Физические проблемы экологии № 18 3

Введение

По инициативе физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова в

1997-2004 гг. были организованы и проведены четыре Всероссийские

конференции по экологической физике, развернуты работы в рамках

Федеральной целевой программы «Интеграция», созданы новые лаборатории и

разработаны оригинальные научные приборы, проведены многочисленные

геоэкологические экспедиции по исследованию физики атмосферы, океана и суши Земли, написан классический университетский учебник «Общая и экологическая геофизика», в Российской экологической академии по инициативе ученых физического факультета создана секция «Физические методы в экологии», совместно с Тверским университетом создан учебно-научный геоэкологический полигон «Волговерховье», сформированы новые учебные программы лекций и семинаров экологической направленности.

Публикация серии научных трудов «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» берет начало в объединенной программе экологических исследований физического факультета, разработанной около десяти лет назад. В последние годы сборник превращен в ежегодник. Научный спектр публикаций, представленных в сборниках, очень широк, но он охватывает значительную часть исследований, которые редакторы сборника относят к физическим проблема экологии.

В настоящем, 18 томе сборника, как и в предыдущих изданиях, представлены труды ученых Московского университета и наших коллег из других организаций, занятых решением проблем экологической физики.

Сборник посвящается 300- летию со дня рождения великого русского ученого Михаила Васильевича Ломоносова.

Декан физического факультета МГУ, профессор В.И.Трухин Директор Центра магнитной томографии и спектроскопии МГУ, Профессор физического факультета Ю.А.Пирогов Зав. кафедрой физического факультета К.В.Показеев Физические проблемы экологии №

300 ЛЕТ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ МИХАИЛА ВАСИЛЬЕВИЧА ЛОМОНОСОВА

Великий русский ученый М.В.Ломоносов занимает видное место в истории передовой философской мысли. Его замечательные открытия в области наук

о природе, его оригинальные естественно-научные и философские обобщения сыграли большую роль в развитии материализма. Ломоносов смело выступал против устарелых теорий и идей в естествознании и философии, выдвигая на первый план новые, нерешенные научные проблемы. Гениальный русский ученый решительно преодолевал отжившие традиции, правила и догмы, сковывавшие научную мысль.

Только те ученые заслуживают, по мнению Ломоносова, высокой оценки, которые, несмотря на уже достигнутые завоевания науки решительно, не боясь трудностей, прокладывают новые. К таким ученым он относил Галилея, Кеплера, Декарта, Ньютона и др.

Труды М.В. Ломоносова получили высокую оценку многих видных ученых, российских и зарубежных. В то же время до сих пор продолжаются и необоснованные выступления против гения Ломоносова.

А.С. Пушкин назвал М.В. Ломоносова первым университетом. И А.С.

Пушкин не ошибся! Действительно наш, первый в России университет был создан по проекту Ломоносова. Московскому университету имни М.В. Ломоносова лет. Учитесь в нем, занимайтесь наукой, любите наш первый университет имени Михаила Васильевича Ломоносова Вечная слава великому русскому ученому М.В.Ломоносову!!!

Декан физического факультета МГУ профессор В.И. Трухин Физические проблемы экологии № 18

СЛОВО О М.В. ЛОМОНОСОВЕ, КАК ИССЛЕДОВАТЕЛЕ

«НЕДРА ЗЕМНОГО»

Наш великий соотечественник М.В. Ломоносов, 300-летие которого мы чествуем сегодня, по праву считается основоположником российской науки. Известное высказывание Аполлона Григорьева о другом нашем национальном гении – А.С.

Пушкине, характеризующее силу проникновения его в духовность народную, Пушкин наше все» - можно отнести и к Михаилу Васильевичу, когда речь касается материй научных. Трудно переоценить все сделанное им в этой области, в том числе и для геофизической науки в России и, прежде всего в Московском Университете.

М.В. Ломоносов был первым русским ученым, который глубоко заинтересовался физическими процессами, происходящими в основных оболочках Земли. По этому поводу он высказал много интереснейших мыслей, догадок, создал ряд оригинальных геофизических приборов, в том числе и первый гравиметр; проводил натурные исследования, особенно в атмосфере. Он сформулировал ряд геофизических проблем касающихся погоды и климата, течений в океане, землетрясений, тектонической активности, пространственных и временных вариаций магнитного поля и поля тяготения Земли, часть из которых нашла свое разрешение только в конце XIX века.

