Лаборатория геотермии
Лаборатория сейсмологии
Сильные землетрясения разделяют с тайфунами печальное первое место в ряду наиболее разрушительных стихийных бедствий. Более слабые землетрясения, инициированные человеческой деятельностью, не менее опасны. Например, горные удары — землетрясения, вызванные выборкой породы в шахтах, - ежегодно уносят десятки человеческих жизней. В связи с этим, важнейшая задача современной сейсмологии - развитие физической основы прогноза землетрясений.
Первый шаг в решении этой проблемы уже сделан. Сейсмологи умеют прогнозировать для каждого сейсмоактивного района силу максимального землетрясения, указывая ее с приемлемой для практических целей вероятностью.
Второй шаг прогноза - предсказание времени землетрясения. Вот здесь пригодного для практики научного результата пока нет. Этому имеется много причин, но основная из них - отсутствие ясности в физической картине сейсмического процесса. Дело в том, что сильное землетрясение не является обособленным актом разрушения литосферы Земли. Обуславливающие его напряжения и прочность вещества существенным образом зависят от сейсмической обстановки в окрестности готовящегося землетрясения в предшествующий ему период времени. Поэтому для того, чтобы оценить вероятность землетрясения необходимо рассматривать ансамбль из большого количества влияющих друг на друга сейсмических событий. Физические закономерности, присущие такому ансамблю, и составляют предмет научных исследований, проводимых в лаборатории сейсмологии.
В физическом отношении землетрясение является процессом разрушения сильно неоднородного вещества Земли, а проблема выяснения физики сейсмического процесса сводится к проблеме прочности неоднородных структурированных сред. Для решения этой проблемы используются современные методы описания сложных нелинейных неравновесных систем, такие как синергетическая концепция, теория фракталов, теория детерминированного хаоса и другие физические подходы к описанию эволюции подобных систем.
Для приложения теории землетрясения к конкретному региону необходимо как можно более детально знать его строение и действующие в нем силы. Поэтому в лаборатории ведутся исследования строения Земли, применяются и разрабатываются методы, позволяющие получать новую информацию о структуре реальной среды. Приложение теории упругости к современным сейсмологическим данным позволяет также выяснить структуру основных тектонических сил, деформирующих литосферу Земли и приводящих, в конечном счете, к землетрясениям. В лаборатории активно развивается исследование этих сил и вызванных ими движений.
Эмпирической базой для исследования физики сейсмического процесса являются научные результаты и данные мирового сейсмологического сообщества и собственные натурные наблюдения, проводимые в экспедициях кафедры физики Земли в различных регионах России и мира.
В процессе обучения и при выполнении научных исследований студен-ты кафедры получают теоретическую и практическую подготовку, позволяю-щую им работать и учиться в системе академии наук, продолжать свое образо-вание за рубежом, а также успешно работать в смежных отраслях, занимающихся анализом многокомпонентных и многофакторных систем (экология, экономика, социология и др.).
Лаборатория геомагнетизма
Основные направления исследований и решаемые проблемы.
1. Эволюция геомагнитного поля и глобальные геофизические процессы
2. Палеомагнетизм и проблема самообращения намагниченности горных пород.
3. Механизмы намагничивания горных пород магнитоактивного слоя континентальной и океанской коры.
4. Магнетизм и тектоника сложнопостроенных областей континенетов и дна океанов.
5. Исследование связи магнитных свойств ферримагнитных минералов с фазовым, структурным и напряженным состоянием.
6. Исследование связи вариаций геомагнитного поля с сейсмическими событиями.
7. Магнетизм и минералогия глубинных магматитов и их алмазоносность.
Геомагнитное поле пронизывает все три оболочки земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Напряженность геомагнитного поля на поверхности Земли невелика: она изменяется от 0.3 Гс на магнитном экваторе до 0,6 Гс на магнитных полюсах.. При взаимодействии солнечной плазмы с геомагнитным полем вокруг Земли образуется так называемая магнитосфера, которая позволяет защитить все живое на Земле от губительного действия солнечной радиации.
Во многих исследованиях глобальных геофизических явлений и процессов учитывается влияние геомагнитного поля: взаимодействие магнитного поля с солнечным ветром, полярные сияния, магнитные бури и суббури и т.д. Магнитное поле Земли также оказывает немалое влияние на климат и погоду. Изменение его интенсивности и конфигурации может привести к значительным изменениям распределения температуры на поверхности Земли, атмосферного давления, частоты выпадения осадков, бурям, ураганам и другим стихийным бедствиям.
Исследования процессов генерации магнитного поля Земли и магнетизма горных пород позволяют предположить, что геомагнитное поле существует миллиарды лет, его эволюция тесно связана с эволюцией Земли. Предполагается, что оно возникло через 1 миллиард лет после образования Земли, когда у нашей планеты сформировалось ядро, внешняя часть которого является жидкой и электропроводящей.
Информация о геомагнитном поле за последние 400 лет была получена путем непосредственных измерений. Информацию о древнем магнитном поле можно получить только по его «отпечаткам» в горных породах разного возраста – по остаточной намагниченности, которая образуется в горной породе при ее формировании под воздействием геомагнитного поля эпохи и термодинамических условий среды, в которой это происходит.
В настоящее время имеются серьезные, хотя и косвенные доказательства того, что в прошлые геологические эпохи происходили инверсии (переполюсовки) геомагнитного поля (ГМП). Индикатором обратной полярности ГМП является обратно намагниченные (антипараллельно современному ГМП) горные породы. Как проходит процесс инверсии пока не ясно: либо за счет уменьшения напряженности геомагнитного поля до значения, близкого к нулю, и его последующего восстановления в противоположном направлении, либо за счет перемещения полюсов ГМП на 180о и соответствующей перестройки конфигурации магнитного поля. Изучение инверсии ГМП очень важно для геолого-геофизических построений, связанных с формированием лика Земли и обоснования концепции тектоники литосферных плит.
Однако, установлено, что при моделировании остаточной намагниченности в лаборатории не всегда намагниченность приобретает направление приложенного магнитного поля, в некоторых случаях ее направление становится обратным этому полю. Такое явление носит название самообращения намагниченности.
В связи с этим очень важно изучать инверсии геомагнитного поля Земли с позиций существования явления самообращения. Если инверсии ГМП существовали, то они существенно влияли на эволюцию Земли, в особенности на эволюцию жизни. Это связано с тем, что при инверсиях ГМП будет частично или полностью на какое-то время (тысячи) лет разрушаться магнитосфера Земли, защищающая поверхность Земли от солнечного ветра и космической радиации. Если вся обратная намагниченность горных пород образовалась в результате процессов самообращения, то это также должно быть связано с какими-то особенностями эволюции Земли.
На решение этих очень важных проблем направлены исследования, проводимые в лаборатории Геомагнетизма кафедры физики Земли под руководством профессора В.И.Трухина. Большое значение придается детальному изучению процессов самообращения на образцах горных пород и естественных минералах, проведению вычислительных экспериментов, созданию теоретических моделей самообращения, исследованию связи самообращения намагниченности со свойствами и строением природных ферримагнетиков.
Профессор В.И.Максимочкин развивает направление исследований горных пород и естественных минералов при высоких термодинамических параметрах. Эти исследования дают возможность подойти к решению фундаментальных задач установлению эволюции земной коры и верхней мантии.
Например, в рифтовых зонах и зонах трансформных разломов, а также в тектоноактивных районах земной коры горные породы подвергаются воздействию повышенных давлений. При этом возможны как растяжения, сжатия, так и сдвиговые деформации. При напряжениях, достигающих критической величины, возможно разрушение пород в определенной области и подвижки отдельных частей земной коры. Эти процессы сопровождаются землетрясениями. Намагниченность пород в результате такого воздействия может существенно изменяться, что приведет к соответствующему изменению аномального геомагнитного поля (АГП). Зная закономерности влияния упругого и пластического деформирования на магнитные свойства пород и процессы намагничивания, можно попытаться по изменению аномального геомагнитного поля, источником которого являются намагниченные породы земной коры, оценить изменение их напряженного состояния и близость напряжений к пределу прочности. Это может привести к установлению дополнительного физического параметра, который можно использовать наряду с другими признаками для прогноза землетрясений.
Можно также по особенностям магнитных свойств судить о тектонических воздействиях, испытанных породой в течение геологической истории, а также оценивать степень сохранности палеомагнитной информации, рассчитывать параметры магнитоактивного слоя с учетом воздействия на породы давления и температуры.
Большое значение при решении этих задач уделяется комплексным экспериментальным и теоретическим исследованиям влияния давлений сжатия в упругой области, давлений, приводящих к разрушению породы, а также сдвиговой деформации под давлением на магнитные характеристики пород океанской коры и основных минералов (титаномагнетита и магнетита), которые, как известно, являются носителями естественной остаточной намагниченности МАС океанской коры.
Для решения экспериментальных задач лаборатория располагает современным научным оборудованием, некоторые из которых уникальны:
1. Высокочувствительный вибрационный магнитометр ВМА-1, позволяющий исследовать процессы термонамагничивания горных пород и минералов;
2. Установка Сигма-маг с трехкомпонентным феррозондовым магнитометром Lemi-240, позволяющая проводить моделирование влияния давления на намагниченность пород в земной коре до глубины 10 км;
3. Высокочувствительные ротационный магнитометр JR-6 и измеритель магнитной восприимчивости MFK1-A ;
4. Магнитосиловой микроскоп SOLVER MFM l для исследования структуры горных пород и минералов, в том числе магнитных зерен горных пород.
В лаборатория Геомагнетизма кафедры физики Земли совместно с лабораторией Cerege, университет Aix-Marseille 3 ( Франция ) ведутся исследования магнитных свойств метеоритов и горных пород при ударных и статических нагрузках с целью получения информации о магнитном поле
планет солнечной системы и межпланетного магнитного поля.
Совместно с институтом океанологии им. П.И. Ширшова РАН ведутся исследования магнетизма океанских рифтовых зон с целью познанию тектонических процессов происходящих в земной коре и верхней мантии.
Совместно с кафедрой минералогии Геологического факультета МГУ проводятся исследования магнитных свойств кимберлитов с целью разработки новых методов поиска алмазоносных месторождений и оценки их алмазоносности.
Профессор В.И.Максимочкин со студентом Шебуниным Е проводят исследования ферримагнитных зерен горных пород на магнитосиловом микроскопе SOLVER MFM.
Студент 6 курса ( 2011 г) Зайченко Федор проводит эксперименты на установке ВМ-2 по определению величины палеонапряженности геомагнитного поля.
