VIVOS VOCO: Новости науки в журнале "Природа"

Астрофизика

Извержения на Солнце - в трехмерном виде

Наблюдения нашего светила и его короны современными методами позволяют довольно подробно представить себе строение Солнца и в известной мере понять процессы разогрева короны и возникновения солнечного ветра. Однако интерпретация этих наблюдений нередко бывает спорной, так как трехмерные структуры короны приходится рассматривать в двухмерном изображении. Особенно этот «врожденный порок» свойствен конфигурации магнитного поля нашей ближайшей звезды, сжатие которого порождает мощные потоки солнечного ветра - явления отчетливо трехмерного. Наиболее интересны солнечные вспышки - гигантские взрывы на поверхности светила, а также выбросы корональных масс - колоссальных «пузырей» газа. Астрофизики давно мечтают увидеть и те, и другие в трехмерном изображении.

Такую возможность дает работа американских астрофизиков Т.Дж.Моргана (Т.G.Morgan; Центр космических полетов им.Годдарда НАСА) и Дж.М.Давилы (J.M.Davila; Американский католический университет в Вашингтоне).

Когда в 11-летнем цикле солнечная активность снижается до минимума, структура короны становится достаточно стабильной для того, чтобы наблюдения в течение 27 земных суток (период полного оборота светила вокруг своей оси) использовать в целях томографической реконструкции, подобной той, которую применяют при медицинском сканировании. Эта методика уже использовалась для изучения рассеянного электронами светового излучения в оптическом диапазоне, а также при рассмотрении отдельных ультрафиолетовых линий спектра. Но такие быстропреходящие явления, как внезапно возникающие «пузыри» газа, томографическим методам недоступны. Несмотря на весьма умеренную долю их массы в общем потоке солнечного ветра, именно они играют существенную роль в формировании космической погоды, которая способна вывести из строя приборы на спутниках и причинить вред здоровью космонавта. (Можно, например, напомнить, что выброс корональных масс, случившийся в конце октября 2003 г., не только вызвал чрезвычайно красочные полярные сияния, но и привел к сбоям в электросетях чуть ли не по всей планете.)

Только трехмерное изображение этого явления позволит анализировать направленность магнитного поля, которое в значительной мере контролирует погодные события в околоземном пространстве.

Один из способов представления трехмерной структуры состоит в том, чтобы измерять доплеровское смещение спектральных линий и сочетать определенные таким образом лучевые скорости с серией изображений, отражающих видимое движение. Другой метод основан на построении изображения коронального выброса по наблюдениям из различных точек. Именно он будет использован после ноября 2005 г., когда на орбиту выйдут два спутника системы STEREO (Solar-Terrestrial Relations Observatory - Обсерватория по изучению солнечно-земных связей). Эти ИСЗ будут находиться на общей околоземной орбите, но на известном расстоянии друг от друга, что позволяет строить стереоскопические изображения объекта.

Но Морган и Давила, не дожидаясь этого момента, предлагают свой оригинальный метод. Известно, что световое излучение, рассеиваемое электронами выброшенной корональной массы, приобретает поляризацию, часть которой зависит от угла рассеивания, - измерение поляризации и позволяет найти этот угол. Для каждой точки изображения, создаваемого коронографом, подобным образом можно определить среднее расстояние, отделяющее рассеивающий участок плазмы от небесной плоскости. Располагая этой информацией, исследователи строят изображение выброшенной корональной массы с помощью широкоугольного спектрометрического коронографа LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronograph), который работает на борту ИСЗ «SOHO». Новая методика позволяет намного точнее определять угол, под которым корональные массы извергаются с поверхности Солнца, и тем самым устанавливать вероятность их вторжения на Землю. А существующие ныне методы - STEREO и спектрографическая техника - могут дополнять друг друга. Поляризационные способы определяют средние расстояния от плоскости неба, а спектры - распределение более плотных скоплений газа вдоль линии наблюдения по их специфическим температурам.

Спутники системы STEREO дают трехмерную информацию, но они годны лишь для простейших структур при прямых реконструкциях процессов и обычно требуют интерпретации с помощью моделирования. Лишь сочетание всех методик позволит продвинуть проблему надежного прогноза космической погоды, а также уточнить представления о процессах на Солнце.

Science. 2004. V.305. №5680. P.49, 66 (США).

Астрофизика

Вселенная в инфракрасном свете

В августе 2003 г. после многочисленных отсрочек вышел на орбиту американский аппарат «SIRTF» («Space Infrared Telescope Facility»), переименованный затем в «SST» («Spitzer Space Telescope») и еще короче - в «Spitzer». Первые результаты его работы были представлены на 204-й конференции Американского астрономического общества (Денвер, июнь 2004 г.) научным руководителем эксперимента М.Вернером (M.Werner; Лаборатория реактивного движения в Пасадене). Аппарат отличается от прежних аналогов глубоким (до 5 К) охлаждением бортовых приборов, что особенно важно при наблюдении тепловых излучений от удаленных объектов. Это значительно расширило как пространственные, так и временные возможности исследования Вселенной. Находясь на орбите, проходящей в 15 млн км от Земли, аппарат может получать изображения как близких, так и далеких астрономических объектов.

Интерес специалистов привлекло сопоставление изображений одних и тех же небесных тел в оптической и в инфракрасной частях спектра.

При наблюдениях в оптическом диапазоне подлинная сущность многих галактик скрывается за плотной завесой темной космической пыли. Лучшим примером здесь служит известная дисковая галактика NGC 5746. В инфракрасных же лучах она предстает четким кольцом нагретых пылевых частиц, где рождаются новые звезды; на некоторых изображениях, полученных в ИК-лучах, можно различить уже сформировавшиеся звезды, что позволяет судить об общей звездной массе. До сих пор это было невозможно.

Участники работы Дж.Фацио и М.Паре (G.Fazio, M.Pahre; Гарвардско-Смитсоновский астрофизический центр в Кембридже) ведут с помощью аппарата «Spitzer» наблюдения сотни относительно близких к нам галактик. Исследователи полагают, что вскоре может возникнуть необходимость пересмотра классификационной схемы, заложенной 75 лет назад известным астрономом Э.Хабблом. Об этом говорят уже обнаруживаемые только в инфракрасном диапазоне морфологические черты объекта. Так, полной неожиданностью для специалистов стало открытие целого класса относительно бесформенных галактик, содержащих четкие спиральные скопления космической пыли, что роднит их со спиральными галактиками типа Млечного Пути и отличает от эллиптических звездных систем.

Обнаружились и другие факты, ставшие очевидными лишь с использованием приборов аппарата «Spitzer». Так, коллектив, возглавляемый астрономом Р.-Р.Чари
(R.-R.Chary; Научный центр им.Спитцера в Пасадене), провел ряд наблюдений разогретой пыли в галактиках, уже существовавших, когда Вселенной было всего около 2 млрд лет. Выяснилось, что слабо светящиеся красные объекты (вероятно, относящиеся к той эпохе сравнительно молодые галактики) плотно усеивают собой все поле зрения аппарата «Spitzer«. Их изобилие говорит о том, что самый ранний процесс образования звезд происходил в простых, заурядных галактиках, тесно окутанных скоплениями пыли, а не в менее многочисленных гиперактивных галактиках, которые излучают в иных диапазонах спектра.

Открытия последовали и в более близких районах Вселенной. Так, группа, руководимая Б.Бхаттачария (B.Bhattacharya; Научный центр им.Спитцера в Пасадене), произвела инфракрасную съемку Солнечной системы. При этом проявились медленно движущиеся астероиды, переизлучающие тепловую энергию Солнца. Пока еще немногочисленный ряд наблюдений уже позволил построить изображения 11 известных астероидов и открыть в области эклиптики - плоскости, в которой обращаются планеты, - семь новых малых планет. Даже в пяти угловых градусах над эклиптикой, где, как полагали ученые, астероидов должно быть меньше, этой группе удалось наблюдать, помимо четырех «знакомых», еще 12 подобных малых планет. Тот факт, что значительное число орбит наклонено к эклиптике, заставит специалистов пересмотреть ряд моделей, описывающих процессы возникновения и развития астероидного кольца в Солнечной системе, а также переосмыслить их роль в затенении изображений более далеких районов космоса.

Миссия аппарата «Spitzer» должна продлиться до конца 2008 г. Столь длительному сроку способствует очень малый расход жидкого гелия на поддержание сверхнизкой температуры бортовых приборов.

