Материалы портала «Научная Россия»

Акустическое исследование глубин и шельфа Арктики

Акустическое исследование глубин и шельфа Арктики
Богатство России Арктикой прирастать будет

Богатство России Арктикой прирастать будет — ломоносовская классика сегодня дополняется важными переформулировками: богатство не только экономическое, но и научное, и технологическое. Академик РАН А.Г. Литвак, выступая на Научной сессии Общего собрания РАН «Научно-технические проблемы освоения Арктики» 16 декабря 2014 г., представлял в своем докладе сразу три академических института: Институт прикладной физики РАН, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН и Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН. И он прямо обратился к управленческим структурам: готово ли государство перейти от слов к делу и со своей стороны обеспечить научные программы, которые позволят российским специалистам оказаться на передовых позициях в ближайшем «арктическом будущем»?

Увы, уж сам ход Научной сессии стал давать отрицательный ответ. Министр природных ресурсов и экологии РФ С.Е. Донской произнес на сессии стартовый доклад — на самом деле обстоятельный и содержательный — но в силу своих спешных государственных дел уехал. А где другие чиновники? Тут, в этом зале, должно быть, как минимум, полправительства, а по итогам должно бы быть еще и принято постановление Правительства! Или не для этих чиновников Президент РФ утвердил Стратегию развития Арктической зоны РФ до 2020 года? Или они всё наперед знают и для них слушать главные научные аспекты, научное ви́дение, которое есть результат многодесятилетних исследований — просто потеря времени? Не объяснимо! К кому обращался Александр Григорьевич с главной трибуны Академии – не понятно. К другим ученым?

Вот так, огорчившись, сделаем краткий пересказ доклада академика, поскольку тема его — исключительной государственной важности: «Акустика глубоководной части Северного Ледовитого океана и арктического шельфа России. Результаты и перспективы».

И правда, здесь затронуты вопросы и обороны страны, и разведки ресурсов, и мониторинга климата, и правовой защиты границ, так что вопрос о государственном заказе на подобные исследования сверхактуален — ведь нельзя же в этой сфере полагаться на гранты различных фондов, а, тем более, на зарубежные источники финансирования!

Мониторинг океана на масштабах от десятков до тысяч километров позволяют осуществить акустические сигналы в диапазоне до первых сотен герц. Решение геофизических задач по диагностике донных пород также опирается на использование низкочастотных акустических сигналов, проникающих из водного слоя в донную толщу, что позволяет реализовать методы реконструкции донной структуры и поиск месторождений полезных ископаемых.

Институт прикладной физики РАН с 80-х годов прошлого века занимается разработкой систем дальнего гидроакустического обнаружения, когда были экспериментально получены дальности до 900 км в условиях глубокого океана. Эти методы просто не имеют альтернативы.

 

В 1994 г. был выполнен американо-российский эксперимент TAP (TransarcticAcousticPropagation) — тогда нужно было убедиться в принципиальной возможности организовать стационарную акустическую трассу в Арктике протяженностью более 1000 км. Уникальный автономный излучающий комплекс, установленный на якоре недалеко от Земли Франца-Иосифа, был разработан в ИПФ РАН, а обработка данных, полученных с помощью американской приемной антенны, выполнялась в основном специалистами ИО РАН.

Эксперимент удался, но выявились и сложности. Оказалось плохо изученным сильное затухание звука в подледном канале, выявился недостаток знаний в гидрологии северных морей и ее изменчивости, акустических свойств донных осадков. Стало ясно также, что недопустимо мощное акустическое воздействие на хрупкую экосистему арктических акваторий, включающую редкие и уже исчезающие виды морских млекопитающих.

Стали искать альтернативу, связанную с заменой импульсных источников ударного типа на когерентные сигналы специального вида — частотно- или фазо-модулированные, воспроизводимые от импульса к импульсу с высокой точностью. Т.е. нашли выигрыш относительно маломощных источников за счет построения особых алгоритмов обработки принимаемых сигналов. Проведенные позже эксперименты на акватории Каспийского моря показали, что зондирование на глубинах до тысячи метров с высоким пространственным разрешением возможно с использованием маломощных и экологически безопасных источников.

Концепция акустической разведки в последние годы стала быстро развиваться. Создаются сетецентрические системы подводного наблюдения, когда отдельные элементы (надводные и подводные корабли, стационарные системы обнаружения, рубежные линии, воздушные и космические средства наблюдения, центр принятия решений) связаны в единую измерительно-информационную сеть. Низкочастотная излучающая система как бы «подсвечивает» акваторию, а разнесенные в пространстве приемные системы регистрируют отраженные от целей сигналы.

Так проводится, в частности, сейсмоакустическая разведка. Но Арктика, между прочим, еще и «индикатор климата» для планеты Земля, «усилитель», влияющий на климат регионов планеты через цепочку прямых и обратных связей, атмосферные и океанические процессы. Недостаточное их понимание и отсутствие развитой сети наблюдений в Арктике приводят к сильным  ошибкам в прогнозах. Сегодня появляется возможность создания глобального акустического «термометра» с регистрацией климатических трендов температуры океанических вод в масштабах, сравнимых с масштабами самих океанов. Акустический «термометр» представляет собой стационарную акустическую трассу, проложенную в глубоком океане, «на входе» которой расположен мощный низкочастотный источник, «на выходе» – приемная антенна, регистрирующая приходы отдельных импульсов излучения и тем самым позволяющая «услышать» те изменения времени их распространения по трассе, которые связаны с изменением температуры океанических вод, влияющей на скорость звука. Такого рода исследования уже обнаружили, что темпы роста температуры арктических вод в конце 1990-х годов заметно возросли в сравнении с 1970-ми годами и составили около 0,1 град/год. Удалось «услышать» потепление промежуточного слоя атлантических вод, втекающих в Северный Ледовитый океан из северо-восточной Атлантики.

Не случайно быстро стал расти интерес арктических держав, прежде всего США, к постановке новых экспериментов по акустическому мониторингу Ледовитого океана — поскольку это программы «двойного назначения». Акустические методы становятся привлекательными для ведения иностранными флотами скрытного наблюдения, соответственно во весь рост стают вопросы защиты экономических интересов России в Арктике при разведке и добыче полезных ископаемых. Необходимо охранять морские платформы и подводные трубопроводы от несанкционированного доступа.

Если Россия позиционирует себя как ведущая арктическая держава, ей этот вызов необходимо принимать. К счастью, институты РАН обладают всем необходимым для самостоятельной организации таких работ. Так, в рамках сотрудничества ИПФ РАН и ряда нижегородских судостроительных КБ, разработаны технологии использования специальных подводных и ледокольных судов для сейсморазведочных работ в специфических арктических условиях, подготовлены проекты таких судов. Такие разработки будут определять завтрашний уровень оснащения российских добывающих компаний отечественными технологиями.

Методы и технические средства гидроакустики решат множество самых разных задач, включая и задачу геополитического характера: геологической «принадлежности» России хребта Ломоносова.

Институты РАН имеют значительный задел выполненных исследований и готовы к выполнению широкого спектра работ по «акустическому освоению» Арктики.

арктика научная сессия общего собрания ран

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий