Значимые даты

 

8 февраля - День российской науки.

  Этот праздник был учреждён указом президента России Б.Н. Ельцина 7 июня 1999 года и впервые стал отмечаться во время празднования 275-летия Российской академии наук в 1999 году.

  Приурочен к дате основания Российской академии наук и Академического университета (ныне — Санкт-Петербургский государственный университет), учреждённых по повелению императора Петра I указом правительствующего сената от 28 января (8 февраля по новому стилю) 1724 года.


 

 

 

 

 

Важнейшие результаты, полученные в ИДГ РАН в 2021г. при выполнении тем Государственного задания, работ по Грантам РНФ и РФФИ, хоз. договорам.

 

МАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДНОГО И  ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДНИЯ

   Выполнено обобщение и систематизация уникальных результатов инструментальных наблюдений за магнитными эффектами в приземном слое атмосферы, сопутствующими опасным литосферным и атмосферным явлениям.

  В монографии «Геомагнитные эффекты природных и техногенных процессов» рассмотрены геомагнитные эффекты, вызванные землетрясениями, вулканическими извержениями, падением болидов, собственными колебаниями Земли, а также гравитационным взаимодействием в системе Земля-Луна-Солнце. Рассмотрено влияние магнитных бурь на колебательные процессы в атмосфере и вариацию ее электрических характеристик. Приведены результаты наблюдений за магнитными эффектами при распространении сейсмических волн, изменении режима подземных вод и сильных атмосферных явлениях в виде ураганов, шквалов и гроз. Проанализированы вариации геомагнитного поля, сопутствующие техногенным событиям, таким как аварийные взрывы, крупные пожары и запуски ракет-носителей. Полученные данные могут служить основой для верификации имеющихся и вновь создаваемых теоретических и расчетных моделей геофизических процессов, протекающих в приповерхностной зоне Земли

В.В. Адушкин, С.А. Рябова, А.А. Спивак ГЕОМАГНИТНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ. М.: ГЕОС, 2021. – 264 с.: 147 ил. ISBN 978-5-89118-834-1

 

 

АССИМИЛЯЦИОННАЯ МОДЕЛЬ НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ СОЛНЕЧНЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ВСПЫШЕК

  Для решения фундаментальной проблемы влияния солнечной активности на состояние средней атмосферы разработана новая плазмохимическая модель нижней ионосферы, включающая расширенный набор фотохимических реакций.

   В основу модели положена схема ионизационно-рекомбинационного цикла, входными данными которой являются спутниковые наблюдения за параметрами нейтральной атмосферы (ИСЗ AURA) и потоками жесткого электромагнитного излучения Солнца (ИСЗ GOES и SDO).

   Показана, что новая модель обладает высоким прогностическим потенциалом для решения задач распространения радиоволн СДВ-ДВ диапазона. Сравнение результатов численного моделирования с данными наземных радиофизических измерений геофизической обсерватории «Михнево» показало, что новая модель впервые позволила количественно воспроизвести отклик параметров нижней ионосферы на рентгеновские солнечные вспышки различных классов.

 Bekker S.Z., Ryakhovsky I.A., Korsunskaya J.A. Modeling of the lower ionosphere during solar X-ray flares of different classes. Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2021. 126. e2020JA028767. https://doi.org/10.1029/2020JA028767

                                                                                     

Поток излучения со спутника GOES во время рентгеновских вспышек С- и Х- класса 10.06.2014 г. (левая панель) и результаты верификации амплитудно-фазовых характеристик на СДВ-трассе GQD-Михнево (средняя и правая панели)


 

ВЫБРОС ВЕЩЕСТВА В АТМОСФЕРУ ПРИ ПАДЕНИИ ДЕСЯТИКИЛОМЕТРОВЫХ АСТЕРОИДОВ В ОКЕАН

   Установлено, что при падении крупных астероидов в океан воздействие на атмосферу Земли будет не менее сильным, чем при падении их на сушу.

   Проведено численное моделирование последствий падения десятикилометровых астероидов на твердую поверхность Земли и в океан глубиной от 1 до 7 км. В расчетах получены максимальные массы выброшенных в атмосферу воды и грунта, а также массы воды и грунта, оставшиеся в атмосфере через 30 минут после удара. Показано, что при глубинах вплоть до 3 км максимальная масса выброшенного в атмосферу вещества грунта не более, чем в 2-3 раза отличается от массы выбросов при падении астероида на твердую поверхность. Более того, масса вещества грунта, остающаяся в атмосфере после осаждения   в поле тяжести при глубинах до 5 км даже больше, чем при падении на твердую поверхность. И только при глубинах порядка 7 км и больше (около 1% от поверхности Земли) выбросы твердого вещества заметно уменьшаются по сравнению с выбросами при падении астероидов на сушу. Кроме того, при ударах в воду в атмосферу выбрасывается большое количество воды и содержащихся в ней солей.

 Shuvalov V.V. Release of Matter into the Atmosphere During the Fall of Ten-Kilometer Asteroids into the Ocean\\ Solar System Research, 2021, 55, 2, p. 97-105. DOI: 10.1134/S003809462101007X.

Распределения плотности воды (справа) и вещества грунта и ударника (слева) в г/см3 через 30 минут после вертикального падения десятикилометрового астероида в океан глубиной Н 1 и 3 км. Все расстояния измерены в километрах.

 

ВОЗДЕЙСТВИЕ ГОРНЫХ РАБОТ, ПРОВОДИМЫХ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ ГОРЛОВСКОГО БАССЕЙНА, НА ОЧАГИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ МАГНИТУДЫ НА ТЕРРИТОРИИ ИСКИТИМСКОГО РАЙОНА НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

   Разработана механика воздействия горных работ, проводимых на угольных разрезах Горловского бассейна, на очаги землетрясений значительной магнитуды, произошедших на территории Искитимского района Новосибирской области.

   Выполнены аналитические и численные расчеты влияния таких факторов, как сейсмическое воздействие массовых взрывов, выемка и перемещение горной массы. Все землетрясения в Искитимском районе, эпицентры которых расположены на удалении более 1–2 км от границ карьера, имеют природное происхождение. Значимые землетрясения, гипоцентры которых будут расположены непосредственно под карьерами или в непосредственной близости, могут гипотетически быть отнесены к инициированным событиям, но их сейсмический эффект будет, скорее всего, сопоставим с эффектом массовых взрывов. Установлено, что наиболее опасным фактором является образование выемки большого размера в результате извлечения горной породы. Образование карьеров потенциально может привести к инициированию значимых сейсмических событий с магнитудой до 3.5–4.5. Инициирование событий с большей магнитудой крайне маловероятно из-за недостаточно большой площади выемки.

                                                           

Расчетные области изменения кулоновских напряжений в результате Колыванского землетрясения 2019 года (Искитимский район, Новосибирская область). Теплые цвета – смещение напряженно-деформированного состояния в сторону нестабильности; холодные – наоборот.

   Наличие отвалов существующих размеров в большинстве случаев не приводит к стимулированию сейсмической активности. Напротив, пригрузка свободной поверхности может несколько снизить возможные негативные эффекты от наличия рядом глубоких карьеров. Инициирование землетрясения значительной магнитуды воздействием сейсмических колебаний от взрыва, скорее всего, невозможно.

 Кишкина С.Б. и др. (2021). Воздействие горных работ разрезов горловского бассейна на очаги землетрясений значительной магнитуды // ФТПРПИ, DOI: 10.15372/FTPRPI20210402.

 

МЕТОД СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗОНЕ РАЗЛОМА, СЛОЖЕННОГО ГРАНУЛИРОВАННЫМ МАТЕРИАЛОМ

   Разработан метод количественной характеристики процесса скольжения по разлому по результатам измерения параметров сейсмоакустической эмиссии.

   Согласно современным представлениям, основным механизмом землетрясений в верхней коре является скольжение по тектоническим разломам. Незначительное изменение структуры зоны сместителя, нарушенности массива, флюидного режима и напряженно-деформированного состояния может привести к изменению режима скольжения по разломам. Динамика потока сейсмоакустических импульсов, сопровождающих скольжение по разлому, отражает закономерности эволюции механических характеристик разлома. Разработанный метод количественной категоризации позволяет выделить в потоке импульсов две независимые группы, которые характеризуют процессы самоорганизации разлома, протекающие в его центральной части. Использование метода количественной категоризации в совокупности с алгоритмом машинного обучения «случайный лес» позволяет с высокой точностью определить ожидаемые величины скорости скольжения по разлому и времени генерации как быстрых, так и медленных динамических событий.

