Тюменские ученые близки к раскрытию секрета долголетия и управления климатом

Природные катаклизмы в мире продолжаются. Почти каждую зиму страны с традиционно умеренным климатом оказываются в плену снежной стихии и морозов. В прошлом году жители одной из южных стран — Италии катались на коньках по замерзшим венецианским каналам. Этой зимой настоящий сибирский снег ощутили на себе Англия и Франция. Большинство людей связывает эти природные явления с глобальным потеплением климата и таянием ледников, ведущим к смещению северных и южных полюсов. Причем сами ученые не отрицают уменьшения площади льда в Арктике, однако объясняют это другими причинами.

Потепление — не проблема

Споры на этот счет ведутся давно. Ученые разделись. Одни утверждают, что проблема потепления климата существует и в скором будущем может обернуться для человечества серьезными природными катаклизмами. Другие придерживаются более умеренных взглядов, считая, что некоторое потепление всего лишь временное явление и ему на смену непременно придет фаза похолодания. Этой же теории придерживается и Институт криосферы Земли СО РАН. Тюменские ученые уверяют – процесс деградации или аградации мерзлоты идет периодически всю известную историю. «Ледники то наступали, то отступали. Вслед за этим шла аградация (расширение, увеличение площади занятой мерзлотой) или деградация – отход ее к северу»,- поясняет директор института, академик РАН Владимир Мельников.

По его словам, потепление климата – явление масштабное и цикличное. Период самых высокие температур наблюдался при Чингисхане. Затем началось мощное похолодание, названное учеными в последствии малым ледниковым периодом. Он продолжался несколько столетий и закончился лишь в середине 19 века. За это время неоднократно отмечалось замерзание Москвы-реки, причем даже в августе. В настоящее время человечество приближается к тому климатическому оптимуму, который был при Чингисхане. После чего снова наступит фаза похолодания.

Уменьшение площади льда в Арктике тюменские ученые также не считают критичным, скорее наоборот указывают на возможность открытия Северного морского пути, который вполне мог бы конкурировать с Суэцким каналом. Кроме того, до сих пор Арктика была самым малоизученным регионом и сегодня создаются предпосылки для ее масштабного изучения.

К примеру, совсем недавно было открыто явление, названное «ледяным смерчем». Оно наблюдается в период резкого понижения температуры в полярных широтах. Во время образования морского льда происходит выделение углекислого газа в атмосферу, связанное с разложением гидрокарбоната кальция на СО2 и СаСО3. Холодный рассол, опускаясь вниз в отрицательно-температурной воде, создает нечто похожее на ледяной смерч, опускающийся до дна и создающий ледяную дорожку, в которую вмерзает морская живность.

«Это явление аномальной кристаллизации морской воды ранее никак не учитывалось в моделях тепломассопереноса, в которых толща воды между дном и поверхностным льдом принималась за однородный слой. Для нас это прежде всего дополнительный источник холода, влияющий на параметры субаквальной мерзлоты, а также как регулятор циркуляции потоков в морях Арктики и Антарктики», – отмечает академик Владимир Мельников.

Следует отметить, что это далеко не единственный пример малой изученности арктических широт. Эта территория хранит все множество секретов, как опасных для человечества по своей природе, так и наоборот — полезных, способных совершить переворот жизненно важных для человека сферах — медицине, энергетике, астрофизике.

Повелевать громом и молниями

Из школьного курса физики известно, что лед, как и пар, всего лишь одно из состояний воды. Однако несмотря на единую формулу – H2O – это совершенно различные объекты. В частности, лед имеет около 17 состояний и свыше полутораста терминов у народов, исконно населяющих северные территории. Неслучайно к исследованию льда как самостоятельного объекта, имеющего множество функциональных различий и ролей в природе, сегодня обращаются ученые всех стран мира.

Всплеск интереса к изучению льда и газовых гидратов связан не только с альтернативным газу источником энергии, но и активным использованием льда в современных нанотехнологиях. В числе передовиков по части раскрытия секретов льда – сотрудники Института криосферы земли СО РАН.

Так, тюменские ученые открыли четвертое состоянии жидкости – капельные кластеры. Они представляют собой структурированные капли, которые создают новую прослойку с определенными физическими свойствами. «Это вода не в виде льда и не в виде отдельных молекул, но образует решетку, близкую по структуре к кристаллической решетке, и придает среде, в которой капли воды взвешены, новые механические свойства», – рассказывает доктор физико-математических наук Анатолий Шавлов.

Для наблюдения четвертого состояния воды учеными была сделана не хитрая установка, состоявшая из микроскопа, ингалятора и видеокамеры. Множество видео и фотосъемок лабораторного тумана показали, что вязкость капельных кластеров выше вязкости воздуха, а цепочки из мельчайших капель свидетельствуют о том, что в небе есть порядок. Следовательно, новое состояние воды может существенно влиять на земной климат.

Открытие тюменских ученых уже привлекло внимание мировой общественности. Новое состояние воды может сделать переворот в астрофизике.

Газ в гранулах

В эпоху поиска все более передовых технологий хранения и транспортировки энергоресурсов особую актуальность приобретает изучение тюменскими учеными газогидратов. По их мнению, будущее энергетики всего мира заключается именно в этих льдоподобных веществах, где на один объем воды и льда приходится 160 объемов газов.

Первые свидетельства о содержании газогидратов в земной коре было получено в 1970-х годах, когда был осуществлен отбор керна природных газогидратов из глубоководной части Черного моря. Чуть позже аналогичные исследования были проведены на дне озера Байкал. Спуск аппарата «Мир» зафиксировал газовые гидраты, которые выходили на поверхность из земной коры. Ученые не без основания называют эти вещества топливом будущего, поскольку накопления донных отложений образуются постоянно, в то время как запасы нефти и газа постепенно истощаются.