В виду ограниченности доклада во времени, очень кратко остановимся на работах М.В. Ломоносова, касающихся «недра земного», как именовал он наиболее недоступную для прямого исследования твердую оболочку Земли. «Велико есть дело достигать во глубину земную разумом, куда рукам и оку досягнуть возбраняет натура, странствовать размышлениями в преисподней, проникать рассуждениями сквозь тесные расселины и вечною ночью помраченные вещи и деяния выводить на солнечную ясность»…- писал он в своем знаменитом трактате «О слоях земных», где изложено, в основном, большинство его соображений о сущности того самого «недра земного». Этот труд М.В. Ломоносова, как считает профессор Г.Г. Леммлейн, написавший предисловие к переизданию его отдельной книгой в 1949 году, – по законченности изложения «…является образцом ранней русской научной литературы.. С несравненным мастерством переходит он (М.В. Ломоносов) от точного и образного описания явлений к строго обоснованным и убедительным их толкованиям» [1]. В справедливости приведенной характеристики труда М.В. Ломоносова автор настоящего доклада убедился лично, когда, прочитав с большим удовольствием «Слои земные» был поражен логичностью и стройностью изложения текста, образностью языка и многообразием оригинальных мыслей М.В. Ломоносова о строении Земли, процессах, в ней происходящих и об её возможной эволюции.

Очень сожалею, что познакомился с этим трактатом слишком поздно, поскольку, несмотря на некоторые устаревшие взгляды М.В. Ломоносова, например, на происхождение тепловой энергии в недрах, которое он связывает с выгоранием серы, тщательно это обосновывая, и некоторые другие, - этот труд чрезвычайно полезен не только в фактическом, но, особенно, в методологическом отношении. Прав был академик П.Л. Капица, когда готовя доклад «О творческом непослушании», о взаимоотношении гения и общества и о роли гения в развитии науки, на примере М.В.Ломоносова, записал: «Когда говорят о Ломоносове в наши дни, то обычно говорят о его научных достижениях. Сейчас они нам не только понятны, но наука за эти 200 лет настолько ушла вперед, что кажутся самоочевидными, и, чтобы понять Физические проблемы экологии № силу гения Ломоносова, нам надо вообразить себя на уровне культуры того времени»

[2].

В науках о Земле, как раз чтение «Слоев земных» и сравнение мыслей в них высказанных с уровнем геологической и геофизической науки того времени, со взглядами на Землю других ученых современников М.В. Ломоносова, как раз открывает силу его гения в этой области.

Начав трактат с изложения известных на тот момент сведений о земной поверхности и отметив роль воды и ветра в формировании лика Земли, М.В. Ломоносов разделяет формирующие силы на внешние и внутренние и делает вывод о преобладающей роли внутренних сил в образовании гор, вулканов, тектонической активности и происхождении землетрясений, тщательно обосновывая свои выводы многочисленными примерами. Обсуждая образование гор, он пишет: «Сила, поднявшая таковую тягость, ни чему … приписана быть не может, как господствующему жару в земной утробе». О решающей роли тепла Земли, как внутренней силы, он много рассуждал и в ранее произнесенном им «Слове о рождении металлов от трясения Земли» (6 сент. 1757 г): «За истинную и общую причину земного трясения, со всеми почти нынешними и древними философами подземельный огонь признаваю» - и пытался оценить глубину расположения источников этого жара.

Опираясь в рассуждениях на проявление тектонической активности, особенно в процессах землетрясения, а также на вулканическую деятельность Земли, он заключает: «…коль ужасна должна быть глубина оных потаенных пропастей и коль толсты их своды. Простираясь по мере современных трясений иногда до трех тысяч верст, держатся не везде подпорами, то есть подземными горами, но и собственною крепостию и толстотою, которую ежели только в сотую долю положить против обширности, тридцать верст найдем…». А по поводу толщины сводов, поддерживающих Тибетские горы, М.В. Ломоносов пишет: “… ежели положить только сотую часть их поперечника, то, несомненно, должны быть на 70 верст толщиною, считая большой поперечник Азии в семь тысяч верст» [1].

Приведенные цифры – это средняя толщина континентальной земной коры под платформами и горами, соответственно, подтверждены были геофизическими методами (сейсмологией, гравиметрией) лишь в XX веке. Не удивительно ли?

Что касается вулканов, которые М.В. Ломоносов связывал с образованием трещин в слоях земных от землетрясений, то они – “… есть не что иное, как трубы или отдушины, коим выходит подземного пожара излишество.” Их долговременное существование Ломоносов также считал доказательством большой глубины “…где жительствует сила возвышающая и опровергающая горы”, то есть “огонь подземельный”. Так, оценив количество вулканического материала, выбрасываемого Этной и Везувием на протяжении веков, он заключает: “ …Толь великое количество естьлибы из самых оных гор, или хотя бы из подземных мест в Неаполе и Сицилии выгорело, то бы конечно уже давно в выеденную под ними пропасть слабые своды провалились, отягощенные вагою самих эти гор…, но безмерна глубина потаенной хляби, и потому своды толщины ужасной не допускают обрушиться оным землям ” [1].

Рассматривая и подробно обсуждая известные в его время «огнедышащие горы», частоту их извержений, существование жизни подо льдом в Океане и что “… сам великий Океан внутренней земной теплоты бессомнительный есть показатель но теплоты получает ” – он делает вывод о повсеместном распространении глубинных источников тепла на земном шаре. Однако, по Ломоносову, они расположены неравномерно, и значительно, мощнее и обширнее в местах, где действуют вулканы и, в частности: “…Етна, Везувий, Липара и многие островы на Архипелаге, которые хотя не беспрерывном жаром, однако частым отрыганием пламени из самой глубины ясно показывают, что Тирренское и Эгейское море над подземным огнем разливаются ” [1]. Действительно, во второй половине XX века экспериментально установлено, что тепловой поток под дном этих морей удивительно высокий. Открыты и другие, так называемые, “горячие точки” на поверхности Земли, которые ученые в концепции тектоники плит, связывают с восходящими из больших глубин ветвями конвективных течений в мантии.

Особенно интересным для геофизиков, изучающих строение Земли и процессы, проявляющиеся в её тектонической активности (образование гор, разломов, извержения вулканов, и др.), являются взгляды М. В. Ломоносова на “ земные трясения”, причину которых он видел в перераспределении глубинной теплоты земного шара.

Подразделяя землетрясения на быстрые и “ нечувствительные долговременные”, к которым он относил медленные вековые колебания земной поверхности, проявляющиеся в рождении гор и ущелий, в наклонах земных слоев, в разрывах и сдвигах рудных жил, он выделяет 4 возможных их типа: “Страшное и насильственное оное в натуре явление показывается четырьми образы. Первое, когда дрожит земля частыми и мелкими ударами… Второе, когда, надувшись, встает кверху и обратно перпендикулярным движением опускается… Третие, поверхности земной наподобие волн колебание бывает весьма бедственно, ибо отворенные хляби на зыблющиеся здания и на бледнеющих людей зияют и часто пожирают. Наконец, четвертое, когда по горизонтальной плоскости вся трясения сила устремляется, тогда земля из-под строений якобы похищается…” [1, 3].

В приведенной цитате специалисты сейсмологи легко могут усмотреть образное описание механизмов очага землетрясения. Нужно отметить, что волнообразное движение земной поверхности при землетрясении устанавливается и описывается Ломоносовым в 1757 году, в «Слове о рождении металлов от трясения Земли», несколько ранее, чем Майчелом, которому по обыкновению приписывают это открытие (1760) и задолго до Юнга, второго претендента в западном мире на первенство открытия этого явления.

Две другие, не менее важные в геофизическом отношении работы Ломоносова, читаны им в публичном заседании Академии Наук 7 мая 1759 года - "Рассуждение о большей точности морского пути" и "Размышления о точном определении пути корабля на море" [3]. Сами названия уже говорят о практической направленности этих исследований, связанных с развитием мореплавания в России, вздыбленной преобразовательской деятельностью Петра Великого.

В этих работах путем рассуждений, основанных на наблюдениях за поведением стрелки компаса, Ломоносов вслед за У. Гильбертом (1600) приходит к выводу, что Земля - гигантский магнит "из разных великих частей разной доброты составленный или из многих магнитов разной силы в один сложенный, которые по своему положению и крепости сил действуют", - а по сему "то необходимо следует заключает он, - что на ней, по разности мест разное магнитной стрелки склонение». Временные же вариации направления магнитного поля в данном месте он связывает с меняющимся положением других планет относительно Земли, с возмуФизические проблемы экологии № щающим действием их "магнитной материи". Для построения магнитной теории и усовершенствования на ее основе точности морского пути он призывает мореплавателей записывать наблюдения "магнитной силы во всех странах", т.е. высказывает идею необходимости геомагнитной съемки с помощью самопишущего компаса (прообраза магнитографа). Именно, в этих работах четко прослеживается принцип методологического обобщения Ломоносова, сформулированный им в первых фразах "Рассуждения" — "Из наблюдений установлять теорию, через теорию исправлять наблюдения - есть лучший всех способ к изысканию правды".

В третьей главе "Рассуждения", озаглавленной "О сочинении теории морских течении", стараясь объяснить морские движения или приливы "помешательством в тяготении", т.е. возмущениями гравитационного поля Земли, связанными с относительным движением Луны, Земли, Солнца, Ломоносов описывает способ и прибор для наблюдений за этими возмущениями. Полагая, что под влиянием перемещений морских толщ, вызванных периодическими возмущениями, будет меняться направление силы тяжести, он пытается обнаружить эту "перемену направления к центру падающих вещей" с помощью своего "великого пендула" (маятника). Здесь же описан другой замечательный прибор, предназначенный уже для измерений величины силы тяжести, являющийся, по существу, прародителем семейства первых гравиметров, основанных на статическом принципе. С помощью этого прибора, представляющего модификацию им же разработанного в 1749 г. "универсального барометра", Ломоносов, по его мнению "старался усмотреть, не воспоследуют ли в собственной тягости ртути перемены согласные с переменами вышеописанного отвеса" - т.е. маятника. К сожалению, такого согласия Ломоносов не обнаружил, хотя совершенно правильно предугадал его существование. Две причины помешали ему это сделать: во-первых, недостаточная точность приборов, а во-вторых - несовершенная методика наблюдений, предполагавшая измерения только в одной точке.

Заканчивая краткий и беглый обзор взглядов М. В. Ломоносова на недра Земли и на процессы в них происходящие, отметим еще раз, что для объективной оценки значительности и важности его научных трудов в этой области, нужно помнить, что творил он во времена, когда не только геофизики, но и геологии, как науки о Земле, еще не существовало. Это был период накопления фактов, простого описания наблюдаемых на поверхности Земли явлений, методы исследования были неразвиты, аппаратурная база отсутствовала, информационный обмен между учеными был минимален. Все приходилось делать самому, опираясь на опыт и догадки предшественников, в чем он немало преуспел, в том числе и в области наук о Земле. И сегодня, в день 300-летия со дня рождения М.В. Ломоносова, здесь, в Московском Университете, справедливо носящем его имя – поклонимся ему.

Литература.

1. М. Ломоносов. О слоях земных. Госгеолиздат, М-Л, 1949, 211 с 2. Академик П.Капица. О творческом «непослушании», «Наука и жизнь», 1986, №2, с. 80.

3. М.В. Ломоносов. ПСС, Из-во АН СССР, т.4, М-Л, 1955, 830 с.

М.В.ЛОМОНОСОВ И АНТРОПОГЕННАЯ ЭНЕРГЕТИКА

С почти трехвекового временного расстояния энциклопедичность научных трудов М.В.Ломоносова, всеобъемлющий характер научных обобщений, смелость и глубина его предвидений справедливо оценивается как неиссякаемый источник новых подходов и решений современных проблем естествознания, предопределяющих горизонты дальнейшего развития научного знания.

Творческое наследие М.В.Ломоносова, о котором А.С. Пушкин: сказал:

«Он создал первый университет; он, лучше сказать, сам был первым университетом», поистине многомерно. Оно охватывает результаты исследования в различных областях естественных и гуманитарных наук. В его трудах по физике, химии, астрономии, геологии, географии, инженерии, истории, философии содержатся не только знания, относящиеся к этим конкретным наукам, но и идеи, применимые для решения задач в смежных, научных направлениях естествознания. В статье не ставится цель осветить все стороны многогранного научного творчества М.В.Ломоносова. Предполагается, обратить внимание на значимость его идей и взглядов на развитие такой междисциплинарной области естествознания, какой является антропогенная энергетика, которая представляет собой совокупность созданных человеком средств извлечения природных энергоресурсов и преобразования содержащейся в них энергии для приспособления к своим нуждам и защите окружающей среды.

Во времена научной деятельности М.В.Ломоносова, относящихся к первой половине XYIII века, антропогенная энергетика характеризовалась относительным низким уровнем использования возобновляемых источников энергии атмосферы и гидросферы - предшественников будущей зеленой энергетики. Вместе с тем к этому же времени относится начало становления и формирования антропогенной энергетики на основе термодинамических преобразователей невозобновляемых видов энергоресурсов. В научном плане в этот период перед учеными во весь рост заявляла о себе проблема построения качественно новых теорий относительно структуры материи и принципов организации ее движения. М.В.Ломоносов оказался на самом острие разрешения проблемы определения закономерности пространственно-временного изменения энергии как количественной меры движения материи. Он задумал объединить в одно стройное целое процессы превращения и изменения материи на основе атомно-молекулярных представлений. На путях к достижению этой цели Ломоносов открыл и сформулировал, как общий для естествознания фундаментальный закон природы – закон сохранения энергии: Он пиФизические проблемы экологии № сал: «…все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому... Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает». Открытый Ломоносовым закон получил обоснование в его работах: «Об отношении количества материи и веса» (1758) и в «Рассуждении о твердости и жидкости тел» (1760) [1,2]. Следует отметить, что разработка принципов обобщения и объединения параметров, характеризующих двигательную силу различных средств и способов организации движений, это результат коллективного творчества выдающихся ученых в международном масштабе и, в первую очередь, А.Лавуазье, Р.Майера, Г.Гельмгольца. Но абсолютная причастность к первому открытию закона сохранения энергии как было доказано в исторических исследованиях, вне всякого сомнения, принадлежит М.В. Ломоносову. Однако осознать значение сделанного им открытия, и подтвердить его приоритет многие ученые тех лет так и не смогли. Лишь впоследствии законы сохранения в общем виде любого качества – массы, импульса, энергии, заряда стали базовым принципом развития всех естественных наук.

В антропогенной энергетике законы сохранения составляли основу не только для создания технологических средств энергообеспечения людей, но и имели существенное значение для формирования адекватных подходов к анализу энергетических потоков и взаимосвязей между количеством энергии и процессами формирования энергетических ресурсов, происходящими в географической оболочке. М.В. Ломоносов в качестве приоритетного направления антропогенной энергетики выделяет задачу изучения происхождения ископаемых энергетических ресурсов Земли. Заметим, что к началу его исследований вопросов, относящихся к источникам энергии, сложилось схоластическое мнение о том, что ископаемые твердые топливные ресурсы следует рассматривать не более, как «игру природы».

Ломоносов вопреки общепринятым взглядам на происхождение ископаемых топлив, имел смелость высказать диаметрально-противоположную точку зрения. В его трудах обстоятельно развивается и получает обоснование концепция о происхождении каменного угля из торфяников, поглотивших остатки погрязших в них деревьев. По его мнению, процесс формирования органического ископаемого топлива осуществлялся в течение миллиардов лет при участии подземного огня, под громадным давлением наносных пластов нептунического происхождения. Для практического обоснования полноты картины образования ископаемых топлив в природных условиях естественным путем М.В.Ломоносов высказывает гипотетические соображения о возможности воспроизведения условий, обеспечивающих получение органического топлива в искусственных условиях путем организации высокоскоростного процесса получения органического топлива с помощью растительной биомассы. М.В.Ломоносов предвидел реализацию этого проекта. Но о том, каким образом процесс искусственного производства биотоплива может быть практически осуществлен, он не знал и потому в его трудах по этому вопросу мы не встречаем конкретных предложений. Нынешнее состояние развития учения о технологиях искусственного воспроизведения процессов формирования органических топлив из биологически эффективных и высокопродуктивных преобразователей солнечной энергии на основе водных микроорганизмов подтверждает плодотворность его идеи. В частности, следует отметить современные исследования, выполняемые в Московском университете, в которых в развитие выдвинутых М.В.Ломоносовым идей, обоснованы принципы практической реализуемости процессов преобразования солнечной энергии в органические соединения, метан и другие углеводороды с использованием микроводорослей.

Энергетические исследования М.В.Ломоносова, вступая на разных этапах его творчества во взаимодействие с другими разделами естествознания, оставались в неразрывной связи с ними в контексте всего разнообразия его воззрений, которые, в свою очередь, пребывали во взаимосвязи между собой. Такой подход является следствием понимания им единства природы и существования фундаментальных законов, лежащих в основе всего целостного многообразия явлений. А его взгляды и идеи, относящиеся к энергетике, убедительно демонстрируют это единство, в целесообразности которого он был твёрдо убеждён и страстно заинтересован и как естествоиспытатель-теоретик, и как последовательный практик.

В числе работ М.В. Ломоносова, предвестников практического внедрения возобновляемых источников энергии в антропогенную энергетику, относятся его разработки различных устройств, использующих солнечные энергетические ресурсы. Проводя эти исследования, Ломоносов помимо получения конкретных научно-технических результатов стремился к дальнейшему выполнению своего общего плана — построению системы естественных наук на основе выдвинутых им принципов. Из работ Ломоносова в этом направлении следует отметить: «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» (1753), «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» (1756) и «Теория электричества, изложенная математически» (1756) [3,4,5]. В этих трудах, содержится описание сконструированных им оптических и электрических устройств, использующих энергию солнца и земной атмосферы. Идея концентрации солнечных лучей в одной точке на примере двух линз и зеркала изложена следующими словами, излучающими восторг исследователя от познания нового: «И вот, наконец, явилась мысль, что солнечные лучи и после отражения от плоских зеркал все еще сохраняют теплотворную силу и, следовательно, по закону которому они повинуются в других случаях, должны, будучи собраны выпуклой линзой, увеличить жар. Тотчас же я, торжествуя, взял плоское зеркало и линзу диаметром в два дюйма и, так как день был как раз ясный, собрал линзой солнечные лучи, отраженные зеркалом. Когда после этого я подставил кусок дерева, на нем образовалось, черное пятно и оттуда пошел дым. Я смотрел на это с восторгом и, с целью идти и далее, соединил фокус линзы, подставленной прямым лучам, с фокусом первой и поднес к ним весьма белую бумагу, которая отказывалась загораться от прямых солнечных лучей, собранных непосредственно той или другой из названных линз;

сразу же пошел дым, на бумаге образовалось черное пятно, бумага вспыхнула, и огонь, разгораясь, начал ее сжигать. Итак, повторив этот опыт несколько раз и устранив всякое сомнение в его правильности, я не колеблюсь заключить, что, расставив так, как я упомянул выше, большие зеркала и линзы, можно получить жар больший» [6]. М.В.Ломоносов предложил оригинальную схему расположения линз и зеркал на плоской квадратной доске необходимых размеров, которая позволяла получать в точке фокуса нагрев среды, по его расчетам, количественно на два порядка превосходящий тепло поступающего солнечного излучения. Плод инженерной мысли великого ученого, воплощенный в простой и достаточно эффективФизические проблемы экологии № ной конструкции является прототипом солнечных концентраторов современных солнечных электростанций башенного типа.

Идеи, реализованные Ломоносовым на примере создания энергосистем, обеспечивающих решение проблемы повышения качества и ценности возобновляемых источников энергии, особую значимость приобретают в условиях современных тенденций территориальной экспансии газоснабжающих и электрических систем, использующих ископаемое углеводородное сырье, подтверждая реальность осуществления стимулов к смене доминирующих энергетических ресурсов антропогенной энергетики.

Занимаясь изучением атмосферного электричества, М.В.Ломоносов разрабатывает положения о тождественности природного и искусственного атмосферного электричества и ставит задачу о создании устройств, позволяющих использовать энергию природных атмосферных процессов. Имеется в виду разработка практических методов утилизация энергии энергоемких природных явлений. В ходе решения такой далеко не простой задачи М.В. Ломоносов совместно с Г.В.

