Программа курса "Моделирование процессов переноса в геосфере"

Вид материалаПрограмма курса

Содержание


Распределение часов по разделам и видам занятий
Распределение часов по разделам и видам занятий
Распределение часов по разделам и видам занятий
Геологические процессы.
Этапы геологической истории земной коры.
Эволюция органического мира в истории Земли.
Геологическая деятельность человека и охрана геологической среды.
Подобный материал:
Учебные программы по спецкурсам

на базе УНЦ ИГЕМ РАН и ВКРП РХТУ


УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА курса "Моделирование процессов переноса в геосфере"

для студентов, обучающихся по специальности 020802 «Природопользование»

д. ф.-м. н. В.И. Мальковский

Курс «Моделирование процессов переноса в геосфере» представляет собой теоретические основы количественного анализа естественных и техногенных процессов флюидного тепло- и массопереноса в земной коре. К таким процессам относятся, например, формирование рудных месторождений и распространение загрязнений подземными водами. В курсе представлены основные математические модели этих процессов и показаны способы их построения, приведены базовые сведения о методах компьютерного моделирования этих процессов.

При изучении курса студенты получают комплекс знаний, включающий:
  • основные понятия механики сплошной среды;
  • сведения по основным математическим моделям, описывающим течение, тепло- и массоперенос в сплошной и пористой среде и методам построения этих моделей;
  • сведения об основных методах численного решения уравнений математической физики, использующихся в моделях течения, тепло- и массопереноса в сплошной и пористой среде.
  • краткие сведения о практических приложениях полученных знаний по моделированию процессов переноса в геосфере.

Изучение курса базируется на знании студентами основ общей физики и математического анализа и направлено на выработку у них навыков количественных оценок определяющих параметров процессов, связанных с тепло- и массопереносом в геосфере, способности получать количественные прогнозы распространения загрязнений подземными водами, оценок безопасности техногенных систем, связанных с риском загрязнения подземной среды.

Дисциплина изучается в V семестре на III курсе. Ее объем составляет 68 часов, в том числе 34 часа лекций и 34 часа самостоятельной работы.

В процессе обучения студенты выполняют 4 контрольных работы и 2 домашних задания.

Контроль знаний студентов осуществляется в соответствии с рейтинговой системой.

Итоговый контроль – зачет.


Распределение часов по разделам и видам занятий

№ п/п

Наименование раздела

Лекции

Самост. работа

Всего часов

1

Введение

1

-

1

2

Необходимые сведения по математическому анализу и линейной алгебре

1

3

4

3

Основные физические механизмы процессов переноса в геосфере. Теплопроводность, конвекция, молекулярная диффузия. Закон Фурье. Закон Фика

3

2

5

4

Уравнение сохранения массы движущейся сплошной среды

1

1

2

5

Уравнение теплопереноса в движущейся среде

1

1

2

6

Процессы теплопроводности. Граничные и начальные условия. Стационарные решения

2

2

4

7

Пограничный слой в вязкой жидкости. Уравнения движения вязкой жидкости в пограничном слое. Граничные и начальные условия для уравнения движения.

3

3

6

8

Ламинарное и турбулентное течение. Переходный режим течения.

1

1

2

9

Уравнения турбулентного течения и теплопереноса в пограничном слое. Модель Прандтля

3

3

6

10

Течения в каналах. Плоский канал. Круглый канал. Течение Пуазейля.

2

1

3

11

Ламинарное и турбулентное течение в каналах

1

1

2

12

Течение в пористых средах. Закон Дарси.

2

2

4

13

Уравнение неразрывности при течении флюидов в пористых средах. Общий вид уравнения фильтрации. Приближение Буссинеска. Плановые и профильные модели. Практические применения.

3

3

6

14

Уравнение теплопереноса при фильтрации в пористых средах

2

2

4

15

Уравнение массопереноса в породах. Диффузия в пористых средах. Фактор кривизны каналов фильтрации. Гидродинамическая дисперсия.

3

3

6

16

Приближенное решение краевых задач. Конечноразностные методы.

