Отчет о научно-исследовательской и научно-организационной деятельности за 2002 год

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

I. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

1.1. ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЗАВЕРШЕННЫХ В 2002 г.

2. Технические науки

2.2. Информатика

2.2.2. Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным исследованиям в различных областях знаний

Разработана и реализована концепция комплексной оценки риска для природной среды и населения северо-запада России и Скандинавских стран от возможного воздействия объектов радиационного риска с применением технологий ГИС (ИППЭС КНЦ РАН, DMI, 2.2.2).

В качестве исследуемых объектов риска были выбраны атомные электростанции на северо-западе России – Кольская (Мурманская обл.) и Ленинградская АЭС. На основе разработанной концепции проведена детальная оценка индивидуального и коллективного риска для различных географических территорий, административных образований и групп населения, в том числе малочисленных народов (саами).

Результаты исследования важны и применимы для включения в планы оперативного реагирования на аварии и принятия решения в случае чрезвычайных ситуаций на проанализированных объектах радиационного риска. Оценка выполнялась в рамках сотрудничества с Датским Метеорологическим Институтом при поддержке Научного Совета Северных Стран. (Научные руководители: зав. лаб., д.ф-м.н. Бакланов А.А., Е-mail: alb@dmi.dk; с.н.с. Ригина О.Ю., тел.: (81555) 79703, Е-mail: origina@hotmail.com).

Проведена детальная вероятностная оценка возможного воздействия атмосферного переноса от 12 объектов радиационного риска, расположенных в Северной Европе, выявлена временная и пространственная изменчивость различных индикаторов потенциального воздействия (ИППЭС КНЦ РАН, DMI, 2.2.2).

С использованием разработанной методики вероятностной оценки атмосферного переноса от объектов радиационного риска (ОРР) проанализированы различные индикаторы потенциального воздействия объектов риска. В качестве исследуемых объектов риска были выбраны: Ленинградская и Кольская АЭС (Россия), Игналинская АЭС (Литва), Олкилуото и Ловиза АЭС (Финляндия); Оскархамн, Барсебек и Рингхалс АЭС (Швеция); полигон архипелага Новая Земля и судоремонтный завод на Кольском полуострове (Россия); группы из нескольких АЭС в Великобритании и Германии. Для каждого объекта риска среди индикаторов потенциального воздействия, построенных по результатам траекторного моделирования атмосферного переноса за многолетний период, оценены пространственная и временная изменчивость для: вероятностных полей воздушных потоков, вероятностных полей быстрого переноса, максимально-достижимых географических границ и границ зон максимального воздействия ОРР в течение первых суток атмосферного переноса, полей типичного времени переноса, и полей относительной влажности или потенциального вымывания осадками.

Результаты исследования важны и применимы для включения в планы оперативного реагирования на аварии и принятия решения в случае чрезвычайных ситуаций на проанализированных объектах радиационного риска. Оценка выполнялась в рамках сотрудничества с Датским Метеорологическим Институтом при поддержке Научного Совета Северных Стран. В период выполнения работ. (Научные руководители: зав. лаб., д.ф-м.н. Бакланов А.А., Е-mail: alb@dmi.dk; н.с. Махура А.Г., тел.: (81555) 79703, Е-mail: mahura@dmi.dk).

На основе данных натурных измерений парникового эффекта, содержания аэрозолей в тропосфере и стратосфере, солнечной активности, озонового слоя и содержание водяного пара выполнено численное моделирование антропогенного воздействия на климат в многолетнем тренде (период 1950-2000 гг.) (ИППЭС КНЦ РАН, NASA, 2.2.2).

Климатическая модель, основанная на численных экспериментах по комплексному антропогенному воздействию на климат (натурные измерения парникового эффекта, содержания аэрозолей в тропосфере и стратосфере, солнечной активности, озонового слоя и содержание водяного пара за период 1950-2000 гг.), воспроизводит повышение приземной температуры воздуха на 0.47C с 1951 по 1998 г. Потепление зафиксировано больше над континентами, чем над океанами. Потепление над океанами проявляется больше всего в зимний период, что является следствием таяния морского льда. Тренд изменчивости глобальной средней приземной температуры воздуха оценивается из квадратично-среднего отклонения от линейного тренда. Этот тренд равен 0.45C за период 1951-1998. Из данных натурных измерений тренд приземной температуры воздуха равен 0.4C. Таким образом, моделируемая изменчивость приземной температуры воздуха в разумных пределах согласуется с данными наблюдений.

За счет потепления повышается способность воздуха удерживать больше влаги, что ведет к усилению конвекции в тропиках. Это в свою очередь ведет к увеличению выпадения осадков. В целом происходит изменение общей циркуляции в атмосфере.