Science. 2004. V.304. №5678. P.1740 (США).

Астрофизика

Как оценивать солнечный рентген?

Во время мощнейшей вспышки на Солнце, случившейся 4 ноября 2003 г., произошел колоссальный всплеск рентгеновского излучения; он вывел из строя соответствующую аппаратуру на американском ИСЗ системы «GOES» («Geostationary Observation Environmental Satellite» - «Геостационарные оперативные спутники, наблюдающие природную среду»). По случайному совпадению, в это время научные сотрудники Университета Отаго (Новая Зеландия) вели под руководством геофизика Н.Томсона (N.Thomson) рутинные наблюдения в области распространения радиоволн очень низкой частоты, используя передатчики и приемники, расположенные в таких удаленных друг от друга местах, как американские штаты Вашингтон, Северная Дакота и Гавайи, а также новозеландский Южный остров.
Известно, что усиление рентгеновского излучения приводит к опусканию нижней границы ионосферы Земли. Это оказывает влияние на фазовую характеристику радиопередач, ведущихся на низких частотах.

Так как положение нижнего слоя ионосферы непосредственно связано с интенсивностью рентгеновской радиации в данный момент, появляется возможность по-новому оценивать мощность солнечных вспышек, чем и воспользовались новозеландские геофизики. Применив оригинальную методику, они присвоили ноябрьской вспышке индекс X45, что значительно превышает ранее данный другими исследователями индекс X28. Таким образом, Солнце вдвое побило свой прежний рекорд. А специалисты получили в свое распоряжение новый способ оценки событий, происходящих на светиле.

Astronomy and Geophysics. 2004. V.45. №3. P.327 (Великобритания).

Астрономия

Переменный характер «неподвижной» звезды

Хотя Полярная звезда далеко не самая яркая на нашем небе, она пользуется славой из-за того, что все остальные ночные светила Северного полушария выглядят вращающимися именно вокруг нее, а сама она считается неподвижной. Это небесное тело у многих народов служит образцом «верности»; недаром у Шекспира Юлий Цезарь говорит: «Но постоянен я, как Севера звезда». Разумеется, в наши времена подобное утверждение - лишь метафора, и Полярную звезду давно уже «уличили» в переменчивости. Теперь этот факт существенно уточнен.

С точки зрения современного специалиста, Полярная является ближайшей к нам цефеидой - гигантской переменной звездой, прожившей почти все отведенное ей природой время. Она, то расширяясь, то «съеживаясь», ритмично становится то более, то менее яркой. Этот цикл по длительности близок к четырем суткам, но замечено, что с каждым годом он увеличивается примерно на 8 с. Кроме того, само колебание яркости постепенно делалось менее отчетливым; столетие назад звезда, сокращаясь, утрачивала до 15% яркости, а в 1990-х годах - уже только около 2%. Общая светимость Полярной за тот же период потеряла по меньшей мере 15% своей интенсивности.

Но все это не столь просто, как показал в своем докладе на конференции Американского астрономического общества (Денвер, июнь 2004 г.) С.Энгл (S.Engle; Виллановский университет, штат Пенсильвания).

Вместе с группой коллег он сравнил оценки светимости Полярной, сделанные астрономами с древнейших времен по наши дни, и других хорошо изученных ночных светил. Начав с трудов Клавдия Птолемея, жившего в Александрии Египетской во II в., они затем уяснили точку зрения древнеперсидского звездочета Аль-Суфи (X в.) и, наконец, проштудировали выводы из наблюдений множества более близких к нам по времени специалистов. И пришли к заключению: ныне Полярная светит в 2.5 раза слабее, чем во времена Птолемея, который изучал ее в 137 г. Такое изменение всего за какие-нибудь неполные две тысячи лет для астрономии нельзя не считать очень резким: оно оказывается в 100 раз большим, чем утверждают принятые теории эволюции звезд, которые в случае, если этот вывод подтвердится, придется пересматривать.

С середины 1990-х годов цикличность Полярной в ее поярчании и потускнении внезапно стала несколько более отчетливой. Правда, канадский астроном Д.Тернер (D.Turner; Университет Сент-Мэри в Галифаксе, провинция Новая Шотландия) полагает, что резкость наблюдаемых перемен в светимости может быть лишь временным явлением. Возможно, это вызвано влиянием небольшого скопления звезд, связанных с Полярной, из чего следует, что она находится от нас «всего» в 306, а не в 431 световых годах.