1

2

3

17

Точность конечнораз4ностных аппроксимаций частных производных. Порядок точности

1

1

2

18

Явные и неявные методы численного интегрирования уравнений переноса. Метод прогонки. Точность явных и неявных методов. Устойчивость численных методов. Метод переменных направлений для решения многомерных задач.

1,5

2

3,5

19

Методы численного решения уравнения Пуассона.

1

1

2




Заключение

0,5




0,5

Всего

34

34

68



Учебная программа курса "Радиогеоэкология"

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

д.г.-м.н. В.А. Петров

Курс «Радиогеоэкология» принадлежит к числу новейших образовательных предметов и предполагает междисциплинарный и системный подход к изучению основных проблем взаимодействия радионуклидов и окружающей среды с точки зрения принятия решений по долговременной изоляции экологически опасных отходов предприятий ядерного топливного цикла в геологических формациях для реализации принципов устойчивого развития.

В соответствии с рекомендациями Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) изучение проблем устойчивого развития должно либо входить составной частью в программы подготовки по специальности, либо быть организовано как отдельный общий курс. Постановка курса «Радиогеоэкология» в РХТУ им. Д.И. Менделеева реализует второй подход. Данная дисциплина сочетает в себе и дополняет изучение таких предметов, как «Радиогеология» и «Экология».

При изучении курса студенты получают комплекс знаний, включающий:
  • основные понятия, принципы и направления развития ядерного топливного цикла (ЯТЦ);
  • основные сведения о систематике радиоактивных отходов (РАО) и факторах, определяющих уровень их экологической опасности;
  • основные сведения о поведении природных и техногенных радионуклидов в геологической среде и природных ландшафтах;
  • общие принципы и различия в обращении с РАО и облученным ядерным топливом (ОЯТ);
  • основные критерии выбора мест для изоляции РАО и ОЯТ;
  • количественные и качественные показатели, необходимые для анализа долговременной безопасности изоляции РАО и ОЯТ;
  • рациональные способы реабилитации объектов ЯТЦ;
  • основные вопросы правового обеспечения деятельности объектов ЯТЦ;
  • современные тенденции процессов глобализации ЯТЦ.

Изучение курса базируется на знании студентами основных понятий химии, физики, геологии, экологии и направлено на выработку у них навыков системного подхода к изучению и решению радиогеоэкологических задач, а также способности правильно оценивать локальные и отдаленные последствия принимаемых решений в области обеспечения охраны окружающей среды и устойчивого развития общества.

Объем курса 70 часов, в том числе 34 часа лекций и 36 часов самостоятельных занятий.

В качестве дополнительных средств используются информационные материалы по объектам ЯТЦ, представленные на электронных носителях. В процессе обучения студенты выполняют курсовую работу.


Распределение часов по разделам и видам занятий


№ п/п

Наименование раздела

Лекции

Самост. работа

Всего часов

1

Введение

1

-

1

2

Ядерный топливный цикл и систематика радиоактивных отходов

4

3

7

3

Общие принципы подхода к изоляции радиоактивных отходов и облученного ядерного топлива

4

3

7

4

Особенности миграции радионуклидов в массивах горных пород и природных ландшафтах

4

3

7

5

Процессы взаимодействия облученного ядерного топлива и высокоактивных отходов с окружающей средой

4

3

7

6

Выбор мест для долговременной изоляции облученного ядерного топлива и высокоактивных отходов

4

3

7

7

Системы мультибарьерной защиты, устройство подземных хранилищ и могильников облученного ядерного топлива и высокоактивных отходов

4

3

7

8

Анализ долговременной безопасности подземной изоляции облученного ядерного топлива и высокоактивных отходов

4

3

7

9

Состояние проблемы обращения с радиоактивными отходами и облученным ядерным топливом в России и мире

4

3

7

10

Заключение

1

12

13

Всего

34

36

70


Учебная программа курса "Ресурсоведение"