В 2002 г. оттестирована трехмерная модель общей циркуляции океана со свободной поверхностью для соединения с климатической моделью общей циркуляции атмосферы. Предварительный анализ результатов показал, что существующая схема соединения атмосферной климатической и океанической модели не сохраняет интегральные величины при переходе с океанической на атмосферную сетку и обратно. (Научные руководители: с.н.с., к.ф-м.н. Назаренко Л.С., тел.: (81555) 79703, E-mail: lnazarenko@giss.nasa.gov; с.н.с., к.ф-м.н. Тауснев Н.Л., тел.: (81555) 79703, E-mail: ntausnev@giss.nasa.gov).

На примере озера Имандра выполнено численное моделирование динамики физико-химических характеристик пресноводного водоема, подверженного воздействию апатито-нефелинового производства в период 1990-2000 гг. (ИППЭС КНЦ РАН, 2.2.2).

На основании 4-х резервуарной модели «стоки – озеро - атмосфера», отражающей изменение физико-химических параметров водоема в зависимости от химического состава водоема, стока и объема стока во времени, исследовались параметры озера в период прекращения поступления сточных вод после 10 лет воздействия (Программный комплекс Селектор). Получено достоверное совпадение натурных и модельных данных, что позволяет осуществлять прогноз в масштабе реального времени. Так, на основании проведенного исследования можно утверждать, что гидрохимические характеристики оз. Имандра после прекращения воздействия стоков могут вернуться к своим природным показателям не ранее чем через 10 лет. Очистка поверхностных вод происходит быстрее придонных. Таким образом, впервые для исследуемого водоема предложена модель прогноза изменения физико-химических параметров водоема в зависимости от химического состава стока и объема стока во времени, Это указывает на возможность применения данного подхода и к другим объектам, подверженным воздействию горнорудных предприятий. (Научные руководители: зав. лаб., д.ф-м.н. Бакланов А.А., Е-mail: alb@dmi.dk; с.н.с., к.х.н. Мазухина С.И., тел.: (81555) 79703, Е-mail: mazukhina@inep.ksc.ru).

Проведена оценка вероятностного влияния разработки комплексного уран-ванадиевого месторождения на водоемы Карелии (ИППЭС КНЦ РАН, Институт водных проблем Севера Карельского НЦ РАН, 2.2.2).

С применением метода физико-химического моделирования (ПК Селектор) исследованы условия формирования состава и физико-химических свойств подземных вод месторождения и поведения основных рудных компонентов в поверхностных условиях при откачке и сбросе подземных вод в озерно-речную систему при возможной разработке месторождения. Определены формы миграции основных рудных компонентов в природных водах и показано, что в результате сброса подземных вод в речную систему при эксплуатации месторождения возможно увеличение концентрации Cl^-, K⁺, Mg⁺², Na⁺, Sr⁺, уран-, ванадий-, молибден- и медьсодержащих комплексов. По мере увеличения доли подземной воды в речной системе происходит подщелачивание вод смешения. Преобладание анионных форм U, Mo, V в природных водах способствует их хорошей миграции в растворенном состоянии. Увеличение концентрации растворенных форм Mo, Cu, V, ПДК которых для водных объектов очень низки (< 1мкг/л), может представлять серьезную опасность для гидробионтов.

Результаты проведенного исследования позволяют оценить последствия влияния разработки месторождения на озерно-речную систему еще на стадии проектирования. (Научные руководители: к.г-м.н. Бараптов А.В., тел.: (8142) 762753, Е-mail: barhatov@krc.karelia.ru; с.н.с. Мазухина С.И., тел.: (81555) 79703, Е-mail: mazukhina@inep.ksc.ru; н.с. Бородулина Г.С., тел.: (8142) 781068, borodulina@nwpi.krc.karelia.ru).

4. Науки о жизни

4.2. Общая биология и экология

4.2.1. Структурно-функциональная организация водных и наземных экосистем, динамика популяций и механизмы устойчивости сообществ

Уточнены списки видов рыб и установлена структура рыбного сообщества ряда водоемов Кольского полуострова, расположенных вне зоны прямого влияния горнопромышленных комплексов. Получен ряд биологических характеристик ихтиофауны эталонных (фоновых) водоемов региона как основа биоиндикации техногенного загрязнения поверхностных вод (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.1).

Проведена инвентаризация состава ихтиофауны в озерах системы р. Поной, расположенных в центральной части Кольского полуострова и подверженных аэротехногенному загрязнению. Установлено, что по доминированию обитающих в них видов они могут быть отнесены к окунево-сиговым водоемам. Определены основные биологические параметры популяций и организмов рыб: размерно-весовые показатели, возрастная и половая структура, проанализирован их спектр питания. Выявлены патологии внутренних органов и установлена частота их встречаемости. Выявлен уровень накопления тяжелых металлов в органах рыб. Полученные результаты позволяют провести сравнительный анализ ответных реакций гидробионтов водоемов Субарктики на разноуровневую техногенную нагрузку. (Научный руководитель: зав. лаб., д.б.н. Кашулин Н.А., тел.: (81555) 79378, Е-mail: kashulin@inep.ksc.ru).

Рассмотрено влияние хвойных древесных пород ели и сосны на первичную продуктивность и разнообразие растений нижних ярусов, выявлены особенности растений с атмосферной и почвенной стратегией питания (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.1).

