В свое время мы уже обращали внимание на регулярные температурные скачки, которые становятся уже настолько «нормальным» явлением, что мы уже потихоньку начинаем прогнозировать эти волнообразные чередования аномального тепла и аномального холода. Скажем, если один месяц выдался непривычно холодным, то вслед за ним мы уже ждем от природы «компенсации» в виде аномальной жары. И очень часто такие ожидания оправдываются.

Надо сказать, что данный феномен фиксируется давно. По-научному он называется «меридиональным переносом», или «меридиональной циркуляцией» атмосферы. Примерно в 1950-60-е годы советские ученые (о чем мы также писали) пытались выявить природу данного явления. Считалось, что указанный тип циркуляции склонен к самозатуханию, после чего погода возвращается к более ровному протеканию, когда устанавливается дугой тип циркуляции – зональный (характеризующийся «нормальным» перемещением воздушных масс с запада на восток). Вопрос, который тогда волновал наших ученых: почему время от времени «нормальная» зональная циркуляция вдруг сменяется меридиональной? Что является триггером данного процесса? Некоторые из них обращали взор на Солнце, полагая, что магнитные бури каким-то образом влияют на изменение характера движения атмосферных потоков.

К сожалению, окончательный ответ на этот вопрос так и не был найден. Тем временем погодные «качели» стали сильно досаждать жителям планеты и наносить экономический урон (особенно в сельском хозяйстве). Представьте себе такую картину: из-за аномально теплой и ранней весны плодовые растения слишком быстро пробудились и слишком рано зацвели. А потом происходит возврат сильных холодов, уничтожающих соцветия.

В наше время такая картина стала регулярно наблюдаться в умеренных широтах на обеих полушариях – от США до Сибири включительно. Как правило, сибиряки по привычке объясняют скачки температур особенностями именно сибирского климата. Однако в этом плане их можно успокоить: то же самое сегодня ощущают и американцы, вынужденные в течение всей весны переходить с кондиционера на обогреватели (и наоборот). Понятно, что весной погода сильно переменчива, но американские ученые констатируют нарастающее усиление температурных контрастов. Причем, это касается даже суточных изменений температуры (то есть усиливаются контрасты межу дневными и ночными температурами).

Так, в одном из недавних исследований утверждается, что с 1950 по 2019 годы в Нью-Джерси происходит увеличение колебаний суточных максимальных и минимальных температур в конце зимы и в течение весны. При этом отмечается, что всё больше становится резких температурных колебаний в течение нескольких дней. Сама по себе изменчивость в начале весны, указывают исследователи, не является чем-то необычным. Однако тревожит тот факт, что крайние значения становятся экстремальными.

Понятно, что в наши дни подобные капризы погоды принято напрямую увязывать с процессами глобального потепления. По словам ученых, они давно уже ожидали подобного эффекта. Применительно к той же Америке это выглядит так: более теплый теперь Мексиканский залив выталкивает массы прогретого воздуха всё дальше и дальше на север, при этом более нестабильное струйное течение способствует перемещению на юг холодных арктических воздушных масс.

Согласно одному прошлогоднему исследованию, не менее 60% территорий Земного шара, начиная с 1961 года, стали испытывать более частые, более резкие и интенсивные колебания температуры. По мнению ученых, в условиях глобального потепления данная тенденция будет только усиливаться. В будущем резкие скачки температур станут происходить еще чаще. Соответственно, упомянутые выше случаи «ложной весны», провоцирующей раньше срока начало вегетации растений, самым негативным образом отразятся на урожайности.

По этому поводу американские фермеры уже не первый год бьют тревогу. Например, в 2023 году мартовские заморозки в Джорджии привели к гибели 98% товарного урожая персиков. Убыток производителей составил 120 миллионов долларов. В конце апреля этого года в Пенсильвании, Вирджинии и Мэриленде во время цветения плодово-ягодных культур температура по ночам опускалась почти до – 6 градусов Цельсия. Фермеры трудились ночами напролет, пытаясь защитить соцветия с помощью распыления воды. Однако итог был неутешителен: потери будущего урождая черешни составили примерно 40%, потери урожая яблонь – 60%, потери урожая ежевики – почти 80 процентов. Лучше обстояли дела с клубникой и виноградом. Так, виноградари (по примеру своих французских коллег) использовали для защиты лозы контролируемое пламя. А одна компания из Вирджинии даже задействовала вертолеты (!) для подачи теплого воздуха на посевы.

Нетрудно догадаться, к каким издержкам может привести такая «битва за урожай», если она превратится в обязательный агротехнический прием каждого года. Интересно, что в Новосибирской области конец апреля выдался аномально теплым, почти с летними температурами. Это мигом привело к дружному распусканию почек у деревьев и кустарников. Есть, конечно, повод для радости. Но есть и повод для тревоги, ибо к третьей декаде мая у нас стали все чаще и чаще появляться волны аномального холода, иногда – с выпадением мокрого снега (или «крупы»), иногда (что намного хуже) - с адвективным заморозком, когда образуется поток холодного воздуха высотой до трех метров.

Впрочем, сибиряки (и не только) давно уже свыклись с мыслью о том, что живут в зоне так называемого «рискованного земледелия», где борьба с заморозками продолжается до самого июня. Поэтому в нашей стране отношение к погодным «качелям» остается подчеркнуто сдержанным. Что касается американцев, то тамошние специалисты начинают активный «разбор полетов», оценивая возможные последствия для экономики подобных погодных сюрпризов.

Несмотря на указанную проблему, которую испытывают американские фермеры, более раннее наступление весны, а точнее – необычно теплая погода февраля, способствует сдвигу в торговле ширпотребом. Люди раньше начинают покупать товары весенне-летнего спроса, водители раньше приступают к ремонту автомобилей, а любители пикников уже в феврале выстраиваются за покупками зелени и овощей для отдыха на природе.

Следовательно, на сугубо обывательском уровне - в первую очередь, для людей, не связанных с сельским хозяйством, указанная климатическая тенденция может казаться благоприятной. То же самое, скорее всего, имеет место в головах российских горожан, не обремененных работой на земле. Но, как мы только что показали, погодные «качели» делают сельское хозяйство более рискованным даже там, где условия для его развития считаются наиболее благоприятными (в мировом масштабе).

Причем, как подчеркивают ученые, резкие перепады температуры теперь наблюдаются по всему миру и уже оказывают губительное влияние на экосистемы. Разумеется, в таких условиях можно сколько угодно ссылаться на глобальное потепление и призывать к борьбе с парниковыми выбросами. Однако остается под вопросом сам механизм образование погодных «качелей». Как мы сказали выше, этим вопросом были в свое время озадачены советские ученые. Сегодня этот вопрос становится актуальным как никогда. Есть ли у нынешних ученых удовлетворительный ответ на него? То есть, понятен ли им физический механизм температурных скачков и их постоянного усиления?

Исследования такого рода уже проводятся. Причем интересно, что этой темой серьезно занимаются китайские ученые. Об этих исследованиях мы поговорим чуть позже.

Николай Нестеров

Фото Boston Globe

Ученые создали материал‑поглотитель для улавливания бензола — токсичного соединения, повышающего риск онкологических заболеваний у работников химических производств. Как сообщила пресс-служба РНФ порталу Наука Mail, пористые кристаллы на основе цинка и органических молекул поглощают до 99,99% бензола, что позволит эффективно очищать продукты химических и фармацевтических производств от его примесей. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of the American Chemical Society.

