Итоги года: РНФ и «Ведомости» рассказали о ярких результатах исследований российских ученых

ИИ помог врачам диагностировать психические расстройства

Математики БФУ имени И. Канта вместе с медиками разработали методы машинного обучения, которые помогают не только найти, но и объяснить функциональные изменения в мозге людей с психическими заболеваниями. Так, в эксперименте точность диагностики большого депрессивного расстройства достигла 82%.

Большим депрессивным расстройством страдают около 280 млн человек в мире. Для объективной диагностики врачи пытаются привлечь алгоритмы машинного обучения на основе искусственных нейронных сетей, подобных тем, что работают в нашем мозге, но они выдают сложные для интерпретации результаты.

Чтобы научить ИИ давать понятную доктору информацию, ученые использовали принципиально новый подход к классификации пациентов. Исследователи взяли снимки фМРТ 35 пациентов и 50 здоровых людей и построили функциональные сети, отражающие взаимодействия разных отделов головного мозга. В этих сетях – графах – узлы (точки) имитировали области мозга, а связи между узлами – ребра – показывали взаимодействия между ними. С помощью такой «паутины» ученые оценили характеристики каждого узла и связи между ними, что позволило сравнить работу мозга двух групп участников.

Полученная информация поможет врачам достоверно ставить диагноз распространенных психических заболеваний.

Графовое представление восстановленной функциональной сети головного мозга (отброшены слабые связи). Источник: Андрей Андреев/БФУ

Александр Бухановский, доктор технических наук, директор мегафакультета трансляционных информационных технологий Университета ИТМО:

«Сейчас никого не удивить тем, что когнитивные функции человека воспроизводятся нейросетями даже лучше, чем это делает сам человек. При этом многие не догадываются, что это не имеет отношения к реальному мыслительному процессу, и работает просто как хитрая математическая имитация, обученная на большом объеме данных. А вот реальное воссоздание функций мозга с помощью нейросетей – задача еще нерешенная, так как подобная модель, во-первых, требует очень много параметров, а во-вторых, у нас пока нет столько данных для ее обучения.

Поэтому математики под руководством Александра Храмова пошли другим путем: не трогали отдельные нейроны, а построили функциональную агентную сеть, воспроизводящую работу мозга в динамике как единую сложную систему. Это позволило им описать мозговую деятельность «механически», поверхностно, но как единое целое. Такая модель в будущем может стать основой для построения более глубоких моделей деятельности мозга, не только за счет добавления новых данных, но за счет вложенности – создания набора локальных моделей для отдельных зон мозга, соединенных такой функциональной сетью. Подобные методы уже вовсю применяются в теории сложных систем макромира, например, у психологов, эпидемиологов или тех, кто изучает социальные сети, но в нейрофизиологию пока они еще не укоренились – мало данных.

Важное свойство предложенной модели, в отличие от классических нейросетей, – ее объяснимость. Она может не только предсказать ожидаемый результат, как реакцию мозга в заданный момент времени на определенный раздражитель, но и объяснить, как он сформировался. Таким образом, это имеет и мощный диагностический эффект: если результат отличается от ожидаемого – можно подозревать о нарушении. Но, в отличии от классических систем диагностики на основе ИИ, тут можно попробовать от синдрома добраться до причины: раскручивая модель, найти, где «порвалась» функциональная сеть».

 

Уникальный способ маркировки алмазов позволяет идентифицировать драгоценные камни с вероятностью 100%

Физики из ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН с помощью лазера разработали и совершенствуют технологию создания уникальных меток внутри алмазов. Такие QR- или штрих-коды помогают опознать каждый камень и избежать подделок.

Россия занимает первое место в мире по запасам и производству алмазов: ежегодно на месторождениях в Якутии и Архангельской области добывают в среднем 40 млн карат. Чтобы во время передвижения редких и дорогих камней – от месторождения до ювелирного магазина – подтвердить их происхождение, производители регистрируют алмазы на каждом этапе. Однако существующие технологии отслеживания имеют ряд недостатков.

У всех алмазов есть точечные дефекты и примеси, например, азота, которые при облучении светом дают индивидуальное ответное свечение другого диапазона. Ученые направили ультракороткие импульсы лазера на алмаз и с помощью ставших подвижными атомов азота создали паспорт камня – QR-код с информацией о месте производства и других характеристиках.

Сегодня вместе с мировым лидером в добыче алмазов – компанией «АЛРОСА» – физики проводят фундаментальные исследования для доработки технологии, а также ее распространения на другие драгоценные камни.

    Лаборатория в ФИАН. Источник: издательство Origami Books

Виталий Кведер, академик РАН, научный руководитель Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна:

«В каждом драгоценном камне есть свои дефекты, в алмазе наиболее известными и изученными являются NV-центры, возникающие при связывании вакансии углерода с атомом азота. NV-центры обладают многими интересными свойствами, в частности могут использоваться в будущих квантовых компьютерах.

Команда исследователей под руководством Сергея Кудряшова обнаружила, что, воздействуя ультракороткими импульсами лазера на алмаз, можно локально изменять концентрации NV-центров и формировать прозрачное люминесцентное микроизображение, например, любой QR-код. Такая маркировка не влияет на ювелирное качество алмаза, ее можно прочитать лишь специальным сканером. Это позволяет записывать в каждом бриллианте его паспорт и отслеживать происхождение камня».

Системы на основе молекул ДНК с высокой точностью выявили рак мозга у животных

Большой коллектив биологов и медиков из России в сотрудничестве с учеными из других стран создал аптамеры – короткие молекулы ДНК, способные находить раковые клетки и помогать диагностировать один из наиболее опасных типов опухолей головного мозга, глиобластому. При этом благодаря светящейся метке, присоединенной к аптамеру, опухоль можно обнаружить во время операции и точечно удалить без вреда для здоровой ткани. Эксперименты на животных показали абсолютную безопасность системы.

В последнее десятилетие популярными медицинскими технологиями становятся ДНК-аптамеры – короткие последовательности нуклеотидов. Молекулы имеют способность прицельно связываться с нужными объектами в организме, например, раковыми клетками. Кроме того, синтез аптамеров – простая и дешевая технология.

В этом году ученые доказали, что эти молекулы могут с высокой точностью находить глиобластому. Исследователи отобрали короткие ДНК, которые связывались с человеческой глиальной опухолью, а затем с помощью машинного обучения выбрали наилучших кандидатов и методами молекулярного моделирования улучшили их. В результате исследования в пробирке и на мышах показали, что аптамеры связываются только с раковыми клетками и не наносят вред организму, а значит становятся перспективными способами своевременной диагностики тяжелого заболевания.

Аптамеры могут помогать не только онкологам, но и хирургам: присоединенные к молекулам флуоресцентные (светящиеся) метки позволяют увидеть опухоль под операционным микроскопом и помочь врачам удалять только пораженные участники мозга, не затрагивая функциональные и здоровые зоны.

Изображение предоставлено авторами исследования

Ирина Гужова, доктор биологических наук, заведующий отделом Института цитологии РАН, член экспертного совета РНФ:

«Глиобластома – одна из самых агрессивных форм рака, в золотой стандарт лечения которой обязательно входит хирургия, а также химио- и радиотерапия. Несмотря на терапию, выживаемость на горизонте 15 месяцев среди пациентов невелика. Во время операции хирургу трудно удалить первичную опухоль целиком, и по понятным причинам он не может иссекать окружающие ткани. Открытие специальных молекул ДНК-аптамеров, узнающих исключительно злокачественные клетки мозга, должно помочь хирургам филигранно убирать большинство участков опухоли непосредственно в процессе операции.

Но не только это важно. Рак опасен тем, что через какое-то время после операции возникают рецидивы, как в месте первичной опухоли, так и в удаленных от нее органах. Эти рецидивы образуются одиночными раковыми клетками, путешествующими по кровеносным сосудам, и их также можно выявлять с помощью ДНК-аптамеров».

 

Неожиданные возможности феррита кобальта могут помочь в создании сверхбыстрой терагерцовой электроники

Молодые ученые из МФТИ, МГУ, МИСИС и Курчатовского института впервые в мире показали, что феррит кобальта способен взаимодействовать с высокочастотным терагерцовым излучением и поглощать рекордные частоты в 350 ГГц. Открытие может лечь в основу приборов для быстрой мобильной связи и телемедицины.

Существующие стандарты связи ограничены определенной частотой, причем чем она выше, тем больше информации за единицу времени можно передать. Например, развивающаяся сейчас технология 6G позволит передавать данные с частотой до 100 ГГц, что примерно в 20 раз сократит время их получения в сравнении с домашним Wi-Fi.

В новом исследовании команда физиков и химиков обнаружила способность давно известного феррита кобальта взаимодействовать с высокочастотным терагерцовым электромагнитным излучением. В отличие от более дорогих и сложных в изготовлении современных материалов, использующихся для работы в субтерагерцовых частотах, принцип взаимодействия феррита кобальта с высокочастотным излучением основан на его способности резонансно поглощать частоты до рекордных сегодня 350 ГГц без приложения внешнего магнитного поля, а значит, не требовать использования сверхпроводящих магнитов и подачи большого тока.

Таким образом, открывается новый путь к созданию генераторов и детекторов терагерцового излучения для промышленного использования.

Наночастицы (слева) и плотная керамика (справа) феррита кобальта CoFe2O4. Источник: Евгений Горбачев/МГУ

Сергей Гаврилов, доктор технических наук, проректор Московского института электронной техники, координатор экспертного совета РНФ:

«Терагерцовый диапазон частот может помочь в решении двух важных задач: создании систем передачи информации со сверхвысокой пропускной способностью, а также систем досмотра и контроля безопасности. В мире уже существуют терагерцовые детекторы, однако, для практического внедрения они пока не подходят, в первую очередь, из-за низких рабочих температур.

Появление нового перспективного материала станет отправной точкой для инициирования исследований в различных областях науки и техники. Необходимо будет разработать технологии промышленного синтеза материала, технологические процессы нанесения на полупроводниковые подложки больших диаметров, контрольно-измерительное оборудование для межоперационного контроля и многое другое».

 

Проанализированы топ-100 самых опасных чужеродных организмов России

Биологи ИПЭЭ им. А.Н. Северцова РАН с участием иностранных ученых из 19 стран собрали около 3 млн записей о встречах c чужеродными видами организмов, опасных для экосистем и экономики России, что позволило выяснить, как они появлялись в прошлом (с 1600 года), распространены сейчас и будут расселяться по нашей стране.

Проникновение организмов за пределы их исторических мест обитания – глобальная проблема, поскольку она ведет к разрушению местных экосистем, а значит к серьезным экологическим и социально-экономическим последствиям. Например, огромный экономический урон нанесли растение борщевик Сосновского, жук уссурийский полиграф, рыба ротан и енотовидная собака, которым удалось расселиться на большой территории страны. Исследователи составили топ-100 наиболее опасных видов и установили, что 62% из них попали в Россию или из одних регионов страны в другие случайно. Организмы перемещались на корпусах кораблей и с ввозимой сельскохозяйственной продукцией, в основном, из стран Северной Америки. Остальные 38% видов-вселенцев люди завезли намеренно для разведения, например, камчатского краба, американскую норку и ондатру.

Если одни виды широко распространены, то другие пока сосредоточены в отдельных регионах, например, лягушачий грибок-убийца, азиатская мидия, самшитовая огневка и красноухая черепаха. Однако расчеты показывают, что именно такие «чужаки» могут более активно осваивать подходящие им новые местообитания.

С помощью математических методов, основанных на глобальных климатических моделях, и ГИС-технологий ученые выяснили, что в условиях текущего климата больше всего чужеродных видов обитает в центральной части и на юге России. По прогнозам к концу века скорость их распространения увеличится в 4-7 раз. Природоохранные организации могут использовать полученные данные для планирования мер по ограничению дальнейших инвазий.

Источник: Varos Petrosyan et al. // NaoBiota, 2023

Николай Ермаков, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Никитского ботанического сада, член экспертного совета РНФ:

«Внедрение новых организмов в экосистемы – это нормальный эволюционный процесс. Но, как и показывают исследования под руководством Вароса Петросяна, если в естественных условиях он довольно постепенный и длительный, дающий аборигенным и пришлым видам время приспособиться друг к другу, человек значительно ускоряет эту миграцию, чем наносит вред не только окружающей среде, но и себе. Так, на территории России в 2007–2019 гг. экономический ущерб от воздействия инвазионных видов оценили в 1,38 трлн рублей.

Стратегически выход только один – упорядоченное землепользование. Отсутствие «брошенных» земель, неухоженных и любых нарушенных человеком территорий предотвратит широкое внедрение новых видов.

Наглядный пример успешной борьбы с местной инвазией – история со строительством автомобильной трассы «Таврида» в Крыму. В ходе масштабных работ обнажились большие площади почвенного покрова и грунта, что спровоцировало быстрое и массовое распространение вредного (аллергенного) растения – амброзии. Но когда откосы дорог начали по плану засевать многолетними травами, то количество амброзии быстро сократилось, и проблема перестала быть острой.

Сейчас в мире разработаны различные методы борьбы с опасными инвазивными видами растений, включая химические и механические, однако, по-прежнему важнее заниматься профилактикой проблемы и следовать научно-обоснованным правилам использования земли».

 

Масштабный анализ генетических маркеров пшеницы и сои поменяет подход селекционеров к созданию новых сортов

Ученые из Института цитологии и генетики СО РАН в результате масштабного поиска по более чем 20000 участкам генома нашли генетические маркеры пшеницы и сои, которые позволяют вырастить высокобелковые и устойчивые к погодным изменениям сорта.

По данным Росстата, в 2022 году Россия собрала 104,2 млн тонн пшеницы и 5,998 млн тонн сои. Несмотря на большие объемы, агропром нуждается в зерновых и зернобобовых культурах с более высокой урожайностью, особый интерес в последние годы вызывает соя, которую используют не только для кормов, но и в продуктах питания: от конфет до пищевых добавок. Новые линии пшеницы и сои должны обладать повышенным содержанием белка и коротким сроком созревания в Западной Сибири, расти независимо от погоды и быть удобными для машинной уборки.

Новосибирская команда генетиков, биоинформатиков и селекционеров провела самый обширный и глубокий на сегодняшний день генетический анализ 175 сортов сои и 133 сортов яровой мягкой (хлебной) пшеницы, которую исследовали на протяжении 11 лет. Ученые определили ДНК-маркеры, отвечающие за содержание белка, время колошения, налива зерна и созревания, а также позволяющие маневрировать между периодами засухи и избегать низких температур.

Перспективный метод геномной селекции обладает высокой предсказательной способностью и позволяет отбирать сорта на раннем этапе. В 2024 году ученые с помощью методов компьютерного моделирования намерены создать первую опытную партию пшеницы и сои с заданными свойствами.

 Один из сортов изучаемой пшеницы. Фото предоставлено авторами исследования

Ирина Митрофанова, член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией физиологии и иммунитета растений Главного ботанического сада имени Н. В. Цицина РАН, член экспертного совета РНФ:

«Сегодня без знания генетической основы различных явлений мы не можем грамотно выстраивать жизненные стратегии. Потихоньку мы подключаем к традиционным селекционным подходам в сельском хозяйстве новые инструменты, позволяющие быстрее и точнее получать растения с заданными признаками.