Представление о питательном режиме северо-таежных лесов подразумевает, что влияние деревьев-средообразователей ели и сосны на продуцирование растениями напочвенного покрова органического вещества обусловлено: а) характером воздействия (через изменение энергетического и вещественного потоков, корневую конкуренцию и т.д.); б) видовой принадлежностью; в) специфической реакцией видов напочвенного покрова на влияние дерева. В соответствии со стратегией питания напочвенный покров в этих лесах слагают растения, которые могут быть разделены на две группы: 1) растения, получающие элементы питания из атмосферы (мохообразные и лишайники); 2) растения, поглощающие элементы питания из почвы (вечнозеленые и листопадные кустарнички, травянистые).

Дополнительное поступление элементов питания с кроновыми и стволовыми водами может способствовать обогащению лишайников и мохообразных элементами питания. Так, под сосновым пологом благодаря этому продуктивность и разнообразие лишайников и мохообразных возрастает. Продуктивность мохообразных, особенно Hylocomium splendens, под еловым пологом, несмотря на их обогащение элементами питания, снижается, что обусловлено низкой степенью освещенности и более «агрессивным», чем под сосной, характером стволовых и кроновых вод. Виды Pleurozium schreberi проявляют более высокую устойчивость к влиянию деревьев, чем Hylocomium splendens.

Продуктивность кустарничков в зонах края и перекрывания крон, где в органогенных горизонтах почв увеличивается содержание обменного алюминия, а в растениях наблюдается снижение содержания кальция, магния и марганца, уменьшается по сравнению с межкроновыми пространствами. Другой причиной может быть возрастание конкуренции дерева за элементы питания, поскольку именно в этих зонах возрастает масса сосущих корней деревьев. В приствольных зонах кустарнички формируют значительную фитомассу по сравнению с другими зонами древесных парцелл, что может быть связано с дополнительным поступлением элементов питания со стволовыми водами, их высоким содержанием в органогенных горизонтах почв и ассимилирующих органах этих растений. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778; E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru; зав. лаб., д.б.н. Лукина Н.В., тел.: (81555) 79751, E-mail: lukina@inep.kolasc.net.ru).

Показана зависимость питательного режима растений березовых лесов на северном пределе распространения от эдафических условий (богатства почвообразующих пород, типа почв, доступности для растений элементов питания) в природных условиях и при интенсивном аэротехногенном загрязнении (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.1).

Проведены детальные исследования питательного режима растений различных типов березовых лесов на северном пределе распространения (кустарничковые, травяные и сфагновые). На большом фактическом материале показано, что в природных условиях береза, произрастающая во влажных местообитаниях на торфяно-подзолистых и торфянисто-глеевых почвах (березняки травяные и сфагновые), аккумулирует значительно больше кальция и магния и меньше алюминия и железа, чем в сухих местообитаниях на подзолах (березняки лишайниково-кустарничковые). В условиях интенсивного промышленного загрязнения наиболее существенное снижение кальция, магния, марганца и цинка наблюдается в березе и чернике, произрастающих в сухих местообитаниях на подзолах с низким содержанием основных катионов в материнских породах. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н. Лукина Н.В., тел.: (81555) 79751, E-mail: lukina@inep.kolasc.net.ru; зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru).

4.2.2. Систематика, оценка состояния биологического разнообразия и его сохранение;

биологические ресурсы, рациональное использование растительного и животного мира

Определена субстратная специализация комплексов афиллофоровых грибов старовозрастных хвойных лесов Кольского полуострова (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.2).

Разнообразные и устойчивые комплексы афиллофоровых грибов старовозрастных хвойных лесов северной тайги обусловливают постоянное разрушение древесины опада и отпада. Тем самым они выполняют важную биогеохимическую функцию: способствуют возвращению в биогеохимические циклы элементов, аккумулирующихся в многолетних органах древесных растений и потому на длительное время исключенных из этих природных циклов.

Субстратная специализация ксилотрофных базидиомицетов проявляется в их преимущественной приуроченности к древесине определенных видов древесных пород. Наибольшее количество видов грибов приурочено к древесине березы (24 вида), для других доминирующих в северо-таежных лесах древесных пород ели и сосны количество видов значительно меньше (16 и 6 видов соответственно). Одни виды обладают видовой специализацией породы-хозяина, другие могут использовать различный древесный субстрат. Большинство ксилотрофных грибов обладают незначительной способностью аккумулировать тяжелые металлы. Доступность соединений тяжелых металлов для грибов определяется кислотностью субстрата. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru; с.н.с., к.с-х.н. Исаева Л.Г., тел.: (81555) 79679, Е-mail: isaeva@inep.kolasc.net.ru).

Выявлена специфичность и универсальность ответных реакций афиллофоровых грибов на воздушное промышленное загрязнение. Показано, что на воздействие разных загрязняющих веществ реагируют одни и те же регуляторные системы микобиоты. Сходство ответных реакций проявляется в смене доминантов, сокращении их видового состава с выпадением отдельных видов. Специфичность ответных реакций выражается в неоднозначной реакции разных видов и зависит от типа гифальной системы. Наименее устойчивыми видами являются индикаторы малонарушенных лесных экосистем с мономитической гифальной системой (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.2).