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

академик, д.г.-м.н. Н.П.Лаверов


Цель курса: дать студентам представление об основных современных эколого-экономических проблемах в России и за рубежом, о возможных путях их решения, развить навыки работы с эколого-экономической информацией с целью анализа и принятия решений по охране окружающей среды и использованию природных ресурсов.
  • Особое внимание в курсе уделяется следующим вопросам:
  • Понятие ресурсного потенциала: разведанные и годные к эксплуатации, предварительно разведанные, слабо разведанные природные ресурсы. Достоверные запасы.
  • Учет природных ресурсов на федеральном и региональном уровнях, кодексы и кадастры.
  • Типы производства. Концепция устойчивого развития России, глобальные и региональные проблемы природопользования.
  • Трудовые ресурсы. Экономически активное и экономически пассивное население, занятость, классификация статуса занятости, формальная и неформальная занятость.

Эластичность факторов производства и критический природный капитал.

Дисциплина изучается на третьем курсе. Объем курса 100 часов, в том числе 30 часов лекций и 70 часов самостоятельных занятий.


В процессе обучения студенты выполняют 3 контрольные работы.

Контроль знаний студентов осуществляется в соответствии с рейтинговой системой.

Итоговый вид контроля – зачет.

Распределение часов по разделам и видам занятий


№ п/п

Наименование раздела

Лекции

Самост. работа

Всего часов

1

Введение

1

3

4

2

Ресурсы. Труд. Капитал

2

6

8

3

Понятия ресурсного потенциала

1

5

6

4

Природные ресурсы и их классификация

2

6

8

5

Использование природных ресурсов

3

6

9

6

Оценка природных ресурсов

3

6

9

7

Трудовые ресурсы

3

5

8

8

Качественное измерение трудовых ресурсов, трудовой потенциал

2

5

7

9

Материально-технические ресурсы

2

4

6

10

Оценка природно-ресурсного потенциала России

3

5

8

11

Состояние энергетики России. Ее ресурсное обеспечение

2

6

8

12

Эколого-экономическое состояние РФ. Проблемы климата

4

8

12

13

Заключение

2

5

7

Всего

30

70

100



Учебная программа курса "Радиогеология"

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

д.г.-м.н. С.Ф.Винокуров


Предмет исследования.

Химические свойства урана и других природных радионуклидов.

Поведение урана и тория в природных процессах: эндогенных (магматических, метаморфических, гидротермальных) и экзогенных.

Уран и торий в горных породах: собственные минеральные формы, изоморфные вхождения в решетки минералов, сорбционные формы, средние удельные содержания (кларки) в магматических, метаморфических, осадочных породах. Зависимости содержаний от генезиса и состава пород.

Урановые и ториевые месторождения: генетические типы (классы) месторождений – эндогенные, экзогенно-эпигенетические, полигенные (метаморфогенные). Промышленно-генетические типы месторождений.

Геологическое строение месторождений: факторы рудоконтроля (региональные и локальные), рудовмещающие породы и структуры, околорудные изменения.

Основные свойства урановых и ториевых минералов, типичные минеральные ассоциации в месторождениях разных классов. Текстуры и структуры руд.

Рудные тела месторождений: формы и размеры условия залегания в месторождениях разного типа и в зависимости от геологических обстановок. Факторы, определяющие масштабность месторождений.

Тектоно-динамические и физико-химические условия формирования урановых и ториевых месторождений различных генетических типов.

Пострудные преобразования месторождений урана и тория: процессы разрушения и выноса урана. Факторы, влияющие на характер и скорость разрушения (минеральный состав руд, физико-механические, прочностные и т.п. свойства вмещающих пород и руд, климатические условия, рельеф и т.д.).

Главные способы выемки руд (технология добычи, подземные способы, открытый способ, подземное и кучное выщелачивание и их влияние на загрязнение среды ураном).


Объем лекционного курса – 30 часов. Форма учета – зачет.


Учебная программа курса «Анализ объектов окружающей среды»

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

д.х.н., профессор Н.Н.Басаргин


Введение. Минеральные и другие природные вещества как объекты элементного анализа: горные породы, руды, минералы, почвы, воды, рассолы. Уровни концентраций элементов и требования к точности, чувствительности и производительности анализа.


Возникновение физико-химических методов, аналитические их особенности.

Электрохимические методы анализа (потенциометрическое титрование, ионометрия с ион-селективными электродами, кондуктометрическое титрование, полярография, кулонометрия и др.).

Оптические методы анализа (атомно-абсорбционная спектрофотометрия, спектрофотометрия, инфракрасная спектроскопия, спектроскопия с ИСП и ИСП МС, эмиссионная спектроскопия, рентгено-флуоресцентная спектроскопия. Фотометрия пламени, нефелометрия).


Хроматографические методы анализа (газо-распределительная и газо-адсорбционная хроматография, высоко эффективная жидкостная, колоночная, тонкослойная и бумажная хроматография.

Радиометрические методы анализа (методы с применением радиоактивных изотопов: активационный, изотопное разбавление. Радиометрическое титрование).


Методы концентрирования, выделения определяемых элементов в природных минеральных объектах и объектах окружающей среды (породы, руды, природные, сточные технические воды, почвы).

Аналитические достоинства, недостатки и ограничения методов. Объекты анализа, современные аналитические приборы, их характеристики, особенности применения к объектам. Методы подготовки анализируемых проб. Обработка и представление результатов анализа.


Итоговая форма контроля – зачет.


Объем лекционного курса – 30 часов.


Учебная программа курса "Геохимия"

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

д.г-м..н. А.А.Борисов


Предмет и методы геохимии. Современные направления геохимии.

Космическая распространенность элементов. Ее закономерности. Происхождение элементов. Нуклеогенез.

Типы метеоритов. Их химический и минеральный состав.

Оболочечное строение Земли. Гипотезы о химическом составе мантии и ядра. Связь с космической распространенностью элементов. Дифференциация мантии, происхождение внешних оболочек Земли.

Геохимические классификации элементов В.И.Вернадского и В.М.Гольдшмидта. Формы присутствия элементов в природе. Изоморфизм и факторы его контролирующие. Правила изоморфизма. Применение явления изоморфизма в геохимии и петрологии. Минералогические термометры и барометры.

Применение термодинамики и кинетики в геохимии. Диаграммы состояния.

Изотопная геохимия. Радиоактивность и радиогенные изотопы. Главное уравнение изотопной геологии. Геохимия стабильных изотопов легких элементов. Методы представления изотопного состава. Изотопные стандарты. Геологические термометры. Основанные на распределении стабильных изотопов легких элементов. Процессы разделения стабильных изотопов легких элементов в природе.

Кристаллизационная дифференциация. Поведение редких, рассеянных и рудных элементов в процессах кристаллизации.

Геохимия толеитовых базальтов срединных океанических хребтов и других геодинамических обстановок. Геохимия щелочно-базальтоидного магматизма.

Различные геохимические типы гранитов.

Параметры гидротермального процесса (Т, Р. состав растворов, кислотность). Формы присутствия рудных и жильных элементов в гидротермальных растворах. Комплексообразование. Кислотно-щелочная эволюция гидротермальных растворов. Типы геохимических барьеров. Окислительно-восстановительные реакции в гидротермальных растворах.

Метасоматоз. Образование метасоматической колонки.

Источники вещества гидротермального процесса. Рудогенерирующие системы.

Состав атмосферы Земли, происхождение ее компонентов.

Строение гидросферы Земли, геохимические закономерности состава гидросферы. Химический состав океанической воды. Эволюция состава океана.

Геохимия осадочного процесса, основные химические реакции. Химическая систематика осадочных пород В.М.Гольдшмидта.

Биосфера. Геохимические функции живого вещества. Биогеохимические провинции.

Понятие геохимического цикла. Время пребывания. Стационарные состояния.

Геохимическое поле и его параметры. Литохимические потоки рассеяния. Вторичные потоки рассеяния рудных месторождений. Первичные ореолы и зональность рудных месторождений.