Рихманом разработал прибор для измерения «степени электричества» и «громовую машину», которая давала возможность стабильного наблюдения и приема энергии молний. В дальнейшем, в силу трагической гибели Г.В. Рихмана и из-за недостатка фундаментальных знаний о природе электрических явлений это направление работ было приостановлено, и М.В.Ломоносов вынужден был обратиться к рассмотрению общих вопросов теории электричества и установлению количественных закономерностей, имеющих принципиальное значение для формирования основ теории электричества.

К каким разделам антропогенной энергетики более всего проявлял интерес М.В.Ломоносов, – нам, удаленным от расцвета его деятельности судить трудно.

Но знакомство с его разнообразными естественнонаучными изысканиями не перестает преподносить удивительные находки широте и перспективности его научного наследия для изучения ресурсной базы энергетики. Так обращаясь к опубликованному в 1763 году руководству "Первые основания металлургии или рудных дел", где он подробно рассматривает как свойства различных металлов, так и практически применяемые способы их получения, обнаруживаются совершенно удивительные результаты. Здесь он сообщает о механизме "вольного" движения воздуха в рудниках и способе практического его использования в печах, работающих без принудительного дутья [7]. В наше время принцип рассмотренного им способа организации конвективного движения в печах получил свое практическое воплощение в парниковых электростанциях «солнечный камин». В этих энергетических системах восходящие движения, возникают без дополнительного принудительного воздействия при солнечном нагреве и концентрации воздушных масс в коллекторах, содержащих турбину с генератором, вырабатывающим электрическую энергию.

Круг интересов М.В.Ломоносова применительно к постановке и решению проблем пространственно- временного распределения земных энергоресурсов чрезвычайно широк. Им было выполнено фундаментальное по глубине постановки проблемы и широте охвата явлений, комплексное исследование, включающее в себя как элементную составляющую, оценку энергетических ресурсов России. В процессе реализации намеченной программы исследований Ломоносов собирал рые могли бы быть положены в основу базы данных, для составления подробного физико-географического и экономико-географического описания России и подготовки карт. Анкеты имели комплексный характер, предусматривающий сбор как географических, так статистических, экономических и политических сведений.

Особенностью анкет являлось формирование знаний обо всей совокупности явлений в различных компонентах географической оболочки в их взаимной связи и зависимости.

Достойное место в этих исследованиях Ломоносова отводилось оценке топливно-энергетических богатств России. Он обращал внимание на необходимость не только выявления, но и активного вмешательства человека в рациональное природопользование, полагая, что ресурсы «сами на двор не придут, они требуют глаз и рук к своему прииску». Задуманное Ломоносовым географическое описание России, как это видно из задач, которые он ставил по сбору географических сведений, должно было охватить большой круг вопросов и содержать максимально полное описание страны и хозяйственной деятельности населения в связи с природными условиями и ресурсными возможностями энергетики на фоне общей характеристики разнообразной русской природы.

В связи с этим следует отметить предсказание М.В. Ломоносова российской принадлежности энергоресурсов Северного Ледовитого океана. Его поистине пророческие слова о том, что «Российское могущество прирастать будет Сибирью и Северным океаном» сегодня приобретают особенную актуальность. Действительно, по современным оценкам, на недра Северного полюса приходится 25% неоткрытых мировых запасов нефти и газа. Удивительно, что почти три столетия тому назад М.В. Ломоносов предвидел, что названный впоследствии его именем хребет, является продолжением территории России к северу ниже уровня моря.

Исследования последнего времени в Северном Ледовитом океане подтверждают значение для развития отечественной антропогенной энергетики этого выдающегося открытия М.В. Ломоносова.

Наиболее значимым для понимания вклада Ломоносова в развитие основ антропогенной энергетики является его трактат «О слоях земных» [8]. В этой фундаментальной работе рассмотрены не только базовые принципы организации строения и развития оболочки Земли. Здесь содержатся новаторские идеи о роли энергетических процессов при формировании рельефа земной поверхности и обосновании принципа вечной изменяемости природы. Представление о постоянных изменениях, происходящих на земной поверхности, получило свое развитие в необходимости отражения природных богатств на картах и приложенных к ним описаниям. Уровень предъявляемых Ломоносовым требований к картам как комплексным географо-картографическим объектам научных исследований, содержащим разностороннюю информацию, имеет принципиальное значение для развития современных подходов к формированию геоинформационных систем антропогенной энергетики. В теоретических, региональных и прикладных представлениях М.В. Ломоносова о методах изучения ресурсной основы антропогенной энергетики выражена идея взаимосвязанного физико-географического и экономикогеографического изучения возобновляемых источников энергии России. В начале конце XXI века эта плодотворная идея именно в нашей стране получила свое дальнейшее развитие в рамках создания самостоятельного раздела антропогенной энергетики – географии энергетических систем.

Такова всеобъемлющая деятельность русского гения, нашей национальной гордости, сумевшего в оставленных потомкам многогранных научных откровениях опередить свой век и продемонстрировать неизгладимые следы великой, неустанной мысли и работы на пользу науки, о расцвете которой в родной стране он так горячо и так бескорыстно ратовал.

Литература 1. Ломоносов М.В. Об отношении количества материи и веса.// Полное собрание сочинений т. 3, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952, С.349.

2. Ломоносов М.В. Рассуждение о твердости и жидкости тел.// Полное собрание сочинений т. 3, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952, С.377.

3. Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих.// Полное собрание сочинений, т. 3, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952, С.15.

4. Ломоносов М.В. Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее.// Полное собрание сочинений, т. 3, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952, С.315.

5. Ломоносов М.В. Теория электричества, изложенная математически.// Полное собрание сочинений, т. 3, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1952, С.265.

6. Ломоносов М.В. Рассуждение о катоптрико-диоптрическом зажигательном инструменте, начертанное М.Ломоносовым в 1741 году, в августе месяце.// Полное собрание сочинений, т.1, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1950, С. 85.

7. Ломоносов М.В. Первые основания металлургии или рудных дел.// Полное собрание сочинений, т. 5, М.-Л.: Изд-во Академии Наук СССР, 1954, С. 397.

8. Ломоносов М.В. О слоях земных.// Полное собрание сочинений, т. 5, М.-Л.: Издво Академии Наук СССР, 1954,С. 530.

ЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУР ПОЛЕЙ ТЕЧЕНИЙ И КОНЦЕНТРАЦИЙ

ПРИМЕСЕЙ В ВОЛХОВСКОЙ ГУБЕ ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА

И.А. Авилкин, Б.И. Самолюбов, И.Н. Иванова, А.А. Будников, Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова Представлены результаты исследований структур термогидродинамических полей и распределений концентрации взвеси по глубине и во времени в Волховской губе Ладожского озера. Обнаружен вихреволновой подъем вод из придонного слоя в приповерхностный при росте скорости течения в апвеллинге и в приповерхностном слое. Зарегистрирована блокировка апвеллинга за счет изменения направления придонного течения, индуцированного ветром. Рассмотрено влияние зарегистрированных гидродинамических процессов на распространение взвеси в заливе.

В системах стратифицированных течений в заливах озер и морей особую роль играют процессы взаимодействия придонных и приповерхностных течений, индуцированных ветром. Такие процессы сопровождаются развитием апвеллингов, циркуляций, внутренних волн сейшевой природы и вихрей, возникающих при гидродинамической устойчивости течений в пограничных слоях. Влияние этих систем течений на распределения параметров состава воды оказывает существенное влияние на процессы формирования качества воды. Изучение таких явлений необходимо для развития методов прогноза формирования распределений характеристик качества воды в различных гидродинамических условиях. Разработка подобных методов требует детального изучения транспорта примесей в системах стратифицированных течений в природных бассейнах. Анализы результатов комплексных натурных измерений процессов развития системы стратифицированных течений и переноса взвеси представлены в данной работе.

Объект и методика исследований Исследования преобразований структур термогидродинамических полей и распределений концентраций примесей по глубине и во времени проводились в Волховской губе Ладожского озера в августе 2011 г. [1, 2]. Измерения выполнялись экспедицией физического факультета МГУ с борта НИС «Эколог»

ИВПС КарНЦ РАН. Регистрировались профили вектора скорости течения U, температуры T и электропроводности воды S и концентрации взвеси C.

Применялся зонд RCM 9 (Aanderaa) с допплеровским регистратором скорости, датчиками T, S и C. Точности измерений U, T, S и С: 0,5 см/с, 0,02C, 0,