В условиях изменяющейся природной среды, обусловленной воздушным промышленным загрязнением, проявляются специфичность и универсальность ответных реакций афиллофоровых грибов.

Универсальность ответа обусловлена тем, что на воздействие разных загрязняющих веществ реагируют одни и те же регуляторные системы микобиоты. Сходство ответных реакций наиболее отчетливо проявляется в смене доминантов афиллофоровых грибов, сокращении их видового состава с безвозвратным выпадением отдельных видов. Поэтому загрязнение среды может привести к утрате грибного генофонда бореальных лесов.

Специфичность ответных реакций выражается в неоднозначной реакции разных видов. Наименее устойчивыми видами являются индикаторы малонарушенных лесных экосистем (Onnia leporina, Gloeophillum protraktum, Amylocistis lapponica, Phellinus chrysoloma, Phlebia centrifuga, Dichomitus squalens), наиболее устойчивыми - Fomitopsis pinicola, Fomes fomentarius, Gloeophyllum sepiarium.

Специфичность ответных реакций афиллофоровых грибов определяется также типом гифальной системы. Виды с мономитической гифальной системой наиболее чувствительны к загрязнению окружающей среды, поэтому в этих условиях происходит заметное увеличение доли видов с тримитическим и димитическим типами гифальной системы. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru; с.н.с., к.с-х.н. Исаева Л.Г., тел.: (81555) 79679, Е-mail: isaeva@inep.kolasc.net.ru).

4.2.4. Генезис и структура почвенного покрова, биосферные функции почв

На основе результатов комплексных микробиологических, зоологических и почвенно-химических исследований трансформации органического вещества сформулирована концепция функционирования почвенной биоты как ведущего фактора в процессах минерализации и гумификации растительных остатков в естественных и антропогенно измененных экосистемах Северной Фенноскандии (ИППЭС КНЦ РАН, ПАБСИ КНЦ РАН, 4.2.4).

Впервые выполнены комплексные исследования процессов трансформации растительных остатков в естественных и окультуренных почвах разного генезиса в Мурманской области и Северной Норвегии на основе микробиологических, зоологических и почвенно-химических методов анализа. Обнаружена сравнительно невысокая зависимость интенсивности разложения растительных остатков от генетических особенностей почв и их загрязнения тяжелыми металлами. Выявлена тесная взаимосвязь между изменением химического состава растительных остатков и биомассой и разнообразием микроорганизмов и беспозвоночных животных. Выявлена новая тенденция, свидетельствующая об усилении трофических взаимосвязей беспозвоночных животных с микроскопическими грибами в загрязненных тяжелыми металлами почвах по сравнению с «чистыми» почвами. Ведущая роль почвенной биоты в процессах трансформации органического вещества определяется ее полифункциональной природой. Результаты исследований обобщены в монографии «Биодинамика процессов трансформации органического вещества в почвах Северной Фенноскандии». Изд. КНЦ РАН. 2002. 154 c. (Научный руководитель: зав. лаб., д.б.н., проф. Евдокимова Г.А., тел.: (81555) 79771, Е-mail: galina@inep.ksc.ru).

Сформулирована концепция устойчивого функционирования агроэкосистем индустриально развитого региона Крайнего Севера, основанная на их способности выполнять сельскохозяйственные функции при значительных и регулярных материальных и энергетических инвестициях. Показаны пути и методы регулирования эдафических условий, позволяющие выявлять оптимальные комбинации параметров климатических условий, питательного статуса и влажности почв, вносимых элементов питания и мелиорантов. для целенаправленного регулирования урожайности и качества сельскохозяйственных растений (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.4).

Вследствие неблагоприятных климатических и специфических эдафических условий возделывания традиционных кормовых трав и ввиду того, что северная граница ареала этих растений лежит гораздо южнее Полярного круга, агроэкосистемы Мурманской области нуждаются в значительных и регулярных материальных и энергетических инвестициях. Превышение поступления элементов питания над выносом должно быть не менее 180-200%. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru; с.н.с., к.с-х.н. Кислых Е.Е., тел.: (81555) 79778, E-mail: kyslych@inep.kolasc.net.ru).

Обосновано прогностическое направление в агроэкологии, базирующееся на среднесрочном экспертном прогнозе изменения агроэкосистем (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.4).

Предложен алгоритм ведения земледелия, включающий в себя оценку состояния земель сельскохозяйственного назначения, определение потенциальной урожайности, качества основной кормовой культуры и разработку ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Показаны принципы рационального использования почвенных ресурсов Мурманской области как северного форпоста земледелия России. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru; с.н.с., к.с-х.н. Кислых Е.Е., тел.: (81555) 79778, E-mail: kyslych@inep.kolasc.net.ru).

Показан нелинейный характер изменений концентраций широкого ряда элементов в почвенных водах в процессе деградационной сукцессии, вызванной воздушным промышленным загрязнением (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.4).

Воздушное промышленное загрязнение вызывает деградационную сукцессию в лесные экосистемах, характеризующуюся следующими основными стадиями: фон, интенсивная дефолиация, затухающая дефолиация, техногенное редколесье, техногенные пустоши. В длительном полевом эксперименте подтверждено, что концентрации компонентов выбросов соединений Ni, Cu, Co, V, Cr, As, Mo, Cd, Sb и W в почвенных водах увеличиваются в процессе деградационной сукцессии. Концентрация S, основного компонента выбросов медно-никелевых комбинатов, увеличивалась линейно только в водах межкроновых пространств, тогда как в водах древесных парцелл максимальные концентрации соединений этого элемента обнаруживаются на стадии интенсивной дефолиации. Это объясняется высокой концентрацией серы, являющейся биофилом, в растениях, а также аккумуляцией соединений серы техногенного происхождения на поверхности крон деревьев. На стадиях затухающей дефолиации, техногенного редколесья и пустоши характеризующихся снижением количества растительного опада и изреживанием кроны, концентрация серы в почвенных водах снижается.

Концентрации Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, N-NH₄, S, Cl, Zn, Y, лантаноидов, Mn, Al, Fe, также как содержание анионов органических кислот, характеризовались выраженным максимумом на стадии интенсивной дефолиации, что обусловлено увеличением количества опада, повышенной растворимостью соединений элементов и интенсивными обменными процессами в почве. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н. Лукина Н.В., тел.: (81555) 79751, E-mail: lukina@inep.kolasc.net.ru; зав. лаб., д.б.н., проф. Никонов В.В., тел.: (81555) 79778, E-mail: nikonov@inep.kolasc.net.ru).

Описан механизм формирования внутрипочвенного барьера для соединений серы в подзолах бореальных лесов, подверженных воздушному загрязнению медно-никелевого производства (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.4).

Отсутствие выраженных барьеров для соединений серы в подзолах в природных условиях объясняется блокированием органическим веществом обменных позиций на поверхности гидроксидов. Обнаружено, что в минеральных горизонтах подзолов бореальных лесов, подверженных воздушному промышленному загрязнению медно-никелевым производством, формируется ярко выраженный барьер для соединений серы. Возникновение барьера объясняется увеличением в минеральной части профиля концентраций аморфных форм соединений железа и, особенно, алюминия. Поверхность коллоидных частиц гидроокислов железа и алюминия положительно заряжена. (Научные руководители: зав. лаб., д.б.н. Лукина Н.В., тел.: (81555) 79751, E-mail: lukina@inep.kolasc.net.ru; н.с. Горбачева Т.Т., тел.: (81555) 79679).

4.2.6. Палеобиологические аспекты эволюции органического мира; эволюционная

морфология

Выявлены закономерности изменения таксономической структуры палеокомплексов хирономид (Diptera: Chironomidae) позднего плейстоцена в связи изменениями климата и северной границы произрастания древесной растительности на Севере России. Предложены методы реконструкции изменений природной среды в субарктических и арктических регионах России в позднем плейстоцене (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.6).

По результатам анализа структуры палеокомплексов хирономид из озерных отложений позднего плейстоцена в различных регионах российского Севера (Якутия, п-ов Таймыр, Полярный Урал, Кольский п-ов) выявлены закономерности смены доминирующих таксонов в комплексах, обусловленные изменениями климата и северной границы произрастания древесной растительности. Полученные зависимости таксономической структуры комплексов от среднемесячной температуры июля и наличия/отсутствия древесной растительности на водосборе озер положены в основу разработанной методологии для реконструкции изменений природной среды в субарктических и арктических регионах России в позднем плейстоцене. (Научные руководители: чл.-к. РАН Моисеенко Т.И., тел.: (095) 1353320, E-mail: tatyana@aqua.laser.ru; к.б.н. Даувальтер В.А., тел.: (81555) 79774, E-mail: vladimir@inep.ksc.ru; к.б.н. Ильяшук Б.П., тел.: (81555) 79776, Е-mail: ilyashuk@inep.ksc.ru).

На основании многолетних полевых исследований получена и структурирована в виде базы данных информация по 468 таксонам диатомовых водорослей из 12 природных водных объектов Кольского полуострова и бассейна реки Печоры (ИППЭС КНЦ РАН, 4.2.6).

Результаты изучения диатомовых водорослей в донных осадках, перифитоне и планктоне водоемов Кольского полуострова и бассейна реки Печоры занесены в реляционную базу данных. База данных состоит из набора следующих таблиц: станций отбора проб, результатов анализа и списка диатомовых водорослей, таблицы таксонов. Таблица таксонов содержит экологические характеристики со ссылками на источник определений. Таблица станций отбора проб содержит географическую привязку (координаты, адрес), время отбора проб и дополнительные характеристики объекта, определяет точное место взятия пробы для анализа (глубина в колонке или водоеме). Таблица результатов анализа содержит количества диатомовых водорослей определенного вида в точках отбора проб. Разработаны SQL-запросы, позволяющие получать статистические характеристики сообществ диатомовых: относительную численность диатомовых водорослей в образце, концентрацию створок, индексы разнообразия и данные по соотношению видов в экологических группах. Результаты запросов легко экспортируются в электронные таблицы типа EXEL. (Научный руководитель: с.н.с. к.г.н. Каган Л.Я., тел.: (81555) 79776, Е-mail: kagan@inep.ksc.ru).