   Разрабатываемый подход к определению характеристик скольжения может оказаться перспективным для создания новых методов мониторинга напряженных массивов при ведении горных работ.

  Остапчук А.А. и др. (2021). Особенности формирования динамического сдвига в тонком слое гранулированного материала // Физика Земли, DOI: 10.31857/S0002333721050136; Ostapchuk A.A. et al. (2021). Acoustic Emission Reveals Multiple Slip Modes on a Frictional Fault // Front. Earth Sci., DOI: 10.3389/feart.2021.657487.

Определение скорости скольжения по разлому на основе алгоритма «случайный лес».

А) Пример одного из деревьев принятия решения и параметров, на основании которых принимается решение в определенном узле дерева. 

Б) Определение скорости скольжения блока: пунктирная линия – реальные значения скорости, сплошная линия – значения, предсказанные моделью (R2 = 0.69). Справа представлено сравнение истинных и предсказанных значений.

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ НА ОСНОВЕ 2-Х ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ЗАКОНА RATE-AND-STATE

   Развит численный метод построения реалистичных сценариев развития сейсмической активности в районах воздействия на подземные флюидные системы.

   Рассматривается вопрос численного моделирования сейсмичности, индуцированной закачкой флюида в недра. Одним из важных факторов, определяющих динамику скольжения тектонических разломов в процессе воздействия, является вид закона трения, действующего на берегах разломов. Представлена физически полная модель вложенных трещин, позволяющая моделировать процесс фильтрации флюида в породе, содержащей трещины или разломы, с учетом изменения фильтрационных свойств последних. Процесс деформации разлома описывается с использованием метода разрывных смещений. Модель применяется для анализа результатов натурного эксперимента по закачке воды в разлом на юге Франции и индуцированной сейсмичности в районе г. Базель, Швейцария, возникшей в ходе реализации проекта по использованию геотермальной энергии. Исследуется развитие подвижек разлома в зависимости от различных параметров: свойств разлома, фильтрационных свойств породы, параметров закачки. Найдены условия, при которых в рамках предложенной модели возможно возникновение сейсмических подвижек.

Рига В.Ю., Турунтаев С.Б. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ НА ОСНОВЕ ДВУХПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ЗАКОНА RATE-AND-STATE // Физика Земли, 2021, .№5, с.55–73. DOI: 10.31857/S000233372105015X

 

                 

  Хаотизация скольжения по разлому при закачке жидкости: а) смещения по разлому; б) скорость смещений; в) двумерный фазовый портрет в координатах смещение – скорость смещений; г) трехмерный фазовый портрет в координатах смещение – скорость смещений – касательные напряжения.

 

АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ СВЕТОВОГО ПУЧКА В ПРОСТРАНСТВЕ

   Создана адаптивная оптическая система стабилизации положения светового пучка в пространстве.

   Основным элементом системы являются зеркала, способные изменять наклон по двум координатам в зависимости от приложенного напряжения. Исполнительный механизм использует пьезоприводы, которые позволяют создать компактную активную оправу, совместно с которой можно использовать различные типы зеркал. В качестве датчиков положения пучка используются квадрантные фотодиоды. Для достижения требуемой частоты контур управления с обратной связью замыкается с помощью программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС).

 V. Samarkin, J. Sheldakova, V. Toporovskiy, A. Rukosuev, A. Kudryashov, "High-spatial resolution stacked-actuator deformable mirror for correction of atmospheric wavefront aberrations", Applied Optics 60(23), pp.6719-6724, 2021. DOI: 10.1364/AO.427375; А.Л. Рукосуев, В.Н. Белоусов, А.Н. Никитин, Ю.В. Шелдакова, И. В. Сиверцева, А. В. Кудряшов. Лабораторное моделирование атмосферной турбулентности в задаче коррекции искажений волнового фронта лазерного излучения с помощью быстрой адаптивной оптической системы // Физика земли, 2021. №5, с.235-24DOI: 10.31857/S0002333721050161

 
                       
Фотография установки

 

Основные технические параметры системы стабилизации положения пучка

Диаметр светового пучка 50 мм
Диапазон длин волн Определяется покрытием зеркал и спектральной чувствительностью датчиков
Датчики положения пучка Квадрантные
Тип привода активных оправ Пьезоактюаторы
Частота работы системы До 500 Гц
Точность стабилизации 1 угловая минута
Диапазон управляющих напряжений -20 В - + 180 В