Циклогексан — углеводород в виде шестичленного кольца — используют для производства нейлона (тканей, пластмасс, автомобильных деталей). Его получают из бензола путем добавления атомов водорода. Из‑за схожих физических свойств отделить остатки токсичного бензола от циклогексана сложно, поэтому ученые ищут новые эффективные методы их разделения — чтобы защитить сотрудников производств и потребителей от его вредного воздействия.

Исследователи из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск) с коллегами из Даляньского технологического университета (Китай) синтезировали металл-органический каркас, который удерживает бензол за счет как физических, так и химических процессов.

Исследователи взяли соли цинка и две органические молекулы, смешали их и нагревали до 100°С в течение полутора суток. В результате получились мелкие кристаллы с узкими порами, которые они «захватывают» молекулы бензола: внутри пор находятся группы атомов, которые эффективно взаимодействуют с ним и удерживают в сорбенте.

Тестирование показало, что материал удаляет до 99,99% бензола из смесей с циклогексаном в разных пропорциях. При этом поглотитель сохраняет эффективность после трех циклов работы — его можно использовать многократно.

"Секрет избирательности материала заключается в том, что каждая узкая пора в нем идеально вмещает две молекулы бензола. Циклогексан несколько крупнее, поэтому он не влезает в такие щели. Компьютерное моделирование подтвердило, что присоединение бензола энергетически выгодно — в этом случае выделяется дополнительная энергия, тогда как захват циклогексана, наоборот, требовал бы энергетических затрат, поэтому он невыгоден", – рассказал Андрей Потапов, руководитель проекта, доктор химических наук, главный научный сотрудник лаборатории металл-органических координационных полимеров Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН

Новый материал можно использовать как детектор: металл‑органический каркас под действием ультрафиолета испускает зелено‑желтый свет, а в растворе с бензолом светится в полтора раза ярче — оттенок смещается к зеленому. Изменение заметно невооруженным глазом.

Материал чувствительнее аналогов: он выявляет концентрации бензола в три раза меньшие, чем другие поглотители. Это позволит своевременно обнаруживать утечки канцерогена на химических производствах и защищать работников.

"Разработанный нами материал поможет снизить риск профессиональных онкологических заболеваний у сотрудников химических и фармацевтических производств, связанных с воздействием бензола. Кроме того, он удешевит производство циклогексана за счет более простой и экономичной очистки этого продукта от опасной примеси. В дальнейшем мы планируем разработать способы получения сорбентов с увеличенным объемом пор, чтобы повысить производительность разделения, сохраняя при этом его высокую эффективность", - объяснил Андрей Потапов.

Изображение предоставила пресс-служба РНФ России

Ровно 80 лет назад был создан Новосибирский отдел Русского географического общества. Он объединил географов, научных работников, учителей, профессионалов и просто любителей природы. Главной целью отдела было изучение и решение актуальных проблем окружающей среды, взаимодействия общества и природы, описание наиболее красивых и интересных мест, помощь в организации туризма.  Первым председателем стал Георгий Малкин, учёный секретарь Западно-Сибирского филиала АН СССР.

Сегодня в отделении кипит работа – реализуются масштабные проекты, осуществляются кругосветные экспедиции, растет молодое поколение исследователей. Большое значение придается проектам по популяризации географических знаний, работе с молодежью, природоохранным программам, краеведению и образовательному туризму. В отделении работают 14 секций – от региональной геологии и этнографии, молодежного туризма, спелеологии и зоологии до секций, связанных с путешествиями по странам и континентам под парусом, на велосипеде, автомобиле, мотоцикле. Проекты охватывают весь мир, члены РГО выступают исследователями и лекторами в образовательных учреждениях не только в России, но и за рубежом, они снимают фильмы на Южном и Северном полюсе, рассказывают о России и ее ценностях. Благодаря работам режиссера, члена Новосибирского регионального отделения РГО Станислава Шуберта иностранные зрители увидели в новом свете Русский Шпицберген. Кинокартина с одноименным названием «Русский Шпицберген» рассказывает о людях, живущих в российских поселках архипелага. Фильм удостоен высших наград российских и международных кинофестивалей.

Новосибирцы уже привыкли к акциям по популяризации географических знаний. Они с удовольствием участвуют в Географическом диктанте, Ночи географии, НЕуроке географии, географическом квесте «55 параллель». Проект «Кинолаборатория для школьников: Снимаем науку в Антарктиде!», реализованный при поддержке Новосибирского регионального отделения РГО и Президентского фонда культурных инициатив, позволил школьникам побывать в Антарктиде и снять научное кино под руководством опытных мастеров киноиндустрии, ученых СО РАН и членов РГО.

«География – древнейшая наука, которая позволяет познавать мир. Человек начал познавать и описывать мир с того самого момента, как открыл глаза. Любителей природы становится все больше, и мы тоже причастны к этому, создавая новые методы и технологии, вовлекая людей в экспедиционную и природоохранную деятельность, волонтерские проекты. У нас очень активные члены, и я очень благодарен им за искренний интерес, работу со молодежью, за активную позицию менять мир в лучшую сторону! Поздравляю всех с праздником и желаю новых интересных проектов на благо развития Новосибирской области и нашей страны в целом!», - отметил председатель Новосибирского регионального отделения РГО, кандидат геолого-минералогических наук Вячеслав Ананьев.

В ходе заседания Совета участники обсудили ключевые направления работы, создание Попечительского Совета, проведение образовательного Форума в честь юбилея и Единого урока краеведения в новосибирских школах. В числе основных направлений – развитие образовательного туризма, краеведения, расширение экспедиционной деятельности, популяризация геоинформационных технологий. Вячеслав Ананьев вручил благодарственные письма членам Новосибирского регионального отделения РГО, отметив их большой вклад в общее дело.

Фото предоставлены пресс-службой Российского географического общества

Мы давно ждали этой развязки, и похоже на то, что «процесс пошел»: в начале апреля стало известно, что руководство нашей страны не готово буквально во всем следовать климатическим решениям со стороны ключевых структур ООН.

Напомним, что не так давно секретариат Рамочной конвенции об изменении климата (РКИК ООН) озвучил предложение, согласно которому каждая страна должна взяться за составление обязательной «дорожной карты» по поэтапному отказу от ископаемого топлива. Так, необходимо составить конкретные жесткие графики перехода от угля, нефти и газа на возобновляемые источники энергии. При этом Генеральный секретарь ООН Антонию Гуттериш призвал руководителей государств создать международную платформу для налаживания диалога между производителями и потребителями ископаемого топлива, а также финансовыми институтами для координации данного процесса (то есть поэтапной глобальной декарбонизации).

Продолжающаяся в руководстве ООН борьба с ископаемым топливом выглядит сегодня несколько странно. Мир уже буквально находится в шаге от ядерной войны и на пороге очередной экономической рецессии, но представителей международных институтов все еще волнует угроза глобального потепления.

Понятно, что отказ от ископаемого топлива является продолжением старой темы. Как мы помним, предложение по составлению обязательных «дорожных карт» обсуждалось еще в конце ноября прошлого года на последнем климатическом саммите ООН COP-30 в городе Белен (Бразилия). Инициатива (внимание!) была выдвинута Европейской комиссией. Ее поддержали представители более 80 государств, однако она натолкнулась на серьезное сопротивление со стороны стран-экспортеров углеводородов (включая и Россию). По этой причине (согласно процедуре) данное предложение со стороны ЕК в итоговую резолюцию включено не было (о чем мы в свое время писали).