Объем курса – 100 часов, из них – 34 лекционных часа и 66 часов на самостоятельную работу. Форма итогового контроля – зачет.


Учебная программа курса "Геология"

для студентов специальности 020802 «Природопользование»

д.г.-м.н. С.Ф.Винокуров
  1. Задачи и методы геологии, ее место в ряду естественных наук.
  2. Состав и строение Земли и земной коры.

Форма и химический состав Земли. Оболочечное строение Земли, состав основных оболочек Земли: литосферы, мантии и ядра. Строение и состав земной коры: осадочный, «гранитный» и «базальтовый» слои.
  1. Геологические процессы.

Экзогенные процессы (экзодинамика). Процессы выветривания: физическое выветривание, химическое выветривание, роль организмов в процессах химического выветривания, кора выветривания, почвы и почвообразовательный процесс. Геологическая деятельность ветра: дефляция, перенос, корразия, эоловая аккумуляция, формы эолового песчаного и лессового рельефа, типы пустынь. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод: плоскостной смыв и работа временных потоков; работа рек, речные долины, их форма, направленность и цикличность развития; устьевые части рек; речные системы и их развитие. Геологическая деятельность подземных вод: водопроницаемость и виды воды в горных породах; происхождение и классификация подземных вод; химический состав подземных вод, минеральные воды; карст и оползни. Гравитационные явления: оползни, обвалы и лавины. Геологическая деятельность ледников: образование ледников, их типы и современное географическое распространение; разрушительная работа ледников; транспортная и аккумулятивная работа ледников; водно-ледниковые потоки и их отложения; древние оледенения и их причины. Геологические процессы в мерзлой зоне литосферы: географическое распространение и мощность многолетнемерзлых горных пород; подземные льды и подземные воды области многолетней мерзлоты; физико-геологические явления в районах многолетней мерзлоты. Геологическая деятельность озер и болот: типы озерных котловин; абразивный, переносной и аккумулятивный процессы в озерах и типы осадков; типы болот, их геологическая роль; торфообразование. Геологическая деятельность моря: геологическое значение морских водоемов; сведения о мировом океане – рельеф дна, температура, соленость, химический и газовый состав вод, плотность и давление морской воды, органический мир; движение и разрушительная деятельность морской воды; поперечное и продольное перемещение обломочного материала, образование прибрежных аккумулятивных форм, влияние различных процессов на распределение морских осадков; стадиальные преобразования морских осадков и последиагенетические изменения осадочных горных пород. Геологическая деятельность космических объектов (метеориты, болиды и др.): импакты и их значение в истории развития Земли и ее биосферы. Месторождения полезных ископаемых, связанных с экзогенными процессами: типизация и основные представители. Эндогенные процессы (эндодинамика). Колебательные движения: современные и прошедших периодов; общие свойства колебательных движений и методы их изучения. Тектонические нарушения: деформация твердых тел; складчатые нарушения – типы и фазы складчатости; классификация складок (прямые, косые, лежачие и т.д.), скорость и время образования складок; тектонические (разрывные) нарушения – типы разрывных нарушений (трещиноватость, сколы, кливаж, сброс, сдвиг, надвиг и т.д.), время, скорость формирования и глубина разрывных нарушений. Землетрясения: географическое распределение, магнитуда и энергия; сейсмические волны, динамические параметры и глубина очага землетрясения; интенсивность и частота землетрясений; моретрясения и цунами; геологические условия возникновения и прогноз землетрясений; сейсмическое районирование и строительство сейсмостойких зданий и сооружений. Вулканизм (эффузивный магматизм): типы вулканов (центральные и трещинные) и современное графическое их распределение; продукты вулканической деятельности и поствулканические явления; геологические причины вулканизма и вулканические породы. Плутонизм (интрузивный магматизм): понятие о магматической дифференциации и причины магматизма; типы магматических тел (интрузий) – батолиты, штоки, лакколиты, лополиты, дайки и т.д.; магматические породы и их основные типы (кислые, средние, основные и ультраосновные). Метаморфизм: типы метаморфизма (контактовый, региональный и динамометаморфизм) и основные геологические факторы преобразования горных пород; степень метаморфизма и метаморфические породы. Месторождения полезных ископаемых, связанные с эндогенными процессами: типизация и основные представители.
  1. Этапы геологической истории земной коры.

Геохронологическая шкала, основанная на данных стратиграфии и палеонтологии. Основные этапы геологической истории: Архейская эра – 3500-2600 млн. лет. Протерозойская эра – 2600-570 млн. лет. Палеозойская эра – 570-240 млн. лет. Мезозойская эра – 240-67 млн. лет. Кайнозойская эра  67 млн. лет. Эволюция геологических процессов в истории Земли.
  1. Эволюция органического мира в истории Земли.

Необратимое развитие органического мира с усложнением строения и расширением видового состава на основных этапах геологической истории. Архейская эра – предполагаемое зарождение жизни на Земле в примитивнейшей форме белковых соединений. Протерозойская эра – широкое распространение водорослей и появление примитивных беспозвоночных (губок, червей и др.) в морях. Палеозойская эра – развитие примитивных споровых растений, разнообразной морской фауны беспозвоночных (граптолитов, иглокожих, мшанок и др.), появление панцирных рыб и гигантских раков в ордовикском и силурийском периодах. В карбоновом и пермском периодах (в конце эры) появление голосемянных растений и первых пресмыкающихся, а также расцвет крупных земноводных на суше; появление хрящевых и костистых рыб, постепенное вымирание многих групп беспозвоночных в море. Мезозойская эра – расцвет голосемянных растений, а в конце эры (меловой период) появление покрытосемянных растений, господство гигантских пресмыкающихся на суше и головоногих моллюсков (аммоноидей и белемноидей) в море). Кайнозойская эра – расцвет покрытосемянных растений и примитивных пресмыкающихся на суше в начале эры (палеогеновый период) до появления современного органического мира и человека в неогеновый и четвертичный периоды.
  1. Геологическая деятельность человека и охрана геологической среды.

Преобразование земной коры в результате деятельности человека. Извлечение из недр Земли полезных ископаемых. Сельскохозяйственная деятельность. Проведение различных инженерно-технических мероприятий. Накопление огромной массы экологически вредных отходов химических, металлургических и других комбинатов. Охрана геологической среды. Вопросы геоэкологии, геоэкологический мониторинг. Рекультивация, меры по захоронению и комплексной переработки промышленных отходов.


Объем курса составляет 100 часов из которых 48 часов на лекционные и практические занятия (лабораторные занятия по основным разделам (2, 3, 4, 5) – 20-30 часов, которые проводятся главным образом в Минералогическом музее и лабораториях ИГЕМ РАН, в Геологическом и Палеонтологическом музеях РАН).


Дополнительно по деятельности Научно-образовательных центров указать следующую информацию:


- участие в ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 гг.


госконтракт в ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 гг. в рамках мероприятия 1.1-226, лот № 12 "Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом"


- возможные кандидатуры на соискание премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых

на следующий (2010) год




Ф.И.О.

возраст

место работы

ученая степень

научное направление и название работы

1.

Крамчанинов Алексей Юрьевич

25

Аспирант, ИГЕМ РАН




Природные вариации изотопного отношения 88Sr/86Sr: изучение с помощью высокочастотного метода VC-ICP-MS и возможные приложения в палеотермометрии и исследовании гидросферы

2.

Вилесов Александр Сергеевич

25

Ассистент, РХТУ им.Д.И.Менделеева




Радиационно-химический синтез полимерных форм фосфора в различных средах

3.

Проскурина Ирина Владимировна

27 лет

Ассистент, РХТУ им.Д.И.Менделеева




Региональная оценка опасности загрязнения подземных вод как компонента окружающей среды

4.

Миносьянц Сергей Сергеевич

20

Студент, РХТУ им.Д.И.Менделеева




Модификация и сравнительный анализ моделей ЭДЕМ и Стратагема