Математические модели, описывающие характер цефеид, достигших стадии наименьшей светимости, говорят, что эти звезды проходят через первый из нескольких циклов переменной яркости, перемежающихся периодами относительного покоя. Согласно выполненному Тернером анализу, Полярная приближается к первому в ее жизни периоду покоя. Ученый ссылается на тот факт, что атмосфера этой звезды ныне уже сходна с атмосферами стабильных звезд, и всего лет через сто Полярная сама станет полностью таковой.

Science. 2004. V.304. №5678. P.1741 (США).

Планетология

Странности древней Фебы

В начале июня 2004 г. космический аппарат «Cassini», направляясь к основному объекту своих наблюдений - Сатурну, - прошел вблизи одного из спутников этой планеты - Фебы. При этом расстояние, отделявшее аппарат от крошечного небесного тела, было беспрецедентно малым, в 1 тыс. раз меньшим, чем при любом из прежних посещений. Это позволило получить подробные изображения Фебы. Их обработка в Лаборатории реактивного движения НАСА США привела к ряду неожиданных выводов.

В прежних наблюдениях Феба выглядела обычным грязным обломком. В общих чертах это подтвердилось, но заодно выяснились и немаловажные подробности. Видимо, Феба была захвачена мощным притяжением Сатурна около 4.5 млрд лет назад, и за этот период на ее эволюции и нынешнем состоянии сказалось немало событий.

Феба напоминает астрономам кометные тела, которые условно можно именовать «грязными снежками»; так называемая «грязь» образует сплошной внешний слой, а внутренняя часть состоит из льда. Считалось, что своей «серостью» Феба схожа с ядром обычной кометы, которому «полагается» извергать потоки газов и пыли. Однако фотографии, присланные с борта «Cassini», показывают, что темная оболочка отнюдь не сплошная; сквозь нее местами проглядывают довольно яркие пятна - вероятно, сравнительно чистый водяной лед. Кроме того, светлые ледяные участки располагаются и во многочисленных небольших свежих кратерах, возникших при столкновениях Фебы с иными небесными телами. Видны полоски льда и на крутых стенках, где темное вещество сползло вниз. Таким образом, Феба, подобно известным кометам, представляет собой смесь льда, камня и темных органических веществ, слипшихся воедино более 4 млрд лет назад.

Но есть у Фебы и отличия от комет. Так, она не подвергалась испарению под воздействием солнечного облучения, которое у обычных комет «съедает» до половины массы. Именно это, по мнению канадского астронома Б.Гладмана (В.Gladman; Университет провинции Британская Колумбия), делает ее особенно интересным объектом исследования. Феба, по всей видимости, - первое наблюдаемое вблизи относительно крупное тело, которое мало изменилось со времен образования внешних планет Солнечной системы.

Район возникновения этого небесного тела и его первичная орбита, видимо, были близки к орбите Сатурна, и этот газовый гигант сумел превратить его в свой спутник. Все же остальные «строительные блоки» внешней области Солнечной системы могли быть «разогнаны» в стороны планетами и застрять за орбитой Нептуна, в поясе Койпера, который по сей день служит источником комет, или же могли быть вышвырнуты на самые удаленные окраины системы, т.е. в ту область, откуда к нам приходят кометы. Впрочем, не исключено, что Феба появилась в нынешней области, покинув заплутонный диск, а Сатурн своим тяготением захватил ее, когда она уже прекратила приращивать массу. Так или иначе, объем информации, поступившей от «Cassini», дал обильную пищу для решения вопросов строения и эволюции наиболее древних и «нетронутых» тел нашей системы.

Даже еще не завершенная обработка данных позволила получить подтверждение ранее робко высказанной гипотезы, согласно которой Феба есть «прародительница» других внешних спутников Сатурна. Еще в 2001 г. тот же Гладман с коллегами предположили, что некоторые из совсем мелких спутников этой планеты, обладающих определенным сходством с Фебой, вовсе не были захвачены гравитационным полем Сатурна, как считали многие, но откололись от Фебы в момент ее столкновения с крупным телом. Авторы гипотезы тогда предсказывали, что она сможет подтвердиться, если на Фебе будет обнаружен хотя бы один кратер ударного происхождения с диаметром не менее 50 км. Полученные «Cassini» изображения подтверждают существование там целого ряда таких кратеров.