Однако сторонники инициативы не сдались и уже с этого года начали подготовку альтернативной площадки, пытаясь таким путем обойти традиционные правила ООН. И вот в первой декаде апреля секретариат РКИК ООН разослал странам-участницам официальный запрос на составление официальных планов по «зеленому» энергетическому переходу. Причем эта тема будет специально обсуждаться на Международной конференции по поэтапному отказу от ископаемого топлива, которая пройдет 24-29 апреля в городе Санта-Марта (Колумбия).

В роли организаторов упомянутой конференции выступили Колумбия и Нидерланды – ярые приверженцы инициативы Еврокомиссии. Собственно, именно эти страны начали поиск альтернативной площадки после «провального» (по сути) саммита COP-30. Намеченная конференция призвана, судя по всему, компенсировать фактический провал ноябрьской «зеленой» инициативы ЕК. Основная цель данного мероприятия сводится к созданию платформы для стран, готовых к реальным шагам по сворачиванию добычи нефти, газа и угля. Считается, что она станет первой в серии дипломатических встреч, направленных на разработку Международного Договора о «нераспространении ископаемого топлива».

В общем, с легкой подачи ЕК ископаемое топливо уже фактически приравняли к ядерному оружию. Еще раз напомним, что все это проходит на фоне тревожных событий на Ближнем Востоке, из-за которых это самое ископаемое топливо и без того стало менее доступным для многих стран, включая страны Евросоюза. Несмотря на очевидную двусмысленность ситуации, около полусотни стран уже подтвердили своё участие в конференции в Санта-Марте. И что самое интересное, в этом списке не оказалось США, Китая и России.

Как мы уже сказали, Россия не намерена составлять «дорожную карту» по отказу от ископаемого топлива. По крайней мере, такие заявления прозвучали со стороны Минэкономразвития и Минэнерго. При этом Минэкономразвития обратилось в профильные ведомства с просьбой сформулировать аргументы против разработки упомянутых «дорожных карт», а также подготовить тезисы относительно «реализации принципов справедливого энергетического перехода» и рисков, связанных с отказом страны от угля и углеводородов. Такие запросы поступили в Минэнерго, Минпромторг, Минприроды, Минобрнауки, Минфин, Россельхоз, ЦБ и другие.

Российская сторона напоминает, что инициатива Еврокомиссии уже обсуждалась на прошлом климатическом саммите. Ее поддержали более 80 стран, однако в ходе двухнедельных дебатов по вопросу об ископаемом топливе соглашения достигнуто не было. Нынешние действия Еврокомиссии наши официальные лица объявили популизмом, призванным отвлечь внимание от реальных проблем стран третьего мира, в отношении которых развитые страны Запада до сих пор отказываются выполнять обязательства по так называемому «климатическому финансированию».

Кроме того, в Минэкономразвития подчеркивают, что попытка навязать государствам единый путь и жесткие графики энергоперехода противоречат духу и букве Парижского соглашения по климату, согласно которому страны имеют полное право самостоятельно определять свой вклад в решение климатической проблемы. То есть ни РКИК ООН, ни тем более Еврокомиссия не могут здесь выступать в роли полноправного распорядителя данного процесса, грубо навязывая свои правила странам и народам.

Со своей стороны, Минэнерго РФ заявило, что принудительный отказ от традиционных топливных ресурсов в пользу дорогостоящих «зеленых» технологий может привести к дестабилизации рынков и росту цен на электрическую энергию. Тем самым наша страна еще раз попыталась донести мысль о том, что энергетический переход должен учитывать экономические, социальные и географические условия каждой страны. Скажем, в России – в силу ее особых природно-климатических условий – примерно две трети ископаемого топлива расходуется на выработку тепловой энергии. Никакими ветряками и солнечными панелями этого заменить невозможно. Холодная зима диктует нам свои условия. И было бы в высшей степени глупо закрывать и взрывать тепловые электростанции, как это делают в «образцовой» Германии. Точно так же глупо подражать европейцам в отношении программ отказа от газовых котлов в жилых домах. Вряд ли кто-то из нас готов пойти на такие жертвы ради «экологической сознательности» (особенно если учесть, что угроза рецессии и ядерной войны пугает россиян куда больше, чем глобальное потепление).

Важно отметить, что в ходе обсуждений ноябрьской «зеленой» инициативы ЕК Россия действовала совместно с партнерами по БРИКС и рядом арабских стран, чтобы заблокировать включение обязательства по отказу от ископаемого топлива в итоговый документ саммита. В то же время руководство нашей страны не отметает климатическую повестку (как это сделала администрация Трампа), подчеркивая, что она будет последовательно снижать «углеродоемкость» своей экономики, но с учетом собственных возможностей и интересов.

В общем, позиция нашей страны понятна. Идти на поводу у ЕК мы как будто не намерены, тем более с учетом враждебной политики, проводимой руководством ЕС к нашей стране. Стоит напомнить, что европейские страны (включая Великобританию) реализуют сейчас политику «стратегического поражения» России в конфликте с Украиной и уже открыто заявляют о подготовке к войне с нашей страной. В рамках этой политики в Европе уже увеличивают финансирование ВПК и ведут активную психологическую обработку населения. Надо ли объяснять, что в таких условиях какие-либо совместные программы и стратегии теряют смысл? Поэтому прежде, чем общими усилиями браться за спасение планеты от перегрева, стоило бы прекратить вооруженную эскалацию. Почему российский МИД не выдвинул данный тезис в качестве обоснования нашей позиции в отношении «дорожной карты» по ископаемому топливу, непонятно.

Главный вопрос, который у нас возникает в связи с «российским демаршем»: постигнут ли нас негативные последствия нашего отказа от «зеленой» инициативы ЕК и РКИК ООН? Говоря по-простому, есть ли у наших оппонентов какие-либо рычаги воздействия и принуждения?

Здесь не так все просто. Поскольку главным идеологом предложения по «дорожной карте» выступает Еврокомиссия, то с ее стороны следуют действия, прямо влияющие на инвестиции в нефтегазовый сектор и ухудшающие условия экспорта «углеродоемких» товаров. В частности, ЕК продвигает идею прекращению любого международного финансирования проектов, связанных с ископаемым топливом. Кроме того, необходимо учитывать, что с 1 января 2026 года вступил в фазу финансового исполнения углеродный налог ЕС, который напрямую увязывает доступ на европейские рынки с климатической политикой стран-экспортеров. Это означает, что «отказникам» теперь сложнее будет пробиться на европейский рынок со своей продукцией. По сути, углеродный налог становится инструментом экономического давления.

Правда, пока еще не совсем ясно, кому станет хуже от такой политики – Европе или «отказникам»? Вопрос этот достаточно сложный, но в то же время весьма актуальный. Поэтому мы попытаемся его осветить в следующий раз. 

Константин Шабанов

Изображение сгенерировано нейросетью

Компания-резидент новосибирского Академпарка «ЛОГИКС Медицинские системы», специализирующаяся на производстве инновационных медицинских имплантатов, представила программу автоматического проектирования имплантатов для краинопластики (хирургической операции по устранению дефектов черепа, вызванных травмами или предыдущими операциями). Работа велась на средства гранта минпромторга Новосибирской области.

Краинопластика требуется пациентам после черепно-мозговых травм, лечения инсульта и разрывов аневризм сосудов головного мозга, вследствие опухолевых поражений и ряда других заболеваний.

Применение программы позволяет значительно ускорить процесс проектирования пластин для индивидуальных заказов. «По сути, это некая онлайн-платформа, которая управляет всем процессом изготовления имплантата, начиная от передачи данных компьютерной томографии пациента в медицинском центре нам по защищенному каналу, управление самого проектирования и изготовления пластины и заканчивая отгрузкой готовой продукции. Благодаря автоматизации скорость изготовления пластины выросла в несколько раз», - рассказала «Континенту Сибирь» исполнительный директор ООО «ЛОГИКС медицинские системы» Вероника Вебер.

Компания-разработчик является резидентом новосибирского Академпарка и специализируется на производстве инновационных медицинских имплантатов. Изначально они специализировались на индивидуальных решениях, включая такие сложные конструкции как раздвижная детская челюсть и малоинвазивный детский протез сустава, которые способны «расти» вместе с организмом ребенка.

С недавнего времени развивается также производство линейки серийных имплантатов. «На сегодня у нас пять регистрационных удостоверений. Это ортопедическая и онкологическая линейка. Их уникальность в том, что мы соединили два подхода. Обычно создают либо ортопедическую линейку, либо онкологическую. Мы создали некий конструктор «два в одном», и обеспечили решение таких задач, как, например, когда ортопедический протез пациенту не подходит, а онкологический протез излишен», – объяснила Вероника Вебер.

До недавнего времени считалось, что сложные медицинские вмешательства — удел только Homo sapiens, но зуб из Чагырской пещеры на Алтае заставил пересмотреть эту уверенность. На моляре неандертальца, которому около 60 тысяч лет, нашли три аккуратно просверленные лунки с полностью удалённой пульпой — следы операции, показывающие, что наши эволюционные «родственники» умели находить источник боли и сознательно идти на мучительную процедуру ради излечения.

Зуб с необычными следами обработки обнаружили в непотревоженном слое Чагырской пещеры, расположенной в северо‑западной части Алтайских гор. Здесь жила самая восточная из известных популяций поздних неандертальцев, пришедших сюда из Европы примерно 70–60 тысяч лет назад и обитавших до 49 тысяч лет назад. Для пещерных памятников такая сохранность слоя — большая удача: обычно отложения перемешаны, а в этом случае зуб остался там, где оказался много десятков тысяч лет назад.

Сначала археологи увидели на жевательной поверхности одну лунку, напоминающую след от зубочистки. Такие следы известны даже у очень древних людей и животных, от Homo habilis до некоторых приматов, и обычно говорят о попытках облегчить дискомфорт в деснах. Однако дальнейший анализ показал внутри зуба ещё два отверстия, расположенных строго над корневыми каналами, с характерными следами вращательного воздействия. Это уже плохо укладывалось в картину стихийного самоковыряния — наоборот, выглядело как осмысленная операция.

Чтобы понять, что именно произошло с этим зубом, исследователи собрали целый набор методов. Сначала провели морфологический и трасологический анализ: под металлографическим микроскопом и промышленным профилометром описали форму бороздок и углублений. Профилометр позволил построить трёхмерную карту поверхности и оценить глубину и профиль царапин. Затем зуб исследовали с помощью компьютерной микротомографии, чтобы увидеть внутреннюю структуру и состояние пульповой камеры.

Оказалось, что углубление неправильной формы на жевательной поверхности не похоже ни на естественный износ, ни на последствия травмы или случайного скола. Пульповая камера выглядела пустой, что подтвердилось при сканировании: пульпа была полностью удалена, а контуры углублений не соответствовали известным естественным процессам разрушения зубов. Дополнительно применили рамановскую спектроскопию, чтобы найти возможные следы органики внутри лунок, но из‑за возраста находки ничего определимого обнаружить не удалось.

Ключевым этапом стали экспериментальные реконструкции. Поскольку использовать древние зубы неандертальцев этически недопустимо, учёные взяли несколько хорошо сохранившихся моляров Homo sapiens голоценового возраста и один «свежий» удалённый зуб. Их закрепили в пробковых основаниях, смочили водой для имитации условий во рту и начали экспериментальное сверление каменными орудиями, изготовленными из того же типа яшмы, что находили в окрестностях Чагырской пещеры.

Исследовательница, работающая с палеолитическими технологиями, воспроизвела разные приёмы — скобление, ручное сверление, создание одиночных и связанных лунок. Три последовательных эксперимента показали, что с помощью каменных инструментов реально просверлить в моляре несколько взаимосвязанных углублений, обнажить дентин и добраться до пульповой камеры менее чем за час. При этом на поверхности образуются бороздки, по форме и профилю совпадающие с теми, что наблюдали на зубе из Чагырской пещеры.

Исследуемый зуб оказался нижним левым вторым моляром, расположенным глубоко во рту — тем самым «дальним» зубом, до которого непросто добраться. В нём нашли три лунки: две — строго над каналами, третью — немного сбоку, на периферии. Учёные предполагают, что «лишнее» отверстие могло появиться из‑за неточности инструмента или поиска нужной точки — человек, по сути, работал наощупь.

С точки зрения современной стоматологии картина напоминает удаление поражённых кариесом тканей и вскрытие пульпы для снятия острой боли. Неандерталец (или его соплеменник) вычистил эмаль и дентин в нескольких точках, добрался до корневых каналов и фактически «раскрыл» источник боли. При этом, судя по сглаженным краям лунок, человек жил после процедуры ещё довольно долго — жевательные нагрузки успели «закруглить» края отверстий.

Кто именно проводил вмешательство, остаётся предметом дискуссии. Исследователи склоняются к версии самопомощи: учитывая неудобное положение зуба, сложное освещение и необходимость точно дозировать усилие, проще всего объяснить всё действиями самого «пациента», который лучше других чувствует границу боли. В любом случае это не выглядит как случайное ковыряние: множество совпадающих признаков — расположение лунок, характер бороздок, полное удаление пульпы — говорят о последовательной и целенаправленной работе.

До этой работы самым древним известным случаем стоматологического вмешательства считался зуб Homo sapiens из Рипари Виллабруна на северо‑востоке Италии, датируемый примерно 17–14 тысячами лет назад. Там на зубе нашли следы соскабливания поражённой эмали и частично дентина, а позже полость была заполнена воском. Однако томография показала, что деминерализованная ткань полностью не удалена — воспаление могло продолжить развиваться, а боль — усиливаться.

Сибирский моляр неандертальца значительно старше — около 59–60 тысяч лет — и демонстрирует более радикальное вмешательство. Здесь пульпа фактически полностью удалена, а отверстия выходят прямо к корням, что значительно снижало риск дальнейшего распространения инфекции. Таким образом, операция, проведённая в Чагырской пещере, по сложности и эффективности не только не уступает более позднему случаю у Homo sapiens, но и превосходит его.

Авторы исследования сделали важный вывод: инвазивные терапевтические практики существовали у неандертальцев задолго до того, как подобные навыки были задокументированы у представителей нашего вида. Это отодвигает историю медицины как минимум на 45 тысяч лет назад и добавляет аргументы в копилку тех, кто считает неандертальцев интеллектуально и поведенчески близкими к ранним Homo sapiens.

Сами по себе следы от «зубочисток» не считаются надёжным показателем сложного мышления: их находят и у разных видов древних людей, и даже у некоторых обезьян. В случае Чагырской пещеры важна именно комбинация факторов. Неандертальцы должны были: распознать, что источник боли локализован в конкретном зубе; догадаться, что к нему можно добраться физически, изменив структуру твёрдых тканей; подобрать подходящее орудие и удерживать его так, чтобы контролировать глубину и силу воздействия; сознательно терпеть сильную боль, понимая, что это временная цена за облегчение в будущем.

