклиды. Полученные данные могут оказаться полезными для контроля активности вредных веществ в других растениях. Статья об этом опубликована в Journal of Environmental Radioactivity.

Радионуклиды, в зависимости от происхождения, подразделяются на естественные (ЕРН) и искусственные (ИРН). Первые содержатся в породах земной коры, и их присутствие в окружающей среде обусловлено природными факторами — вулканической активностью или месторождениями полезных ископаемых. Вторые представляют собой результат техногенной деятельности человека, например испытаний на ядерных полигонах (таких как Семипалатинский и Новая Земля).

 «Накапливаясь в атмосфере, радионуклиды с осадками попадают в почву и оседают в растительности, после чего мигрируют в пищевых цепях, — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии благородных и редких элементов Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН доктор геолого-минералогических наук Вера Дмитриевна Страховенко. — Когда олень питается загрязненными лишайниками в тундровой и лесотундровой зонах, в его организм попадают вредные элементы, которые потом передаются человеку, употребившему в пищу оленье мясо. Это серьезная проблема, связанная с риском для здоровья, и особенно актуальная для северных территорий».
 
Еще в 1960-е годы в растительном покрове лесотундровых зон было зафиксировано превышение концентрации урана, тория и искусственных радионуклидов: цезия-137, стронция-90, плутония-239, плутония-240 и плутония-241, что потребовало пристального внимания и контроля со стороны ученых. В Сибирском отделении РАН с 1991 года по инициативе академика Валентина Афанасьевича Коптюга стали проводиться экологические исследования по ЕРН и ИРН на территории Западной Сибири, а также по ртути и другим тяжелым металлам методами гамма-спектрометрии и атомной абсорбции. В этих работах принимали участие сотрудники лаборатории геохимии редких элементов и экогеохимии (заведующий Фёдор Васильевич Сухоруков) и лаборатории аналитической геохимии (заведующий Геннадий Никитович Аношин) Института геологии и геофизики СО АН СССР. Таким образом, было положено начало экологическому направлению геохимических работ в Сибири.
 
«Совместно с химиками, почвоведами и ботаниками мы участвовали в масштабной междисциплинарной программе по влиянию ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне на территорию Западной Сибири и в других крупных проектах, — говорит Вера Страховенко. — Благодаря такому сотрудничеству мы научились работать с компонентами окружающей среды: почвами, донными осадками, мхами, лишайниками, лесными подстилками, торфяниками и хвоей, а также с лекарственными растениями. К 2005 году был накоплен большой материал по распределению радиоактивных элементов во мхах и лишайниках, что позволило рассмотреть их накопление в разных зонах».
 
В настоящее время фокус внимания сотрудников лаборатории геохимии благородных и редких элементов сосредоточен на площадках, где представлены одновременно мхи, лишайники и хвойные деревья (кедр, сосна, пихта, ель). Это относительно новое направление исследований, которое позволяет стандартизировать условия загрязнения разных видов, произрастающих совместно. Пробы отбираются послойно: в верхних и нижних талломах (слоях) растений и почвах под ними.


Сушка проб растений (мхи, лишайники, подстилка, шиповник, ягоды, листья, ветви, багульник, укосы), западный берег Байкала

Согласно результатам исследования, на северных территориях (в частности, в Ямало-Ненецком автономном округе) максимальная активность цезия-137 наблюдается в лесотундровой ландшафтной зоне, загрязненной в период ядерных испытаний на архипелаге Новая Земля из-за медленной миграции элементов в почву в арктических условиях. На юге Западной Сибири удельная активность радиоцезия в мохово-лишайниковом покрове и хвое деревьев соответствует региональному фону. Содержание естественных радионуклидов в растениях во всех ландшафтно-климатических зонах отвечает природным, за исключением некоторых локальных территорий, и в целом не представляет угрозы для здоровья человека.
 
По словам Веры Страховенко, максимальное содержание ИРН на северных участках отмечено в мортмассе (отмершей части) растений, а на южных — в подстилающем их субстрате. «При этом в некоторых случаях в лесной подстилке, мхах и лишайниках содержание ЕРН меньше, чем в почве. Очевидно, это связно с тем, что в этих участках горные породы являются концентраторами урана, тория и калия. Химические элементы практически не усваиваются мхами и лишайниками, а переходят в почвенный субстрат и полностью наследуются от горных пород», — объясняет Вера Страховенко. Она добавляет, что естественные радионуклиды, в отличие от искусственных, распределены во всех слоях мхов и лишайников довольно равномерно.
 
Интересно, что в эпифитных лишайниках, которые растут на деревьях, концентрация вредных веществ больше, чем в эпигейных — наземных. «Скорее всего, это связано с мозаичным выпадением осадков. Эпифитные растения получают загрязнения в течение всего года, в то время как эпигейные в осенне-зимний период, который длится по пять-шесть месяцев, изолированы слоем снега. Кроме того, стоит учитывать и время жизни лишайников, достигающее нескольких десятилетий, и скорость, с которой разные виды растений выводят вредные вещества», — говорит Вера Страховенко.
 
Что касается хвои, то содержание в ней ЕРН и цезия-137 оказалось в два-три раза меньше, чем в лишайниках и мхах. Прежде всего, играет роль меньшее время их выведения. При этом молодая хвоя, как правило, содержит больше радионуклидов, чем старая. Исследования показали, что ель и пихта обычно практически не накапливают радионуклиды в хвое, в отличие от сосны и кедра. Но на разных площадках эти соотношения абсолютных содержаний могут меняться. Изучение содержаний ИРН, в частности цезия-137, в хвое позволяет контролировать появление «свежих» загрязнений, это показала авария на атомной станции Фукусима.
 
Некоторые площадки представляют особый интерес для проведения мониторинговых исследований. Одна из них находится в Караканском бору — там исследователи ежегодно на протяжении двадцати лет отбирают образцы мхов, лишайников и хвои. «Важно учитывать не только период полураспада радионуклидов, но и время, которое требуется растениям для их выведения, — говорит Вера Страховенко. — Мы ставили эксперименты в полевых условиях: вносили небольшие дозы загрязнителей. Сейчас наша цель — посмотреть с помощью современных прецизионных методов, как химические элементы перераспределяются внутри разных слоев растений».


Лишайники в Караканском бору

В рамках исследования проанализировано более 1 000 проб, отобранных в Ямало-Ненецком автономном округе, Бурятии, Иркутской, Новосибирской, Кемеровской областях. Накопленный геохимиками материал еще не полностью опубликован. Интерпретация данных потребует времени и привлечения узких специалистов. «Я геохимик и минералог, поэтому не пыталась сама определить виды лишайников или тип почвы, на которой они произрастают, это задача ботаников-лихенологов и почвоведов. В науке важна интеграция», — подчеркивает Вера Страховенко.

Замечание Scyther-a: В методике сушки загрязненных растений имеется одна уязвимость, связанная с отсутствием учета ухода радиоактивных частиц в водяных парах осушаемого материала. Предполагается (гипотеза!), что эта часть неучтенного загрязнения биоты пренебрежимо мала.