Так, для выстраивания защиты злаков от различных болезней и экстремальных температур мы детально изучаем гены и их взаимодействия, которые позволят растению препятствовать воздействию внешних источников стресса, на что и нацелена работа исследователей под руководством Елены Салиной. Агропромышленный сектор, основанный на данных генетических исследований, вкупе с цифровыми технологиями, – это путь к процветающему и независимому сельскому хозяйству».

 

Новый метод поиска генетических аномалий у эмбриона может повысить точность ЭКО и диагностики во время беременности

Сотрудники Томского НИМЦ с зарубежными коллегами выяснили, что почти в 70% случаев хромосомные нарушения эмбриона становятся причиной прерывания беременности в первом триместре. К такому выводу привело тестирование нового метода, который может улучшить процедуру ЭКО и диагностический анализ плода НИПТ.

По статистике, 1 из 10 зарегистрированных беременностей заканчивается выкидышем, причем особо распространены ранние случаи: около 90% потерь происходят в первые три месяца. Ранее считалось, что аномалии в хромосомах отвечают только за половину ранних выкидышей.

Чтобы узнать причины остальных случаев невынашивания, исследователи взяли из биобанка 1745 тканей, определили их хромосомный набор и впервые в мире сравнили разные ткани у эмбрионов, проведя полногеномный анализ. Оказалось, что у 35% эмбрионов с предварительно установленным нормальным набором хромосом в других тканях находятся аномалии, которые как раз не позволили плоду развиться.

Рекомендация по анализу как минимум двух типов тканей зародыша может лечь в основу модификации анализа НИПТ, который делают беременным женщинам для определения генетических отклонений у будущего ребенка. Кроме того, могут быть пересмотрены критерии отбора эмбрионов при экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО), поскольку сейчас анализ хромосом проводят исключительно по клеткам, не имеющим прямого отношения к зародышу.

Иллюстрация происхождения разных тканей в развитии эмбриона человека. Источник: Rick Essers et al. // Nature Medicine, 2023

Вера Ижевская, доктор медицинских наук, заместитель директора по научной работе Медико-генетического научного центра имени академика Н.П. Бочкова:

«Сегодня 10-15% беременных женщин во всем мире сталкиваются с проблемой спонтанного прерывания беременности. Частой причиной этого становятся хромосомные аномалии в клетках эмбриона, несовместимые с его развитием. Коллектив под руководством Игоря Лебедева и их зарубежные коллеги применили новейшие технологии полногеномного анализа тканей эмбрионов на микрочипах. Кроме того, они сделали анализ родительских вариантов хромосом, что позволило не только более эффективно выявлять хромосомные нарушения у эмбрионов, но и различать, в какой фазе деления клеток возникли эти нарушения, а также обнаружить мозаицизм – ситуации, когда в одной ткани есть хромосомная мутация, а в другой ее нет.

Результаты исследования важны для повышения эффективности медицинской помощи супругам с репродуктивными потерями, и уже сейчас имеют высокий потенциал практического применения: помочь повысить точность диагностики хромосомных аномалий при спонтанном прерывании беременности, объяснить его причины в большинстве случаев и тем самым снизить временные и финансовые затраты на поиск других возможных причин потери беременности».

 

Эффективность люминофоров для сверхъярких источников белого света повысили до рекордных 80%

При разработке высокомощных светотехнических устройств для авиа- и автомобилестроения химики ДВФУ вместе с китайскими коллегами предложили новый метод получения термостойких люминофоров – материалов-преобразователей цвета, в несколько раз сократив время и расходы на изготовление, а также повысив эффективность свечения до рекордных 80,7%.

Сегодня значительная часть российского рынка светодиодной продукции представлена импортными товарами. Помимо выработки более рациональных мер поддержки отечественных компаний, еще одним способом повышения их присутствия может стать внедрение принципиально нового класса материалов как компонент сверхъярких систем освещения. Так, популярные белые светодиоды на основе порошковых люминофоров со временем имеют неоднородное свечение из-за «выгорания», что затрудняет создание на их основе энергоэффективных и высокомощных источников белого света различных оттенков.

