Один из принципов современной науки – междисциплинарность. Об этом говорят на всех научных конференциях, отмечая, что уровень знаний в современном мире достиг такого порога, когда крупные открытия можно совершить на стыке научных областей. В этом убеждены и сотрудники лаборатории «Радиофизические и оптические методы изучения окружающей среды», которые вместе с биологами и геологами исследуют происходящие изменения климата и экосистем.
– Наша лаборатория разрабатывает методы исследования большинства составляющих окружающей среды: воды, атмосферы, почвы, электромагнитного фона и так далее, – рассказывает заведующий лабораторией «Радиофизические и оптические методы изучения окружающей среды» Виктор Дёмин. – При планировании исследований и интерпретации результатов совместно с биологами, геологами, химиками это может обеспечить синергетический эффект – получение на стыке наук новых результатов в области комплексных арктических и субарктических исследований.
Арктика и субарктика – территории, на которых наиболее ярко проявляются признаки текущего изменения климата, потому эти места активно изучают ученые. В субарктической природной зоне работают и исследователи из ТГУ – сотрудники центра превосходства «Биота, климат, ландшафт» (BioClimLand), куда входит лаборатория «Радиофизические и оптические методы изучения окружающей среды». Ученые этой лаборатории разрабатывают аппаратно-программные средства для выявления закономерностей, динамики процессов и взаимосвязей в биоте, климатических и ландшафтных особенностях, в том числе для арктической и субарктической природных зон.
Лаборатория состоит из пяти научных групп, каждая из которых разрабатывает свой набор методов. Но вместе работа ученых лаборатории охватывает разные сферы окружающей среды: от исследований подпочвенных объектов с помощью радиоволновой томографии до дистанционных оптических и радиочастотных методов и средств диагностики атмосферы Земли. В лаборатории работают над СВЧ методами, позволяющими определять характеристики водных сред, методами цифровой голографии, обеспечивающими диагностику частиц в различных классах задач, предметных областей и средах: технологических, аэрозольных, водных (например, планктон). Кроме этого, исследуют характеристики физических полей окружающей среды естественного и антропогенного происхождения, включая электромагнитное и шумовое загрязнение.
Как физики помогают биологам
Поселок Ханымей Ямало-Ненецкого автономного округа находится в субарктической природной зоне. Ученые ТГУ проводят исследования болот и озер, находящихся возле этого поселка, уже более двадцати лет. Недавно из Ханымея вернулась очередная экспедиция, в которую наряду с биологами входили и сотрудники лаборатории «Радиофизические и оптические методы исследования окружающей среды».
– Мы поехали туда, чтобы посмотреть методы отбора проб воды, которые используют биологи, – рассказывает кандидат физико-математических наук Валентин Сусляев. – Они проводят измерения электрической проводимости, которая несет информацию о происхождении озер и об изменении слоя мерзлоты, который сейчас активно тает.
Удельная электропроводность воды – это косвенная характеристика минерализации пресной воды. Биологи используют для измерения электропроводности низкочастотные устройства. Сотрудники радиофизической лаборатории привезли в Ханымей свои приборы, действующие на сверхвысоких частотах, и также провели измерения. Данные пока обрабатываются, но ожидается, что они будут отличаться и сверхвысокочастотные приборы дадут дополнительную информацию, уточняющую результаты, полученные традиционными методами.
В 2012 и в 2014 годах два сотрудника лаборатории – доценты Валентин Сусляев и Евгений Коровин – проехали по Новосибирской, Томской, Кемеровской областях, Алтайскому краю, Республике Алтай и по пути провели исследования встречающихся рек. Полученные данные могут дать много интересного для мировой науки.
– Мы делали эти замеры из интереса, хотели узнать, «отличает» ли наш прибор реки или нет, различаются ли реки по проводимости, – объясняет Валентин Сусляев. – Выяснилось, что различаются, и Олег Покровский, зав. лабораторией биогеохимических исследований и мониторинга окружающей среды центра «BioClimLand», утверждает, что эта информация важна, она изучается во всем мире. Американцы считают, что у рек, впадающих в моря, минерализация воды увеличивается по мере приближения к устью. По нашим данным – нет. Сейчас мы дополняем результаты, в октябре, я думаю, организуем семинар для обсуждения результатов, полученных разными группами, и углубления нашего сотрудничества.
В июне в лабораторию обратилась доктор биологических наук Нина Москвитина: нельзя ли с помощью радиоволновой томографии увидеть подземные ходы цокора – грызуна семейства хомяковых, единственного землероя Томской области? Посмотреть устройство подземных ходов и таким образом проследить жизнь животных, не вторгаясь в нее?
– Если раскопать норки, мы нарушим естественную среду обитания животных, и они уйдут, – объясняет профессор Владимир Якубов. – А мы с помощью приборов можем заглянуть под землю, не причиняя вред окружающей среде.
Исследования ученые проводили в Колпашевском районе на участке примерно 100 квадратных метров. Использовали довольно высокую частоту – 1700 мегагерц, которая позволяет увидеть изображения с разрешением около трех сантиметров. Это как раз тот размер, который позволит увидеть ходы цокора, говорит Владимир Якубов. Может быть, и самих животных.
Еще одна научная задача, которую может разрешить группа Якубова, связана также с изменением климата и Ханымеем. Северные мелкие озера в период таяния как-то обмениваются между собой водой. Как – это сложный вопрос, который интересует биологов и экологов. По одной из гипотез, эти озера соединяют между собой подземные рукава. Как нейронные сети. По этим каналам и происходит обмен водой.
Ученые лаборатории «Радиофизические и оптические методы изучения окружающей среды» могли бы обнаружить эти каналы с помощью радиоволновой томографии. Сейчас эта идея обсуждается в Центре «БиоКлимЛанд», вполне возможно, что будущей весной ученые совершат совместную экспедицию и получат результаты, которые улучшат представление о процессах изменения климата.
Перестроиться под новые требования
К университетским лабораториям сегодня предъявляются высокие требования. «Высокие» – по сравнению с тем, что было еще пять лет назад, и связано это изменение с реализацией программы повышения конкурентоспособности российских вузов «5 – 100», в которой участвует ТГУ. Некоторым перестроиться нелегко, в других коллективах на такой международный уровень требований начали ориентироваться еще до участия ТГУ в Программе.
Лаборатория «Радиофизические и оптические методы изучения окружающей среды» по некоторым пунктам уже выполнила запланированные показатели. Так суммарный объем НИР на 2014 год уже составляет 17, 380 миллионов рублей при запланированных пяти. Проект лаборатории «Разработка комплекса методик и аппаратно-программных средств для мониторинга растворимых и нерастворимых примесей в природных водных объектах» (руководитель – Виктор Дёмин) выиграл в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы». Сотрудники лаборатории сделали около 40 докладов на международных конференциях, часть из них будет опубликована в изданиях, входящих в базы цитирования. Четыре статьи уже опубликованы и девять приняты к печати в журналах, входящих в базы данных Web of Science и Scopus. Сотрудники лаборатории получили два охранных документа, сделали еще две заявки, опубликована монография.
– У лаборатории есть напряженные обязательства по статьям, защитам диссертаций, которые еще предстоит выполнить в этом году – отмечает Виктор Дёмин. – И все же основная цель – получение новых, прорывных научных результатов на стыке наук, которые в очередной раз покажут, что главные признаки современной науки – комплексность подходов и методов, междисциплинарность исследований и сотрудничество научных коллективов.
Марина Сенинг