5. Науки о Земле

5.1. Геология, геохимия, геофизика и горные науки

5.1.1. Геология окружающей среды (экологическая геология)

Разработан и апробирован экологически безопасный способ захоронения загрязненных радионуклидами грунтов в мелкозернистых бетонах, где в качестве заполнителя используется подлежащий захоронению грунт, а в качестве вяжущего - минеральная дисперсия на основе тонкомолотого магнезиально-железистого алюмосиликата и раствора калийно-натриевого силикатного стекла (ИППЭС КНЦ РАН, 5.1.1).

Показано, что при твердении вяжущей системы на основе тонкомолотого алюмосиликата и раствора калийно-натриевого силикатного стекла образуется адсорбционно-активный материал по отношению к катионам радионуклидов, в частности к цезию-137 и стронцию-90, сорбция составляет до 1.0-1.2 мг-экв/г.

При получении мелкозернистого бетона на основе данного вяжущего и загрязненного радионуклидами грунта в соотношении 1:3 образуются твердотельные продукты, обладающие тонкопористой структурой (поры до 50 A составляют 70%), высокой прочностью от 60 до 80 МПа, морозостойкостью, коррозионной устойчивостью, что в совокупности препятствует разрушению твердого тела, вымыванию и миграции в окружающую среду радионуклидов. (Научные руководители: зав. лаб., к.т.н. Зосин А.П., тел.: (815555) 79144, Е-mail: zosin@inep.ksc.ru; с.н.с., к.т.н. Приймак Т.И., тел.: (815555) 79665).

На основе идентификации продуктов деструкции углеводородов с применением химических, спектрометрических и хроматографических методов дан анализ процессов трансформации нефтепродуктов в северных почвах, оценена последовательность и скорость деструкции групповых компонентов нефтепродуктов и роль разработанного сорбента в этих процессах (ИППЭС КНЦ РАН, 5.1.1).

Экспериментально прослежена ретроспектива изменения относительного содержания групповых компонентов нефтепродуктов под воздействием климатических факторов. Изучение внутрипочвенной деструкции компонентов нефтепродуктов, латеральное и радиальное распределение их в почвах позволяет связать эти процессы с изменениями свойств почв в процессе техногенеза и воздействием отдельных групповых компонентов на свойства и скорость восстановления репродуктивной способности экосистем. Разработаны условия для комплексного анализа трансформации нефтепродуктов с применением жидкостной хроматографии с последующим спектроскопическим детектированием. В полевых условиях реализована комплексная биотехнология рекультивации нефтезагрязненных земель (на техногенных субстратах на основе отходов горно-добывающей промышленности, обедненных подзолистых и обогащенных гумусом почвах). Процесс трансформации нефтезагрязнений на поверхности и внутри пористо-слоистой структуры биоадгезатора, благодаря удерживающей способности «С-верада» на границе раздела твёрдое  жидкость и наличию микрофлоры на его поверхности проходит с большей скоростью. Окисление легкой фракции нефтепродуктов проходит быстрее в 2 раза. Содержание высокосмолистой фракции к концу эксперимента составило около 40 % от начального, в то время как на объектах сравнения - 60%. К концу эксперимента остаточное содержание нефтепродуктов на поверхности биосорбентов составило около 20 % от начальной концентрации, на почвах без биоадгезатора - 55-70 %. (Научные руководители: зав. лаб., к.т.н. Зосин А.П., тел.: (81555) 79144, E-mail: zosin@inep.ksc.ru; к.т.н. Приймак Т.И., тел.: (81555) 79665).

5.2. Океанология, физика атмосферы, география

5.2.1. Исследования и мониторинг состояния природной среды; ресурсы морей России и мирового океана, прогноз их изменений

Выявлены особенности пространственного (латерального) и вертикального распределения радионуклидов в донных отложениях открытых водоемов, расположенных в районе редкометальных месторождений, показана вероятность миграции радионуклидов в водоемы с рудников и хвостохранилищ (ИППЭС КНЦ РАН, ИХТРЭМС КНЦ РАН, 5.2.1).