В поисках решения этой проблемы, ученые предложили получать термостойкие люминофоры в форме композитных керамик, применяя технику реакционного искрового плазменного спекания коммерчески доступных порошков оксидов. Искровые разряды между спекаемыми частицами и фазовые превращения помогли сформировать материал с тонкодисперсной микроструктурой и плотностью, близкой к теоретически предсказанной. Новый подход уменьшил температуру на 20% и сократил общую продолжительность процесса в 10-20 раз по сравнению с базовой технологией − твердофазным вакуумным спеканием.

Сейчас идет производство серий опытных образцов люминофоров и прототипов осветительных устройств на их основе.

Фото предоставлено авторами исследования

Сергей Пономаренко, член-корреспондент РАН, доктор химических наук, исполняющий обязанности директора Института синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова РАН, член экспертного совета РНФ:

«В 2021 году светодиодная продукция занимала более 55% российского рынка, и ее доля продолжает расти, поскольку технология обладает высокой энергоэффективностью, экологичностью и компактностью. У светодиодов есть несколько проблем, например, высокое тепловыделение, низкий индекс цветопередачи и изменение цветовых характеристик во времени. Решить эти задачи можно благодаря использованию керамики на основе комплекса из оксида алюминия и иттрий-алюминиевого граната. Исследователи под руководством Дениса Косьянова впервые предложили получать такую композитную керамику принципиально новым методом.

Параллельно наука развивает и другие технологии, например, светодиоды с удаленным люминофором, которые меньше греются, и органические светодиоды (OLED), в которых, в отличие от LED-устройств, светится вся поверхность. Последние используются для смартфонов, в том числе с гибким экраном. Кроме того, существуют органические светоизлучающие транзисторы (OLET), в разработке новых материалов для которых принимают активное участие и российские ученые из МГУ, ИСПМ РАН, НИОХ СО РАН и других научных организаций. Однако из-за своей миниатюрности, они, вряд ли, будут использоваться для освещения – скорее, в дисплейных и фотонных технологиях. Поскольку OLET одновременно умеют управлять и током, и электролюминесценцией, они могут быть востребованы при создании фотонных микросхем».

 

Древняя ДНК жителей Русской равнины рассказала об их образе жизни

Ученые из Исторического музея и Музея антропологии и этнографии им. Петра Великого (Кунсткамера) провели масштабные исследования погребений людей, живших с V тысячелетия до н.э.. в Сальских степях в междуречье Волги и Дона. Антропологи изучили останки 232 человек из 32 курганов разных эпох и по крупицам реконструировали жизнь наших предков: от особенностей быта до специфики болезней.

Исследователи проанализировали зубы некоторых людей и показали, что население ранней эпохи бронзы страдало кариесом средней степени, у них встречались травмы зубов и пародонтопатии. В позднюю бронзу состояние здоровья зубной системы изменилось: кариеса стало меньше, нагрузка на зубы снизилась, но при этом появилось больше минеральных отложений. Исходя из этого антропологи предположили, что в целом, диета местных жителей была постоянной на протяжении многих веков — они ели мясо, рыбу, молоко и иногда продукты, содержащие фруктозу и сахарозу. Но со временем пища стала менее грубой, что может быть связано с изменением способа приготовления еды.

Кроме того, ученые выделили из зубов древнюю ДНК и выявили вирус гепатита B у двух мужчин из разных эпох. Болезни наших предков могут рассказать о генетических связях между народами, а также о том, как люди путешествовали по континенту. Так, антропологи выяснили, что один мужчина жил в эпоху бронзы и болел разновидностью гепатита, которая была характерна для Западной Евразии. Другой же жил позднее, в начале XIII века, и заразился штаммом субгенотипа D3. Ранее его обнаруживали у воинов неевропейского происхождения, что может указывать на родственные связи с монгольскими кочевниками. Работа ученых открывает нам еще одно окно в прошлое и проливает свет на историю освоения Восточно-европейской равнины – колыбели нашего народа.