Science. 2004. V.304. №5678. P.1727 (США).

Физика

Рентгеновская трубка с катодом из нановолокон

Специалисты из Технологического института г.Нагоя (Япония) разработали конструкцию сверхминиатюрной рентгеновской трубки с катодом из углеродных нановолокон. Она представляет собой стеклянную трубку диаметром 2 мм и длиной 5 мм, в которую впаяна трубка из нержавеющей стали внутренним диаметром 0.5 мм. Катод из молибденовой проволоки, на которой методом химического осаждения выращен слой вертикально ориентированных нановолокон, помещен внутрь стальной трубки.
В качестве мишени использовали медную пленку толщиной ~3 мкм, осажденную на алюминиевую пластинку толщиной 0.1 мм. Потенциал, приложенный к катоду, варьировали в диапазоне от 10 до 15 кВ, что обеспечивало ток электронной эмиссии 50 мкА (при более высоких значениях тока мишень повреждалась). Измерение вольт-амперных характеристик эмиттера показало их соответствие классической зависимости Фаулера-Нордгейма, что свидетельствует о полевом механизме эмиссии электронов. Спектр рентгеновского излучения состоял из двух линий (K_a и K_b) с максимумами вблизи 8 и 9 кэВ соответственно, наложенных на сплошной спектр, который обусловлен тормозным излучением электронов.

При испытаниях рентгеновской трубки получены изображения биологических объектов (в частности, листьев деревьев) с высоким уровнем разрешения, недостижимым при использовании традиционных коммерческих рентгеновских аппаратов.

Applied Physics Letters. 2004. V.85. Р.5679;
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/5_01_02/index.htm

Физика

Антенны из нанотрубок

Возможность изготовления антенн из многостенных углеродных нанотрубок подтверждена экспериментально на их упорядоченных массивах длиной L = 0.2-1.0 мкм (диаметр каждой нанотрубки равнялся около 50 нм).

Чувствительность антенны зависит от угла между ее осью и плоскостью поляризации излучения (эффект поляризации), а также от соотношения между L и длиной волны l (эффект длины). Максимальная чувствительность достигается при L = 0.5l, l, 1.5l и т.д. В эксперименте наблюдались оба эффекта.

К числу возможных практических применений нанотрубочных антенн относится, в частности, их использование в оптоэлектронике в качестве ИК-поляризаторов и детекторов.

Applied Physics Letters. 2004. V.85. P.2607;
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/5_03/index.htm

Энергетика

Нанотрубки для топливных элементов

Топливные элементы - это химические источники тока, обеспечивающие длительную непрерывную работу благодаря постоянному подводу к электродам жидких или газообразных реагентов. Топливо (метанол или водород) подается к одному электроду, а окислитель (обычно кислород) к другому. В качестве электролитов в последнее время стали использовать твердые полимеры. Применяемые в топливных элементах электрокатализаторы (ими служат металлы платиновой группы) создают на основе углеродных носителей - как правило, сажи или технического углерода. Недавние эксперименты показали, что замена их на углеродные нанотрубки или нановолокна позволит повысить активность электрокатализаторов (а следовательно, и эффективность работы топливных элементов). Это обусловлено уникальными свойствами нанотрубок и нановолокон - высокой удельной поверхностью, электропроводностью, прочностью.

В России ведутся успешные исследования и разработки в области топливных элементов (Водородная энергетика будущего и металлы платиновой группы. Межд. симпозиум. Сб. материалов. М., 2004. С.69, 135). В РНЦ «Курчатовский институт» занимаются топливными элементами с твердым полимерным электролитом. Исследователи из Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева разработали электрокатализаторы из наночастиц платины и палладия на основе углеродных нанотрубок и нановолокон (в том числе в виде «нанобумаги«). Добились успеха и китайские специалисты: они создали электрокатализатор из наночастиц платины на углеродных нанотрубках (10 вес.% Pt) для прямых метанольных топливных элементов.

Электрохимические характеристики катализатора зависят от размеров и морфологии углеродных нанотрубок и нановолокон, которые, в свою очередь, определяются размерами, формой и распределением частиц катализатора, а также условиями синтеза. Для создания эффективного носителя катализаторов для топливных элементов с твердым полимерным электролитом группа специалистов во главе с Ф.Юанем синтезировали методом термического каталитического CVD (Chemical Vapour Deposition - химическое осаждение из газовой фазы) и исследовали углеродные нанотрубки и нановолокна (скрученные и прямые) разных диаметров (Yuan F. et al. // Nanotechnology. 2004. V.15. №10. P.S596-S602). Лучшие результаты получены для нанотрубок и нановолокон с меньшими диаметрами, причем наиболее эффективными оказались скрученные нановолокна (возможно, их неровная поверхность способствует равномерному распределению частиц платины).

Можно надеяться, что уже в ближайшем будущем углеродные нанотрубки и нановолокна начнут работать в реальных топливных элементах.

Electrochemical and Solid-State Letters. 2004. V.7. №9. P.A286;
http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/5_01_02/index.htm

Генетика

Генетическая дивергенция у птиц

Если популяция какого-либо вида животных занимает обширную территорию, то в разных местах может происходить отбор на лучшую приспособленность к конкретным условиям. В результате между отдельными группами особей накапливаются генетические различия. Однако генетической дивергенции популяции, ее подразделению на группы, противостоит расселение особей, в первую очередь молодых. Если серьезных физических преград для перемещения нет, оно обычно рассматривается как случайный процесс, выравнивающий генетический состав популяции. На самом же деле расселение может привести и к обратному результату - возникновению генетических различий между соседними группами.

Недавно удивительные примеры пространственной сегрегации разных генотипов обнаружены в двух небольших популяциях обычнейшего в Евразии вида птиц - большой синицы (Parus major). Одни исследования велись в Голландии на о.Влиланд (Северное море) (Postma E., Noordwijk A.J.van // Nature. 2005. V.433. P.65-68), другие - в небольшом лесном массиве Витам, в окрестностях Оксфорда (Англия) (Garant D., Kruuk L.E.B., Wilkin T.A. et al. // Nature. 2005. V.433. P.60-65). В каждой из популяций есть по меньшей мере две группы особей, обитающих неподалеку друг от друга, но сохраняющих генетические различия. На о.Влиланд они проявляются в величине кладки (числе отложенных яиц), а в лесу Витам - в массе тела слетков. В обоих случаях расстояние между участками разных группировок не превышает 1-3 км, т.е. ничтожно мало по сравнению с тем, на которое эти птицы обычно перемещаются. Поскольку почти все синицы обследуемых популяций гнездятся в дуплянках (искусственных гнездах, изготовленных человеком), их легко отлавливать, маркировать и отслеживать их «родословные». Важно подчеркнуть, что весь период наблюдений (1975-1995 гг. на о.Влиланд и 1965-2000 гг. в лесу Витам) дуплянки оставались на одних и тех же местах.

На о.Влиланд выделены «западная» и «восточная» группировки. В «западной» средняя величина кладки на 1.15 яиц больше, чем в «восточной», но выживаемость птенцов понижена, видимо, из-за недостаточной их обеспеченности полноценным питанием. Разделение двух группировок на о.Влиланд не абсолютно: какое-то количество птиц, появившихся на свет на одном участке, для гнездования перемещается на другой. Кроме того, на Влиланд прилетают синицы с других островов или с материка.

Выяснилось, что около 40% наблюдаемой изменчивости размера кладки обусловлено генетически. «Восточная» группировка оказалась более изолированной - к ней ежегодно добавляется в среднем только 13% птиц из других мест, тогда как к «западной» - около 43%. Иммигранты несут гены, ответственные за более крупный размер кладки, и этот признак, вовсе не являющийся благом для жизни на острове, поддерживается в «западной» группировке.

В английской популяции синиц с 1965 г. значимо уменьшилась средняя масса слетков в восточной части леса Витам, а на севере осталась неизменной. Генетически «северная» группировка оказалась гораздо более гетерогенной, чем «восточная». Поскольку между соответствующими участками леса расстояние всего 2 км, а около 50% впервые гнездящихся синиц в каждой из группировок - это иммигранты, непонятно было, за счет чего поддерживаются генетические различия. Как выяснилось, главная роль принадлежит молодым птицам, которые, расселяясь из центральных районов лесного массива, отправляются по разным направлениям, в зависимости от своей массы! Более крупные особи, как правило, летят на север, мелкие - на восток. Подобная тенденция отмечается даже в одном и том же выводке! Причину ее авторы видят в различиях плотности популяции синиц: в восточной части она почти в два раза выше, чем в северной, и это создает серьезную нагрузку на кормовую базу в период выкармливания птенцов.