Исследовали пространственное (латеральное) и вертикальное распределение радионуклидов в донных отложениях открытых водоемов, расположенных в районе редкометальных и бадделеитовых месторождений и хвостохранилищ горно-обогатительного комбината. Установлено различное поведение природных радионуклидов в вертикальном распределении в донных отложениях, которое обусловлено различным состоянием и формой нахождения, растворимостью соединений. Значительных изменений в содержаниях ⁴⁰К, ¹³⁷Cs, ²²⁶Ra в донных отложениях не происходит. В распределении ²³⁸U и ²³²Th отмечается увеличение концентраций в поверхностных слоях донных отложений на порядок по сравнению с фоновыми содержаниями. (Научный руководитель: д.г.н. Даувальтер В.А., тел.: (81555) 79774, E-mail: vladimir@inep.ksc.ru; с.н.с. Мельник Н.А., тел.: (81555) 79286, Е-mail: melnik@chemy.kolasc.net.ru).

Сформировано представление о механизмах формирования качества вод и донных отложений арктических водоемов под влиянием различных по характеру антропогенных факторов - тяжелых металлов, минеральных солей, биогенной нагрузки, сбросных вод АЭС (ИППЭС КНЦ РАН, 5.2.1).

Издана монография «Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра», в которой на основе обобщения многолетних уникальных для Арктики результатов исследований выявлены основные закономерности изменчивости водных экосистем под влиянием различных по характеру антропогенных факторов. Проанализированы временные и пространственные структуры сообществ фито-, зоопланктона, рыбной части сообществ. Сформировано представление о закономерностях изменения их биоразнообразия в зависимости от характера и интенсивности антропогенного воздействия сточных вод медно-никелевого и апатито-нефелинового производств, Кольской АЭС. Изучены структурные показатели палеокомплексов диатомовой флоры и хирономид и закономерности их изменений под воздействием различных антропогенных факторов. Приводятся данные динамики численности и распределения видов рыб по зонам и периодам, размерно-возрастной структуре популяций и физиологического состояния их организма. Дано описание основных патологий рыб, развивающихся под воздействием загрязнения вод. Предлагаются критерии и методы мониторинга для субарктических водных экосистем, рекомендации по ограничению воздействий. (Научный руководитель: чл.-к. РАН Моисеенко Т.И., тел.: (095) 1353320, E-mail: tatyana@aqua.laser.ru).

Установлены закономерности формирования миграционных потоков загрязняющих веществ и распределение различных форм металлов в воде и донных отложениях водоемов и водотоков в зоне влияния разрабатываемых апатито-нефелиновых месторождений Хибинского горного массива. Показана ведущая роль в формировании загрязнения донных отложений процесса механического осаждения взвешенного вещества с повышенным содержанием металлов (ИППЭС КНЦ РАН, 5.2.1).

На примере разрабатываемых апатито-нефелиновых месторождений Хибинского горного массива исследованы закономерности формирования миграционных потоков загрязняющих веществ и распределения металлов в воде и донных отложениях водоемов и водотоков. Установлено, что формирование миграционных потоков загрязняющих веществ происходит в результате: 1) миграции элементов в составе сточных вод; 2) аэротехногенного переноса вещества; 3) выноса элементов от массивов отвальных пород поверхностным и подземным стоком. В зоне техногенного влияния содержание металлов в 1.5-5 раз превышает фоновые значения, для большинства из них отмечена высокая положительная корреляция между валовым содержанием и содержанием подвижных форм. На основе сравнения закономерностей распределения химического состава донных отложений и взвешенных частиц в воде показано, что основную роль в формировании загрязнения донных отложений играет процесс механического осаждения взвешенного вещества с повышенным содержанием металлов. Выявлено, что геохимический барьер, возникающий при смене ландшафтных условий горного склона на заболоченную равнину предгорной низменности, оказывает незначительный вклад в иммобилизацию металлов, находящихся в водной среде. (Научные руководители: чл.-к. РАН Моисеенко Т.И., тел.: (095) 1353320, E-mail: tatyana@aqua.laser.ru; к.г.н. Малиновский Д.Н. тел.: (81555) 79378, Е-mail: dima@sb.luth.se).

5.2.2. Исследования, мониторинг и прогноз состояния атмосферы и изменений климата

Реконструированы изменения климата в дельтовом участке реки Лена на протяжении голоцена, уточнен временной период, соответствующий началу резкого похолодания на севере Якутии и совпадающий по срокам с резким повышением уровня воды моря Лаптевых (ИППЭС КНЦ РАН, 5.2.2).

С использованием палеоэкологических методов выполнена детальная реконструкция последовательных изменений климата на протяжении голоцена в дельтовом участке р. Лена. На основе сочетания результатов биостратиграфического анализа, использующего палеокомплексы хирономид (Diptera: Chironomidae) и зависимость их структуры от среднемесячной температуры июля, и результатов радиоуглеродного анализа, полученных для колонки донных отложений из наиболее крупного озера дельтового участка реки, уточнены сроки начала резкого похолодания в середине голоцена на севере Якутии. Это похолодание совпадает по срокам с имевшим место резким повышением уровня воды моря Лаптевых, в результате которого, предполагается, климат в данном регионе стал более влажным и холодным. Было показано, что в период, предшествовавший резкому похолоданию в середине голоцена, климат в этом регионе был значительно теплее, чем в современное время. (Научные руководители: чл.-к. РАН Моисеенко Т.И., тел.: (095) 1353320, E-mail: tatyana@aqua.laser.ru; д.г.н. Даувальтер В.А., тел.: (81555) 79774, E-mail: vladimir@inep.ksc.ru; к.б.н. Ильяшук Б.П., тел.: (81555) 79776, Е-mail: ilyashuk@inep.ksc.ru).