Такой набор действий сильно отличается от инстинктивных попыток унять боль и гораздо ближе к осмысленной медицинской процедуре. Учёные отмечают, что неандертальцы обладали не только навыками ухода за больными и использованием лекарственных растений, но и интуитивным представлением о строении тела: они понимали, что проблему можно «вычистить» изнутри.

Отдельный вопрос — как человек жил после операции с открытой полостью, ведущей к корням. Это создавало риск повторной инфекции и постоянного дискомфорта; исследователи предполагают, что неандерталец мог чем‑то заполнять отверстия, например мягкими материалами растительного или животного происхождения. В дальнейших исследованиях планируется ещё раз проверить наличие микрочастиц органики внутри лунок более чувствительными методами.

Авторы работы подчёркивают: способность связать причину и следствие, найти техническое решение, проявить волю и выдержку ради долгосрочного эффекта — это сложный когнитивный паттерн, который долгое время приписывали исключительно Homo sapiens. Неандертальский зуб из Чагырской пещеры стал наглядным напоминанием о том, что граница между «нами» и «ими» в области разума и медицины оказалась гораздо тоньше, чем принято было думать.

Сергей Исаев

Изображение сгенерировано нейросетью

Окончание. Начало - здесь 

Как «обогатить» биомассу?

Как мы уже сказали в первой части, сжигать биомассу напрямую – дело не совсем выгодное. Причин здесь несколько. Так, у нее может оказаться повышенная влажность. Вроде бы, проблему можно решить с помощью сушки, однако для этого потребуются дополнительные энергетические затраты, что снижает эффективность использования. Кроме того, если брать растительные отходы, то их минеральная часть характеризуется низкой температурой плавления, в результате чего прямое сжигание сопровождается повышенным шлакованием поверхностей нагрева. Как показал опыт эксплуатации современных белорусских мини-ТЭЦ, работающих на отходах древесины, они постоянно нуждаются в кратковременных переводах на резервное топливо (природный газ) для разрыхления спекшихся образований. Сжигание однолетней травянистой биомассы и сельскохозяйственных отходов дополнительно вызывает коррозию элементов топливосжигающего оборудования по причине высокого содержания в составе таких отходов хлора и щелочных металлов (калия, натрия).

Помимо этого, растительная биомасса обладает высоким выходом летучих веществ, что при длительном хранении увеличивает риск пожара. Также есть проблемы с транспортировкой из-за низкой плотности и неоднородности состава. А учитывая тот факт, что ее энергетическая ценность в «сыром виде» ниже ценности ископаемого топлива, транспортировка на дальние расстояние вряд ли будет целесообразна.

Указанные недостатки прямого сжигания биомассы приводят к нерациональному использованию полезных ресурсов. По этой причине в мировом энергетическом сообществе возрастает интерес к различным технологиям, позволяющим не только увеличить КПД сжигания растительной биомассы в ее исходном виде, но также повысить ее энергетические свойства путем переработки в различные ценные продукты.

Обычно повышение эффективности прямого сжигания достигается путем создания топок со специальными конструкциями. Здесь достаточно много вариантов. Например, в Финляндии запатентована конструкция, позволяющая сжигать биомассу с влажностью до 60 процентов. В западных странах действует примерно сотня котельных и ТЭЦ, в которых реализована данная технология.

Еще одним распространенным методом повышения эффективности использования ресурсов биомассы является ее совместное сжигание с ископаемым топливом (чаще всего – с углем). Таким путем снижается количество вредных выбросов (биомасса практически не содержит серы). С другой стороны, благодаря наличию ископаемого топлива снижается коррозионная активность дымовых газов (в основном благодаря тому, что хлор нейтрализуется избытком серы, содержащейся в каменном угле).

Кроме того, есть различные методы обработки биомассы в целях вымывания из нее щелочных металлов и хлора. Например, длительное хранение соломы под открытым небом позволяет снизить в ней содержание хлора в 10 раз и калия – в 6 раз.

И тем не менее, считают наши ученые, наиболее перспективный путь – это получение из биомассы «облагороженного» топлива в различных агрегатных состояниях (то есть твердого, жидкого и газообразного). Это связано с тем, что плотность энергии в продуктах переработки всегда выше в сравнении с характеристиками исходного сырья.

Показательно, что с начала нынешнего столетия происходит развитие достаточно широкого спектра технологий по переработке растительной биомассы. Примерно за 20 лет количество установок по производству разных видов биотоплива выросло практически в два раза. На сегодняшний день основным сырьем здесь является древесина. На ее основе получают примерно 75% используемого в мире биотоплива. Однако все термохимические методы находят применение и к другим видам растительного сырья.

Пока что основная доля продукции (в основном – за счет простоты и низких энергетических затрат) приходится на производство твердого биотоплива. В данном случае наши ученые обращают внимание на технологию торрефикации растительного сырья, содержащего в своем составе гемицеллюлозу, целлюлозу и лигнин. Этот технологический процесс рассматривается ими как начальная стадия пиролиза (в литературе он обычно обозначается как «мягкий пиролиз»). Его суть заключается в нагреве сырья в инертной среде до температуры 200-300 градусов Цельсия. В ходе такого нагрева происходит выделение влаги и летучих веществ. При этом потеря массы может составить около 30 процентов, однако энергоемкость полученного твердого остатка – называемого биоуглем – снижается всего на 10% в сравнении с энергоемкостью всего исходного объема биомассы. То есть удельная теплота сгорания полученного продукта увеличивается. Кроме того, энергетические затраты на осуществление технологического процесса могут быть покрыты за счет сжигания выделившегося газа.

Полученный таким путем биоуголь измельчается и на его основе изготавливаются торрефицированные пеллеты. В дальнейшем их можно сжигать либо совместно с обычным углем, либо использовать в качестве топлива самостоятельно.

Данная технология может также эффективно применяться для повышения потребительских свойств уже готового брикетированного или гранулированного топлива, полученного напрямую из биомассы. По сравнению с исходным сырьем, такое твердое торрефицированное биотопливо обладает свойствами гидрофобности и биологической стойкости, благодаря чему для его хранения не нужны какие-то специальные условия.

Кроме биоугля можно получать также жидкое и газообразное топливо. Для этих целей применяются технологии газификации или быстрого пиролиза. Спектр таких технологий достаточно широк. Так, наиболее известным методом получения синтетических жидких топлив является процесс Фишера-Тропша, в ходе которого происходит синтез водорода и окиси углерода в углеводороды. Несмотря на то, что у данного метода есть свои недостатки, важным показателем является то, что полученный продукт имеет более высокие характеристики, чем традиционные продукты, получаемые из нефти. Такой продукт может использоваться и как сырье для химической промышленности, и как основа для получения моторных топлив.

Говоря о перспективах развития технологий производства биотоплива, ученые выделяют три поколения. Первое поколение было связано с использованием пищевого сырья (для биоэтанола) и растительных масел (для биодизеля). Второе поколение характеризуется широким использованием непищевого сырья, а также созданием специальных «энергетических плантаций» из технических культур (о чем мы уже писали). Наконец, третье поколение биотоплива будет связано с использованием различных водорослей, которые обеспечивают очень быстрый прирост биомассы.

Таким образом, сырьевая база для данного направления планомерно расширяется. И здесь опять стоит задать «сакраментальный» по нашим временам вопрос: способна ли биомасса заменить традиционное ископаемое топливо? То есть может ли человечество отказаться от угля и углеводородов, найдя им замену в лице энергетической биомассы, производимой растениями (и не только)?

Как мы уже показали, в чисто техническом плане такая замена вполне возможна. Из растительной биомассы можно получать биуголь, горючий газ, биомасло, биопластик, смолы, транспортное топливо (включая биодизель и биоэтанол), полукокс, углеродистый остаток для композитных материалов, технический водород и другие химикаты, а также удобрения. Главная проблема, как всегда, упирается в экономическую целесообразность. И в данном случае важно учесть, что указанные технологии по переработке биомассы стали развиваться (а по сути – возрождаться) не от хорошей жизни. При этом цены на ископаемое топливо (в первую очередь – нефть и газ) могут иметь решающее значение для глобальной топливно-энергетической трансформации в пользу биомассы.

Мы начинали разговор с ситуации на Ближнем Востоке, когда из-за боевых действий и нарушения транспортных артерий цены на нефть стремительно взлетели вверх, и во многих странах ощутили приближение энергетического кризиса. Но есть и другая, куда более фундаментальная проблема – исчерпание доступных месторождений. Это как раз то, о чем ученые предупреждают не один десяток лет. Освоение месторождений в труднодоступных местах (например, в арктической зоне), где сильно повышаются издержки как на стадии геологоразведки, так и на стадии промышленной добычи и транспортировки, может создать ситуацию, когда нефтяной бум прошлого столетия станет восприниматься как идиллическая картинка. Иначе говоря, совсем не исключено, что нефть окажется тяжелой во всех смыслах – как в физическом, так и в экономическом. Кстати, сибирские геологи открыто говорят о том, что «вскрытие» кладовых Арктики совсем не обещает дешевой нефти, и похоже на то, что больше дешевой нефти никогда не будет.

Но не станет ли это шансом для биомассы занять пустеющее пространство? Точного ответа у нас пока еще нет, однако тот факт, что работы в указанном направлении очень сильно активизировались за последние двадцать лет, говорит о многом.

Андрей Колосов

(в статье были использованы материалы открытых научных публикаций и диссертаций сотрудников Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН и Национального исследовательского Томского политехнического университета)

Изображение сгенерировано нейросетью

Сотрудник Центрального сибирского ботанического сада СО РАН в составе международного коллектива исследователей обнаружил на территории провинции Сычуань в Китае новый для науки вид растения семейства Ranunculaceae (Лютиковые) из рода Бэзия (Beesia), который был назван в честь китайского ученого — Beesia yangii. По словам специалистов, открытие демонстрирует, что комплексный подход в систематической биологии может способствовать как выявлению скрытого биологического видообразования (процесса, который приводит к появлению группы видов, внешне очень похожих друг на друга, но относящихся к разным таксономическим группам и разным видам), так и более эффективному планированию мер по его сохранению. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом журнале Frontiers in Plant Science.

Бэзия — вечнозеленое многолетнее растение семейства Лютиковые, произрастающее в Восточно-Азиатском регионе, в большей степени на территории Китая. Согласно традиционной научной позиции, оно представлено двумя видами. Международная группа, включающая сотрудника ЦСБС СО РАН и специалистов из Института ботаники Китайской академии наук, исследовала множественные уровни разнообразия родов Бэзии для пересмотра классификации этой группы. В своей работе ученые использовали интегративный подход, в который входят морфологический, филогенетический и цитогенетический анализы, составляющие основу для оценки разграничения видов. 

Более сотни образцов были исследованы в гербарных фондах, а также собраны в Китае, в провинции Сычуань. Именно этот регион считается ключевым местом произрастания Бэзии. Выяснилось, что все три вида растения различаются по размерным параметрам и имеют четкие статистически значимые межвидовые различия. Благодаря полученным данным ученые смогли выбрать лектотипы (оригинальные экземпляры, определенные в качестве объективных носителей характеристик) ранее известных видов и описать новый вид Бэзии. В числе особенностей нового вида, отмеченных исследователями: текстура листа, наличие окрашенных жилок листа, форма и размер зубцов листа, ширина и длина чашелистиков, а также соотношение длины тычинок и чашелистиков, что сегодня может использоваться полевыми ботаниками в работе. Новый вид, названный Beesia yangii, отличается от других сердцевидной листовой пластинкой прикорневого листа с краями из треугольных зубцов с длинным острым концом и бело-зелеными узкоэллиптическими чашелистиками.

Интегративный, или комплексный, подход, использующийся в этом исследовании, помог отчетливо определить новый скрытый вид Бэзии, который, в свою очередь, морфологически и цитогенетически уникален, а также монофилетичен, то есть происходит от общего с другими видами предка и образует отдельную ветвь на филогенетическом дереве. По мнению ученых, широкое применение интегративных методов в дальнейшем может приводить к новым открытиям, как в систематической биологии, так и выявить новые инструменты для сохранения биоразнообразия.

Комплексные исследования выполнены в рамках государственного задания ЦСБС СО РАН (126021217213-2) и гранта РНФ 23-14-00230. 

Кирилл Сергеевич

Фото предоставлены исследователем

Вооруженный конфликт на Ближнем Востоке мгновенно всколыхнул обсуждение проблемы очередного энергетического кризиса. Цены на нефть и газ пошли вверх, что создает угрозу для всей глобальной экономики. Как видим, «зеленый» энергопереход в этом плане мало что поменял. Европа, где в течение последних двадцати лет так истово расширяли долю «чистой» энергии, по-прежнему демонстрирует свою зависимость от цен на углеводороды.

И все же, именно такие события, когда по каким-то причинам нарушаются поставки ископаемого топлива, вынуждают политиков и ученых в ряде стран искать какие-то альтернативные источники энергии. Да, с ветряками и солнечными панелями сложилось не всё удачно. И не только из-за прерывистого характера их работы, но также потому, что их создание ведет к зависимости от других поставок – от поставок критически важных компонентов и материалов. Поэтому данный вариант уже не рассматривается как полноценная замена ископаемому топливу. Более подходящим является вариант, максимально приближенный к тому же ископаемому топливу по принципиально важным параметрам – физическим, технологическим и экономическим.

К счастью, такая альтернатива есть. Здесь мы опять возвращаемся к теме энергетического и технологического использования биомассы. Как ни странно, актуальность этой темы возрастает, и надо полагать, что на фоне грядущего энергетического кризиса для многих стран, зависящих от внешних поставок ископаемого топлива, ее актуальность вырастет многократно.

К сожалению, в нашей стране до сих пор сохраняется скептическое отношение к энергетическому потенциалу биомассы. Но только на обывательском уровне. Почему? Потому что, как мы уже сообщали ранее, наши ученые серьезно занимаются этой темой (в том числе – ученые из новосибирского Академгородка). И надо полагать, что работа в данном направлении рано или поздно себя оправдает даже в нашей стране, где принято полагаться на богатейшие запасы нефти и газа. Запасы эти в любом случае не вечны (о чем, кстати, постоянно напоминают представители академической науки). И что не менее важно: любая альтернатива, способная экономически конкурировать с ископаемыми углеводородами, не может не сказаться положительно на жизни людей. Особенно в том случае, если этот альтернативный вариант никак не зависит от колебания нефтяных цен на мировом рынке. Мало того, когда этот ресурс может быть у вас прямо под рукой, выступая в качестве важного подспорья для развития экономической жизни на местах. Биомасса как раз отвечает таким требованиям. Осталось только разобраться с технологиями. И это – как раз то, чему посвящают внимание наши ученые.

Напомним, что биомасса использовалась в качестве энергетического и технологического сырья достаточно давно, еще до массовой добычи углеводородов. В частности, горючий газ, с помощью которого когда-то освещались европейские города, добывался не из земных недр, а из различной органики – древесины, торфа, бурого угля и так далее (о чем мы достаточно много писали). И кто знает, если бы не были найдены богатейшие нефтяные и газовые месторождения, снабжающие углеводородами практически весь мир, основную массу топлива (твердого, жидкого, газообразного) до сих пор получали бы как раз из разнообразной биомассы. И как мы знаем, биомасса нередко выступает как некий «страховой резерв», когда возникает дефицит с нефтепродуктами. Так, например, было во время Второй мировой войны, когда часть автомобильного транспорта буквально переводили на дрова (о чем мы также писали).

Приведут ли перебои с поставками нефти и газа к росту использования таких же «альтернативных» видов топлива в наши дни или на ближайшую перспективу? И вообще: стоит ли ожидать, что биомасса постепенно вытеснит ископаемые углеводороды и другие виды ископаемого топлива?

Согласно подсчетам ученых, 80% всей биомассы суши приходится на леса и травянистые экосистемы. Растительный покров планеты составляет около двух триллионов тонн в пересчете на сухое вещество. При этом в процессе фотосинтеза ежегодно производится до 200 миллиардов тонн биомассы, энергетический потенциал которой в пять раз превышает мировое производство энергии! То есть, теоретически, данного ресурса как будто хватает для удовлетворения наших энергетических потребностей.

В настоящее время этот гигантский потенциал используется лишь частично. Так, суммарная выработка энергии на установках, использующих биомассу, на конец 2017 года составила примерно 15,5 ТВт*час. При этом, отмечают наши ученые, до сих пор сохраняется высокая доля обычного сжигания вполне качественной древесины (пригодной для других целей). В то же время практика некоторых стран показывает высокую эффективность энергетического использования биомассы, представленной отходами различных отраслей промышленности.

Отметим, что европейские страны давно уже идут по этому пути. Лидерами в данном секторе являются Австрия и Швеция, где леса занимают примерно половину территории, а древесные отходы активно используются в энергетических целях. Если в целом говорить о производстве брикетов и топливных гранул, то лидерами здесь являются США, Канада и Германия. В Канаде производство даже превышает потребление, поэтому часть топливных гранул экспортируется в Европу. В Дании наладили переработку соломы, которая позволяет производить 17 млн КДж энергии. Помимо этого, другие технологии переработки биомассы позволяют в общей сумме получать до 90 млн КДж энергии, что составляет примерно 12% от общего энергопотребления в этой стране.

Интересно, что страны третьего мира также активно включаются в освоение энергетических биоресурсов, эффективно используя сельскохозяйственные отходы. Например, в Кении 70% кофейной шелухи, образующейся в ходе обработке зерен, идет на производство топливных брикетов для бытового использования. В Индии ежегодно образуется до 500 млн. тонн растительной биомассы, энергетическое использование которой эквивалентно выработке более 17 ГВт мощности.

Что касается России, то по мнению наших ученых, из-за суровых климатических условий именно биомасса должна стать самым востребованным видом возобновляемых источников энергии (в сравнении с ветром и солнцем). Ее энергетическое использование, считают ученые, поможет (в том числе) решить проблему утилизации местных органических отходов, способных принести вред окружающей среде. Так, накопление отходов лесоперерабатывающей промышленности увеличивает пожароопасность лесов, а равно и предприятий, осуществляющих такую деятельность. Кроме того, длительное хранение сельскохозяйственных отходов приводит к их гниению и выделению токсичных веществ, что серьезно ухудшает санитарную обстановку. А их неграмотное захоронение приводит к деградации плодородного слоя почвы.

Что самое важное: наша страна – в силу своей огромной территории – обладает значительными запасами различных видов биомассы. По площади лесов Россия занимает первое место в мире. При этом более половины лесных массивов сосредоточено в Сибири, на Дальнем Востоке и на Урале. Согласно научным подсчетам, годовой прирост целесообразной для энергетического использования биомассы составляет у нас около 800 миллионов тонн. Одной лишь перезрелой древесины накапливается до 500 миллионов тонн. Кроме того, в лесоперерабатывающей промышленности на долю древесных отходов (щепа, опилки, стружка и т.д.) приходится примерно 40% от исходного сырья. В Южной и Центральной частях России, а также на юге Сибири (в регионах с развитым сельским хозяйством) сосредоточены внушительные запасы биомассы однолетних сельскохозяйственных культур.

Еще одним важным энергетическим ресурсом для нашей страны может стать торф. Во многих странах он относится к возобновляемым энергетическим ресурсам – при условии, что его годовой прирост будет превышать объемы добычи (то есть при рачительном использовании). Россия, отмечают ученые, является одним из лидеров в мире по площади болот (примерно 1,5 миллиона кв. километров). То есть запасы торфа для нужд энергетики могут оказаться значительными.

Тем не менее, в настоящее время потенциал биоресурсов в российской энергетике всё еще остается мало востребованным. Так, количество электроэнергии, получаемой за счет различных видов биотоплива, составляет у нас менее 100 ГВт*ч энергии, а тепловой энергии – около 20 тысяч ТДж, что в сотни раз уступает производству энергии из ископаемых энергоресурсов. В то же время на долю местных котельных и индивидуальных отопительных установок приходится 25% от общего производства тепла. Большая часть этих котельных до сих пор работает на традиционных видах топлива.

И все же в некоторых регионах страны уже начинают внедрять альтернативные энергоресурсы из биомассы. Так, уже реализованы проекты по переводу котельных на торф и щепу в республике Карелия, во Владимирской, Псковской и Тверской областях. Суммарная мощность мини-ТЭЦ, работающих на биомассе, в европейской части страны составляет уже примерно 100 МВт. Параллельно строятся предприятия по производству из биомассы различных видов топлива: как твердого (брикеты, гранулы, пеллеты), так и жидкого, и газообразного (биогаз).

Как мы понимаем, наиболее актуальны такие технологии для труднодоступных районов, энергоснабжение которых осуществляется за счет привозного топлива. Снижение зависимости от внешних поставок при одновременной утилизации органических отходов делает такую опору на местные энергетические источники вполне оправданной с экономической точки зрения.

При этом наши ученые подчеркивают, что традиционные способы сжигания биомассы (очень распространенные на сегодняшний день) не обеспечивают высокого КПД, что затрудняет расширение ее использования. В этой связи становится актуальным внедрение альтернативных технологий термической переработки биомассы с целью повышения ее энергетических свойств. Это как раз тот круг вопросов, которыми на сегодняшний день весьма активно занимаются сибирские ученые.

Андрей Колосов

(в статье были использованы материалы открытых научных публикаций и диссертаций сотрудников Института теплофизики имени С.С. Кутателадзе СО РАН и Национального исследовательского Томского политехнического университета)

Изображение сгенерировано нейросетью

Окончание следует

Элементы ускорителей частиц (коллайдеров) и приборы на космических станциях работают в условиях сильного радиационного фона, который со временем их разрушает, или, как говорят специалисты, старит. Чтобы проверить, какие изменения они претерпевают под его воздействием и сколько проработают в таких условиях, проводятся тесты на радиационное старение. В 2025 г. в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) для проведения подобных исследований создан стенд на базе установки VITA – ускорительного источника нейтронов для развития бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). В 2022 г. на нем было успешно исследовано оборудование детектора CMS, работающего на Большом адронном коллайдере (LHC, CERN), и материалов первой стенки ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor). В 2026 г. ИЯФ СО РАН совместно с Физическим институтом им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) запланировали совместное развитие инфраструктуры и методической базы исследований радиационного старения кремниевых фотоумножителей. Последние являются чувствительными элементами для регистрации фотонов и широко используются в системах современных детекторах для физики элементарных частиц (ФЭЧ). Договор находится на стадии подписания.

Ключевые установки в ФЭЧ, которые дают основной массив экспериментальных данных для этого раздела физики – коллайдеры. В них по круговой орбите движутся и сталкиваются пучки встречных частиц, ускоренные до релятивистских скоростей. Во время соударения происходит аннигиляция, то есть высвобождение энергии с последующей трансформацией исходных частиц в другие. Так физики получают информацию об устройстве микромира. В области столкновения находятся детекторы, фиксирующие все происходящие процессы с образованием новых частиц, здесь же неизбежно возникает сильный радиационный фон. Естественно, что коллайдеры оборудованы биологической защитой для безопасной работы персонала, а вот элементы детекторных систем постоянно подвергаются воздействию радиации от потока нейтронов.

Основной вклад в радиационную нагрузку на работающих коллайдерах дают быстрые нейтроны с энергиями порядка 10-20 МэВ. Если тепловые нейтроны в основном захватываются атомными ядрами вещества, то быстрые нейтроны фактически разрушают их. Одним из примеров такого разрушающего воздействия является изменение характеристик ключевых чувствительных приборов, широко использующихся в системах детекторов (системы идентификации частиц, калориметры и т.д.) – твердотельных фотоумножителей на основе кремния, или SiPM (Silicon PhotoMultiplier), которые способны регистрировать отдельные фотоны. SiPM при поглощении фотонов, с некоторой достаточно высокой вероятностью, формирует токовый импульс, который затем регистрируется специальной электроникой. Но под воздействием облучения потоком нейтронов SiPM со временем утрачивает свои свойства.

«У SiPM нет полной защиты против ионизирующей радиации, – прокомментировал старший научный сотрудник Отделения физики твердого тела ФИАН кандидат физико-математических наук Сергей Виноградов. – Частицы высоких энергий повреждают кристаллическую решетку кремния, создавая точечные или кластерные дефекты, становятся неразличимы импульсы от фотонов, ухудшается отношение сигнал/шум, и прибор в конце концов перестает обеспечивать требуемую функциональность, например, по энергетическому или временному разрешению. Других причин выхода из строя для SiPM практически нет».

По словам специалистов, пока что повысить радиационную стойкость кремниевых фотоумножителей невозможно, поэтому необходимо сохранять параметры повреждаемых радиацией устройств. Тесты по радиационному старению необходимы для оценки способности материалов сохранять свойства под воздействием ионизирующего излучения. В 2025 г. в ИЯФ СО РАН был разработан и реализован первый вариант стенда для проведения подобных экспериментов. Его создали на базе установки VITA – ускорительного источника нейтронов на основе ускорителя-тандема с вакуумной изоляцией и литиевой нейтроногенерирующей мишени для БНЗТ. Но история его создания началась немного раньше. В 2022 г. специалисты облучали потоком нейтронов оптоволокно, которое предполагают использовать для калибровки детектора CMS Большого адронного коллайдера, когда он начнет работать в новом режиме высокой светимости.

«Основная миссия установки VITA – это, конечно, развитие БНЗТ, но ее возможности позволяют развивать и другие направления, – прокомментировал заведующий сектором ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Таскаев. – Например, мы используем установку для фундаментальных исследований по измерению сечений различных ядерных реакций, а также для тестирования материалов перспективных для работы в экстремальных радиационных условиях, например, в термоядерных реакторах. В 2022 г. запрос от коллег из коллаборации CMS стал для нас вызовом, потому что мы не только должны были сгенерировать мощный поток быстрых нейтронов, но и поддерживать его работу ежедневно в течение месяца. Благодаря смене водородного пучка на дейтериевый мы научились создавать реально много нейтронов. После успешных испытаний для ЦЕРН на том же прототипе стенда мы облучали пластины карбида бора для ИТЭР».

По результатам успешно проведенного эксперимента в 2022 г. стало ясно, что в ИЯФ СО РАН можно проводить подобного рода исследования мирового уровня. В 2023 г. после прекращения сотрудничества с коллаборацией CMS было принято решение попробовать реализовать стенд для исследования радиационного старения SiPM с использованием полученного опыта работы на VITA. Физики сфокусировались именно на SiPM, потому что это базовый чувствительный элемент детекторов любой ускорительной машины. В 2024 г. был изготовлен первый прототип стенда и проверена его работоспособность под воздействием быстрых нейтронов. Дальнейшим развитием этой методики стало создание первого варианта стенда в 2025 г.

«Очень важно понимать, что за фотоумножитель перед вами, какая степень применимости у этого прибора в условиях высокой радиационной нагрузки, – добавил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Виктор Бобровников. – Да, все началось с CMS, но радиационные тесты твердотельных фотоумножителей актуальны и для нас самих, так как в ИЯФ СО РАН планируется реализация проекта электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-6. И, конечно, для других российских заказчиков. За 2025 г. мы создали рабочую версию стенда, в которой реализовали ряд методик, отработанных на прототипе. После этого провели ряд радиационных тестов с несколькими японскими SiPM: исследовали зависимость шума, поведение напряжения пробоя и фоточувствительность от радиационной дозы. Таким образом мы отработали методику измерений и показали, что стенд является достаточно эффективным для исследования радиационного старения SiPM. В 2026 г. мы договорились с коллегами из ФИАН, что будем вместе развивать методику проведения радиационных тестов и исследовать твердотельные фотоумножители, работающие в экстремальных радиационных условиях. На данный момент договор находится на стадии подписания».

В России тематикой твердотельных фотоумножителей занимаются в том числе в лаборатории оптоэлектроники ФИАН. Здесь специалисты проводят экспериментальные исследования SiPM, разрабатывают методики их измерений и вероятностные моделей процессов детектирования в таких устройствах. 

«Разработки новых конструкций – самая увлекательная и самая сложная часть работ по SiPM. К сожалению, возможности их проведения определяются доступностью кремниевых производств, и возникают они очень редко, – добавил Сергей Виноградов. – Мы занимаемся почти всеми направлениями тематики SiPM. Стенд радиационных исследований ИЯФ СО РАН позволит нам продвинуться на этом пути. Разработка методик и корректные измерения основных параметров SiPM при радиационных повреждениях имеют самостоятельную ценность для прогноза функционирования SiPM в условиях радиации, что важно практически для всех применений SiPM в коллайдерах и подобных экспериментах, а также для исследований в космосе, мониторинга радиационных загрязнений окружающей среды и др. Стенд ИЯФ СО РАН – это уникальная установка, которая позволяет вести непрерывный мониторинг состояния и параметров SiPM непосредственно в ходе облучения образцов нейтронами установки БЗНТ. Такой возможности, насколько я знаю, больше нет нигде в мире. В целом, я считаю очень интересным и перспективным сотрудничество с ИЯФ СО РАН по развитию инфраструктуры и методической базы таких исследований, а еще надеюсь, что это когда-нибудь приведет к разработке радиационно-стойких твердотельных фотоумножителей».

Пресс-служба Института ядерной физики СО РАН

Фото Т. Морозовой