Еще одним существенным преимуществом газовых гидратов перед традиционными источниками энергии — углеводородами – является их способность длительного существования при отрицательных температурах. То есть при сбросе давления до уровня атмосферного воздуха в условиях отрицательных температур на поверхности веществ образуется ледяная корка, препятствующая их разложению на газ и воду. Первенство в разработке технологии транспортировки природного газа в лед-газогидратных таблетках принадлежит японцам. Сегодня эта технология только отрабатывается, но в перспективе ее можно будет применять для транспортировки газа. Программы по исследованию газовых гидратов также имеются в США, Великобритании, Канаде, Индии.

Россия, обладающая крупнейшими запасами газа, пока не делает акцент на изучение газовых гидратов. Тем не менее тюменские ученые сегодня вплотную занимаются технологией получения «сухой воды». Механизм прост – в обычном миксере взбивается 3% порошка, поверхностные свойства которого позволяют удержать воду в каплях, и 97% воды, в результате чего получается песок. Главная задача – адаптировать эту технологию к газу. Получить такие технические решения, которые позволяли бы переводить газ в порошкообразное состояние, делать из него брикеты или таблетки. Таким образом, появится возможность транспортировать газ или ПНГ без строительства газопроводов.

В перспективе данная технология позволит частично решить и проблемы экологии, в частности, вопрос утилизации парниковых газов. Перевод излишек газа в газогидратное состояние, в льдоподобное вещество сделает его безвредным для окружающей среды, уверены ученые. Одним словом, исследования в области генетики газообразования открывают широкие возможности использования природных богатств.

Ключ к секрету долголетия

Не менее интересные открытия сделаны тюменскими учеными на стыке наук – криологии и биологии. Исследования особенностей микроорганизмов, населяющих криосферу, выявили их жизнеспособность и наличие особых неизвестных пока механизмов защиты или репараций ДНК от тепловой деструкции, излучений, свободных радикалов и других повреждающих факторов.

Так, одна из таких бактерий, запатентованная тюменскими учеными как Bacillus Frost, стала объектом совместных исследований с коллегами из почти двух десятков лабораторий России, Украины, Швеции, Австрии, Японии, Норвегии. Изучение биологической активности на растениях, инфузориях, дрозофилах и лабораторных мышах, позволило выделить отдельные штаммы микроорганизмов, способных вызывать активацию иммунной системы. Причем биопотенциал бактерии активируется в условиях пониженных температур и проявляется в дозах в 1000–100 раз меньших, чем у их современных аналогов.

Так, исследования показали способность бактерий ускорять процессы заживления ран, повышать устойчивость организмов к различным стрессам, увеличивать мышечную массу, активировать правое полушарие мозга. Причем доказано, что метаболиты бактерий воспроизводят те же эффекты.

Все это позволяет говорить о том, что криосфера с присущими ей уникальными микроорганизмами обладает огромным биологическим потенциалом. Дальнейшее исследование этой среды может стать основой грандиозных открытий в области медицины и фармакологии.

Кризис жанра

Несмотря на то, что исследования в разных областях науки продолжаются, высшая школа знаний переживает сегодня не только финансовый кризис, но и кризис жанра в первую очередь. Причем тенденция прослеживается не только в России, но в Европе, Америке.

«Мы находимся в ситуации, когда курс на инновационную экономику ставит новые задачи перед научным сообществом, но связь между фундаментальными знаниями и их практическим воплощением потеряна», – поясняет академик Владимир Мельников.

Причина такого разрыва кроется в упразднении прикладных институтов, призванных довести научную идею до реального продукта. Мировое сообщество стоит перед мощной проблемой — поиска этого важного промежуточного звена.

В этой связи Европейская Комиссия объявила в 2012 году последний и самый крупный конкурс проектов в рамках Седьмой рамочной программы по исследованиям и технологическому развитию (7РП). В общей сложности более 8 млрд евро будет выделено на проекты и идеи, которые повысят конкурентоспособность Европы и помогут решить вопросы, связанные со здоровьем человека, охраной окружающей среды и поиском новых решений для проблем, вызванных урбанизацией и необходимостью управлять отходами. Финансирование, которое будет доступно для организаций и предприятий из любой страны мира, включая Россию, составляет львиную долю предлагаемого на 2013 год бюджета ЕС на исследования в размере 10,8 млрд евро.

Еще одним крупным значимым мероприятием прошлого года для научного сообщества стала X международная конференция по мерзлотоведению «Ресурсы и риски регионов с вечной мерзлотой в меняющемся мире», которая прошла с 25 по 29 июля в Салехарде. Встреча на Ямале объединила под своей эгидой ведущих мировых ученых Востока и Запада, творческую молодежь, общественных деятелей, представителей крупного бизнеса и власти. Всего порядка 600 человек, включая 300 иностранных участников. Причем принимающая сторона взяла на себя не только обязательства по организации конференции, львиную долю расходов, но и обеспечила участие в ней 80 российских и 70 иностранных молодых ученых.

Принимая во внимание существенный вклад округа в развитие научного потенциала арктических регионов и активной поддержки академической науки, участниками 10-й международной конференции по мерзлотоведению было принято решение поддержать инициативу губернатора ЯНАО Дмитрия Кобылкина по созданию на Ямале международного научного центра изучения Арктики, и, в частности, его отделения на острове Белый.

Кроме того, учитывая многолетний опыт Ямала по установлению разностороннего сотрудничества с полярными регионами, участниками конференции было решено обратиться к международному арктическому сообществу и Арктическому совету за поддержкой предложения главы округа о придании Ямало-Ненецкому автономному округу статуса Международного центра по развитию гуманитарного и научного сотрудничества в Арктике.