5.2.3. Состояние природной среды и ресурсов поверхности суши

Впервые проведено комплексное изучение воздействия выбросов Кандалакшского алюминиевого завода на структурные показатели сообществ почвенных микроорганизмов и беспозвоночных животных, состав и свойства почвы, химический состав растений. Определены размеры атмосферных выпадений фторсодержащих соединений, накопления их в почве, растениях и почвенной биоте. Предложены биоиндикаторы техногенной нагрузки от предприятий алюминиевой промышленности (ИППЭС КНЦ РАН, ПАБСИ КНЦ РАН, 4.2.4).

Выявлено существенное накопление приоритетного загрязнителя – фтора в подстилке: в зоне максимального загрязнения (2-й км от завода) – выше ПДК в 5 раз, в зоне умеренного загрязнения (5-10 км) - на уровне ПДК. В растениях (на примере вороники - Empetrum hermaphroditum) наблюдается 10-кратное превышение содержания фтора его естественного уровня на протяжении 5 км по розе ветров от источника выбросов. Под влиянием выбросов происходит значительное накопление в подстилках и растениях зольных элементов, особенно Si, Al и Ti. Изучено влияние воздушных выбросов алюминиевого завода на структурные показатели сообществ почвенных микроорганизмов и беспозвоночных животных. Выявлена высокая чувствительность микроскопических грибов к значительному (до 3.5 г F на 1 м²) загрязнению почвы соединениями фтора. Прокариоты - бактерии и актиномицеты проявили устойчивость к повышенному содержанию фтора в почве. Реакция на соединения фтора у микроорганизмов - аэробионтов и педобионтов идентична. Структура мезофауны в зоне сильного загрязнения характеризуется пониженным таксономическим разнообразием, отсутствием ряда групп сапрофагов и фитофагов, достоверным сокращением численности большинства групп беспозвоночных. (Научный руководитель: зав. лаб., д.б.н., проф. Евдокимова Г.А., тел.: (81555) 79771, Е-mail: galina@inep.ksc.ru).

5.2.4. Взаимодействие природной среды и общества

Разработана концептуальная схема устойчивого развития и экологической безопасности наиболее индустриально освоенной в Арктике водосборной системы оз. Имандра (ИППЭС КНЦ РАН, ИЭП КНЦ РАН, 5.2.4).

На основе анализа экологического состояния водосборной системы в сопряжении с экономическим развитием промышленных производств (комбината "Североникель", ОАО «АПАТИТ», Кольской АЭС) и социальными факторами определены критерии и стратегия экологического безопасного управления природо- и водопользования на водосборе, направленного на сохранение высокого качества вод, рыбопродуктивности и биоразнообразия водных и наземных экосистем, сохранения эколого-эстетической привлекательности ландшафтов с учетом высокой уязвимости арктических экосистем. Обоснованы предельно допустимые нагрузки на экосистему оз. Имандра. (Научные руководители: чл.-к. РАН Моисеенко Т.И., тел. (095) 1353320, E-mail: tatyana@aqua.laser.ru; д.э.н. Селин В.С., тел.: (81555) 79310, Е-mail: selin@iep.kolasc.net.ru; зав. лаб., к.г.н. Макарова Т.Д., тел.: (81555) 79745, Е-mail: makarova@inep.ksc.ru).

Предложены индикаторы и индексы, характеризующие состояние, естественную динамику и ответные реакции экосистем на антропогенное воздействие (ИППЭС КНЦ РАН, 5.2.4).

Концептуальная схема устойчивого развития, отражающая триаду «общество - экономика – природа», имеет экологическую ориентацию, то есть, направлена на соблюдение экологических требований при принятии социальных и экономических решений. В связи с этим, проведено обоснование индексов и индикаторов, характеризующих состояние, естественную динамику и ответные реакции экосистем на антропогенное воздействие, включая антропо-экологические критерии, с помощью которых возможно прогнозировать изменения в здоровье населения.

Результаты исследования реализованы в разработке «Информационно-диагностической системы управления охраной природы Мурманской области» и предложены для формирования системы индикаторов устойчивого развития в рамках программы «Применение интерактивной интегрированной оценки и моделирование стратегии састейнабильного развития для Арктических водосборов». (Научный руководитель: зав. лаб., к.г.н. Макарова Т.Д., тел.: (81555) 79745, Е-mail: makarova@inep.ksc.ru).

1.2. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2002 г. ПО ОСНОВНЫМ

ЗАДАНИЯМ НИР И ПОИСКОВОЙ ТЕМАТИКЕ

Blog

Отчет о научно-исследовательской и научно-организационной деятельности за 2002 год

Содержание

I. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

1.1. ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЗАВЕРШЕННЫХ В 2002 г.