29 сентября 2015 года

состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук 

Члены Президиума заслушали научное сообщение «Влияние экстремального климата на устойчивость живых организмов и сложных технических систем».  

Докладчик — член-корреспондент Михаил Петрович Лебедев, председатель Якутского научного центра СО РАН.  

Доклад основан на научных результатах, полученные в Институтах Якутского научного центра СО РАН и имеет три части: климат Якутии и его особенности; влияние климата на живые системы; влияние климата на технические системы.

Республика Саха (Якутия) является самым большим и малонаселенным регионом РФ, более 40% территории находится за Северным полярным кругом. Общая площадь континентальной и островной территории Якутии —это одна шестая часть территории России, здесь проживает около одного миллиона человек; площадь освоения территории составляет менее 1%.

Вдоль побережья Якутии проходит около 1700 км Северного морского пути — одной из важнейших глобальных транспортных артерий XXI века.

Природно-климатические условия — экстремальные: в зимний период зафиксировано -67,8⁰С, летний +40⁰С, т.е. амплитуда экстремальных годовых температур приземного воздуха достигает почти 110⁰. Суточные перепады температуры достигают 40⁰. Большая часть территория Якутии входит в зону непрерывной многолетней мерзлоты.

По данным Института Мерзлотоведения им. академика П.И. Мельникова за последние пятьдесят лет наблюдается, вследствие потепления зимних сезонов, повсеместное повышение среднегодовой температуры воздуха.

Особенно ярко проявляются криогенные процессы в верхней оболочке криолитозоны Земли. С 2000 г существенно увеличиваются темпы разрушения льдистых берегов моря Лаптевых. Средний темп просадки грунтов в термокарстовых депрессиях составляют 10-15 см. в год. Изменения климата представляют реальную угрозу разветвленной системе объектов топливно-энергетического комплекса, крупных горных предприятий и особенно инфраструктуре северных городов и поселков.

Пути решения проблемы — применение естественнодейстующих охлаждающих средств для стабилизации мерзлых оснований, поверхностных фундаментов. Будущее за новыми научными и технологическими разработками в области энергосберегающих технологий для обеспечения проектов освоения, строительства крупных инженерных сооружений и экологической безопасности.

Северные экосистемы отличаются не очень большим биоразнообразием по сравнению с сопредельными регионами Сибири и Дальнего Востока. В условиях холодного климата в тканях животных в два раза увеличивается общее содержание физиологически активных веществ регуляторного и защитного действия, млекопитающие имеют четко выраженные морфологические, физиологические и экологические приспособления.

Сотрудники Института биологических проблем криолитозоны СО РАН установили, что в зимнее время в крови лошадей особенно велико содержание ненасыщенных жирных кислот и особенно линолевой, стеариновой, олеиновой, благодаря чему внутренний жир животного плавится при температурах около нуля градусов. В наиболее холодные зимние месяцы температура тела у чистопородных якутских лошадей минимальная годовая температура не опускается ниже 31⁰С.

Спячка животных с температурой тела ниже нуля является естественной адаптацией животных к условиям среды, что позволяет видам выживать в окружении глубоко промерзающих почв. Глубокая спячка наблюдается у сурка длиннохвостого и сусликов — она каждые две-три недели прерывается периодическими пробуждениями, во время которых температура тела поднимается от +0-5⁰С до 36⁰С. Бурый медведь впадает в особую форму спячки — зимний сон, температура его тела держится на уровне 27-28ºС . Обмен веществ у якутских сусликов во время спячки может опускаться в 50-350 раз. Параллельное изучение уровня метаболизма и динамики энергетических субстратов (неэстерифицированные жирные кислоты, гликоген, аскорбиновая кислота, витамин А и другие) показало роль энергетических субстратов и антиоксидантов в адаптационном процессе в разных физиологических состояниях, таких как зимняя спячка, пробуждение, активный летний период, подготовка к спячке.

Эта способность черношапочных сурков, арктических и длиннохвостых сусликов, поддерживать метаболизм при отрицательных температурах тела, возможно, является важнейшим фактором успешности зимовки видов.

А сопряженные метаболиты — эндогенный этанол и эндогенный ацетальдегид, повышая устойчивость организма к стрессирующему воздействию холода, образуют одну из систем регуляции интенсивности метаболизма в организме не только зимоспящих животных, но и всех северных аборигенных холодоадаптированных животных.

Потепление климата вызывает существенную динамику биологических компонентов мерзлотных экосистем, оказывая большое влияние на их биоразнообразие, продуктивность и устойчивость. При этом происходит не только изменение ареалов типичных представителей флоры и фауны, но и экспансия видов животных и растений с южных более теплых областей в сторону севера — начинается перемещение границы природных зон на север.

Экстремальные климато-географические условия Севера оказывают влияние не только на жизнедеятельность растений и животных, но и определяют адаптационный потенциал и, следовательно, здоровье человека. Высокое напряжение адаптационных механизмов организма человека (как коренного населения, так и вахтовиков, военнослужащих), формирующийся «полярный метаболический тип» характеризуются снижением роли углеводов, повышением роли липидов в энергетическом обмене, значительным увеличением массы тела, массивным выбросам в кровь атерогенных фракций липидов, таких как липопротеиды низкой и очень низкой плотности — и это в дальнейшем приводит к развитию атеросклеротического процесса.

Установлена меньшая частота и степень выраженности коронарного атеросклероза у коренного населения в отличие от некоренных жителей.

В течение последних двух веков произошли существенные изменения в социально-бытовых условиях, характере трудовой деятельности, типе питания коренного населения Севера. И эти изменения действуют как сильнейшие стресс-факторы, что, приводит к чрезмерному (в 2-3 раза больше нормы) напряжению со стороны регуляторных систем организма коренных малочисленных народов (эвенков, особенно у мужчин), снижающему адаптационный потенциал и является одной из причин низкой средней продолжительности жизни человека в условиях Арктики (менее 60 лет).

Уменьшение содержания мелатонина, не восполняемое даже «полярной ночью», приводит не только к снижению неспецифической адаптации организма человека к изменениям всего комплекса климато-техногенно-социальных условий жизни, истощению плохо восполняемого адаптационного потенциала, но и нарастанию встречаемости метаболических нарушений, онкопатологии, ускоренному старению и т.д. Влияют и другие

экстремальные факторы своими корпускулярными потоками и электромагнитным излучением, на территории Якутии в широком интервале долгот имеет место самое большое различие в наклонах осей вращения Земли и диполя ее геомагнитного поля, составляющая приблизительно 11 градусов.

В периоды гелиогеофизической возмущенности часто регистрируются случаи инфаркта миокарда у больных с ишемической болезнью сердца, и острые нарушения мозгового кровообращения и гипертонические кризы у больных артериальной гипертензией. Присутствуют три максимума — первый совпадает с возмущением на Солнце, второй совпадает с геомагнитным возмущением, третий отстает на два-четыре дня от геомагнитного возмущения. В последние десятилетия разработаны и разрабатываются новые подходы и методы оптимизации адаптационного процесса, сохранения психосоматического здоровья и работоспособности человека в экстремальных и неадекватных условиях.

Надежность и работоспособность сложных технических систем, проблемы безопасной эксплуатации машин и металлоконструкций в последнее десятилетие приобрели исключительную актуальность не только в Республике Саха (Якутия), но и во всех промышленно-развитых странах, так как свыше 70 % горных работ выполняется в районах экстремального климата. Наибольший процент составляют отказы электрического(49%) и механического оборудования(44%), на долю которых приходится больше 95%. Выявлено, что основной причиной является исчерпание несущей способности, выражающейся в потере пластичности материала конструкции в результате воздействия различных факторов.

В настоящее время Институт физико-технических проблем Севера СО РАН им. академика В.П. Ларионова СО РАН проводит исследования причин разрушения различных элементов конструкций и техники, особенно это относится к эксплуатации объектов ВСТО, «Сила Сибири», железнодорожных магистралей. Выбор материалов, которые соответствуют работе при высоких нагрузках пускового периода, является важной задачей. В Институте физико-технических проблем Севера академика В.П. Ларионова СО РАН разработана математическая модель для расчета оптимальной величины технологического зазора, выбора состава материала деталей машин и защитных покрытий.

Основоположниками создания машин и конструкций в северном исполнении являются академики Н.В. Черский, М.А. Лаврентьев и Б.Е. Патон. В последнее десятилетие интерес исследователей переместился на анализ конструкций, находящихся в процессе длительной эксплуатации с деградацией свойств и поврежденности. Разработан метод оценки хладостойкости тонкостенных металлоконструкций Севера после длительной эксплуатации путем расчетного определения второй критической температуры вязкохрупкого перехода, с использованием предельной кривой показателя потери пластичности. Разработаны методики для экспериментального исследования ветвления трещин в тонкостенных цилиндрических оболочках, позволяющие контролировать режим распространения трещины при разрушении с ветвлением.

Якутским научным центром СО РАН проводятся подготовительные работы совместно с Институтом ВИАМ по созданию Сибирского климатического центра: климатические станции планируется разместить в г. Якутске, п. Тикси, п. Оймякон и Нижний-Бестях с целью

исследования влияния воздействия климатических факторов на физико-механические свойства композиционных базальтовых материалов.

В Институте проблем нефти и газа СО РАН разработан ряд оригинальных нанокомпозиционных рецептур резин на основе бутадиен-нитрильного каучука: температурный предел эксплуатации уплотнений из разработанных резин при низких температурах снижен с -48⁰С до -55⁰С, износостойкость повышена в полтора, маслостойкость в полтора-три раза, все это обеспечило повышение ресурса работоспособности уплотнений в полтора-четыре раза по сравнению с уплотнениями из серийных резин.

В докладе освещена история изучения Якутии Российской Академией наук, начиная с 1733 г., когда правительство царской России снарядило Великую Северную экспедицию под руководством капитана Витуса Беринга. Преемницей Якутской экспедиции АН СССР 1925-1930 годов станет Программа комплексных научных исследований РАН в Республике Саха (Якутия), с проведением экспедиционных работ на 2016-2020 гг. в соответствии с поручением Президента РФ В.В. Путина от 29 августа 2014 года. По реализации данного поручения с 25 по 27 июня с.г. в Якутске состоялось совместное совещание членов Президиума Российской академии наук и руководства Республики Саха (Якутия). Определены первоочередные задачи и ключевые направления научных исследований, которые определят вектор развития республики на ближайшие десятилетия. Хотелось бы вспомнить слова инициатора Первой Якутской комплексной экспедиции РАН, председателя Совнаркома Республики Максима Кировича Аммосова, сказанные на 200-летнем юбилее Академии наук в сентябре 1925 года: «…едва ли какая другая народность или окраина СССР так близко связана с научной деятельностью Академии, как наша Якутия, наше историческое вчерашнее, сегодняшнее и завтрашнее — неразрывно связано с именем Академии наук».

Предложения. Включить в Программу комплексных научных исследований в Республике Саха (Якутия) изучение функционального развития живых систем, а также износостойкости сложных технических систем в холодной климатической зоне с участием ведущих научных школ РАН. Президиуму РАН совместно с Правительством РФ, Правительством РС (Я), другими заинтересованными организациями, рассмотреть вопрос согласования эффективного механизма реализации Программы в контексте стратегического планирования региона. Разработать соответствующую дорожную карту на базе Якутского научного центра СО РАН под научным руководством ведущих ученых страны. 

В обсуждении доклада приняли участие:

ак. Г.А. Романенко, ак.Д.М. Климов, ак. В.А. Тутельян, ак. В.Е, Фортов, ак. М.И. Эпов, А.А. Стручков — Постоянный представитель Республики Саха (Якутия) при Президенте РФ, д.м.н. А.Н. Мартынчик — Институт питания РАН, д.т.н. Е.Е. Зорин — Московский государственный машиностроительный университет.  

На заседании рассмотрен вопрос о присуждении премии имени А.Н.Колмогорова 2015 года академику Александру Алексеевичу Боровкову, д. ф.-м. н. Анатолию Альфредовичу Могульскому за цикл работ «Расширенный принцип больших уклонений для траекторий случайных блужданий». Выдвинуты Институтом математики им. С. Л. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук. 

На заседании Экспертной комиссии присутствовали 7 членов Комиссии из 8. В соответствии с результатами тайного голосования большинством голосов («за» - 5, «против» - 2, недействительных бюллетеней – 0) к присуждению премии имени А. Н. Колмогорова 2015 года рекомендованы кандидатуры академика А. А. Боровкова, доктора физико-математических наук А.А. Могульского. На заседании Бюро Отделения математических наук РАН присутствовали 13 членов Бюро из 25. В соответствии с результатами тайного голосования единогласно в Президиум РАН представлен проект постановления о присуждении премии имени А. Н. Колмогорова 2015 года академика А. А. Боровкова, доктора физико-математических наук А.А. Могульского.

В 1967 году А. А. Боровковым был установлен принцип больших уклонений для траекторий случайных блужданий, порожденных суммами случайных величин, в пространствах непрерывных функций с равномерной метрикой и при дополнительном очень ограничительном условии (распределения слагаемых должны убывать на бесконечности быстрее любой экспоненты).

В цикле работ, представленном на соискание премии им. А.Н. Колмогорова РАН, А. А. Боровковым и А. А. Могульским принцип больших уклонений был распространен на пространство функций без разрывов второго рода при значительно более слабом условии ― распределения слагаемых убывают на бесконечности быстрее некоторой экспоненты.

В представленных на соискание премии работах развиты новые и усовершенствованы классические подходы к исследованию вероятностей больших уклонений, авторами получены глубокие результаты, многие из которых можно трактовать как окончательные.

Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.