Раскопки. Фото предоставлено авторами исследования

Андрей Епимахов, доктор исторических наук, главный научный сотрудник Института истории и археологии УрО РАН, член экспертного совета РНФ:

«Некоторые части истории практически «невидимы», особенно когда речь идет о бесписьменных обществах. Но новейшие достижения в области палеоДНК постепенно приближают нас к пониманию прошлого. Современная археология погружается в глубины веков и тысячелетий, что позволяет ей выявлять долгосрочные тенденции не только в развитии цивилизации, но и в изменениях окружающего мира. Благодаря этому мы, в конечном итоге, можем строить прогнозы будущего и предполагать, по какому пути пойдет человечество.

На этом фоне наблюдения за состоянием здоровья отдельных людей из курганов бронзового века и средневековья могут показаться частными примерами. Но иногда биография одного человека помогает узнать очень многое – как перемещались народы, какими были их быт и культура. Парадоксально, но отчасти поэтому мы сегодня лучше понимаем, как жили коллективы бронзового века, нежели чем более близкие к нам монгольские кочевники. Все из-за того, что последние редко сооружали курганы над своими усопшими, и теперь их останки мало доступны археологам.

Работы археологов под руководством Натальи Шишлиной наглядно показываю, насколько расширились возможности современной науки, насколько важна интеграция наших знаний в решении самых разных вопросов».

 

3D-модели вулканов помогают строить геотермальные электростанции

Исследователи из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН успешно протестировали на Курильских островах разработанные ими подходы к построению модели вулканов. Это станет важным шагом для начала работы по обеспечению удаленных населенных пунктов дешевой и возобновляемой энергией земных недр.

Сегодня в России работают три геотермальные электростанции общей установленной мощностью до 80 МВт, что составляет сотые доли процента электроэнергии, производимой в нашей стране. В проектах по расширению мощностей существующей Мутновской ГеоЭС и установке новой ГеоТЭС в районе Авачинского вулкана принимают участие новосибирские ученые. Методики, которые они разработали для научных исследований вулканов, позволяют проводить геологоразведку геотермальных ресурсов.

В новом исследовании ученые разместили сеть сейсмических станций на действующем вулкане Эбеко Курильских островов. С помощью придуманного ими алгоритма сейсмической томографии они построили первую 3D-модель скорости поперечных волн, что дало возможность определить положение магматической камеры под вулканом. Полученную информацию можно использовать для поиска возможных источников геотермальной энергии, которая позволит обеспечить жизнедеятельность города Северо-Курильск.

Источник: Иван Кулаков/ИНГГ СО РАН

Кирилл Дегтярев, академик РАН, доктор геолого-минералогических наук, директор Геологического института РАН, координатор экспертного совета РНФ:

«Действующие вулканы – это источники опасных геологических процессов, приводящих к большим разрушениям и человеческим жертвам. Поскольку извержения вулканов нельзя предотвратить, то одна из главных научных задач сегодня – прогнозирование времени и иногда даже конкретного места извержения. Исследователи во главе с Иваном Кулаковым первыми начали вести длительные непрерывные наблюдения и теперь получают динамичную картину внутреннего строения вулканов до глубины примерно 10 км. Эта информация позволяет распознать геометрию и положение магматического очага, чье приближение к поверхности будет свидетельствовать о вероятности приближения извержения.

Исследования вулканологов также применимы для разведки геотермальных источников. Помимо областей активного вулканизма – Камчатки и Курильских островов, – значительный потенциал использования геотермальной энергии есть на Северном Кавказе, Чукотке, в Калининградской, Тюменской, Омской областях, Приморье и Забайкалье, где расположены термальные воды, что позволяет напрямую использовать их для теплоснабжения. И хотя запасы геотермального пара и воды только на Камчатке позволяют получать до 2000 МВт электрической и тепловой энергии, что удовлетворит все потребности края в электроэнергии и тепле, регион использует в основном привозное, дорогое топливо. Незначительная роль геотермальных ресурсов в основном объясняется малыми усилиями и средствами на их освоение».