Главный вывод, который можно сделать на основе этих данных, сводится к тому, что генетические различия между группировками соседних территорий могут поддерживаться, а не сглаживаться за счет неравномерного расселения молодых особей.

Зоология

Остроумные методики исследований

Все более сложный характер исследований в области биологии земноводных и пресмыкающихся вынуждает герпетологов постоянно искать новые необычные методики. Пытливость настоящих ученых нередко приводит в таких случаях к маленьким изобретениям. Довольно простым, направленным на решение очень частных и специализированных задач, но при этом изящным и остроумным.

Вот сразу два таких оригинальных приспособления, описанных в одном из последних герпетологических журналов (Herpetological Review. 2004. V.35 (2). P.146-148, 153-154).

Первое связано с полевым изучением ядовитых змей. Работа, требующая особой осторожности и аккуратности: объект не только смертельно опасный, но и необычайно ловкий. Удерживать его в руках и одновременно обследовать, измерять, метить - дело не для слабонервных. Проблема и в том, как донести пойманную змею до лаборатории. Обычно ее сажают в мешок, но разгневанная и испуганная рептилия добровольно в него не полезет. Требуется проявить определенную сноровку, чтобы «упаковать» смертельную добычу, а затем ее из мешка извлечь. Змея может «ужалить» неосторожного исследователя, прокусив ткань мешка. Но риск этим не ограничивается. Обычно исследовательские работы предполагают общение со многими экземплярами, но сажать в один мешок более одной змеи не рекомендуется. А переносить множество таких угрожающих мешков по крайней мере несподручно.

С этими проблемами столкнулись американские герпетологи из Университета Обурна при наблюдениях за водяным щитомордником (Agkistrodon piscivorous). И нашли интересное решение. Они предложили использовать простое, но, как оказалось, весьма эффективное приспособление - полиэтиленовые трубки длиной 60 см и диаметром 4.2 см, которые с обоих концов плотно закрываются надежными крышками с отверстиями для доступа воздуха и воды.

Голову пойманного щитомордника направляют в отверстие трубки. Он, естественно, туда устремляется. Как только его передняя часть оказывается внутри, щитомордник уже никак не достанет исследователя. Теперь можно спокойно с ним работать: определить пол (это делается по основанию хвоста), проверить или нанести метку и т. д. Затем змее позволяют полностью заползти в трубку и закрывают отверстие. Следующую змею помещают в следующую трубку и т.д. Для удобства транспортировки трубки собирают в батарею с помощью простого держателя с гнездами, в которых они и закрепляются. В таких контейнерах щитомордники без видимых последствий могли находиться до суток. За три года исследований герпетологи перенесли в этих своеобразных футлярах более 300 экземпляров щитомордника, причем отдельные особи претерпевали такую процедуру до 12 раз. И никаких травм ни у животных, ни у исследователей!

С иной проблемой столкнулись немецкие герпетологи из Университета Вюрцбурга. Они вели наблюдения за мраморной лягушкой-поросенком (Hemisus marmoratus) в западноафриканской Республике Кот-д’Ивуар (прежде - Берег Слоновой Кости). Выяснять особенности биологии этой лягушки особенно трудно, поскольку она ведет роющий образ жизни и практически не показывается на поверхности. Чтобы следить за ней, специалисты использовали радиотелеметрию. Однако при этом каждой лягушке надо вживить под кожу крошечный радиопередатчик. Дело в герпетологии уже обычное. Но здесь-то и возникла проблема. Мало того что сразу после операции лягушка зарывается в землю, где послеоперационные швы могут легко инфицироваться. Находясь в стрессе от операции, она еще использует и свое коронное защитное оружие - сильно раздувает тело. И швы расходятся! Решение было найдено. Используя музейный (заспиртованный) экземпляр такой лягушки, герпетологи сделали из применяемого в стоматологии слепочного материала - альгинопласта - футляр, полость которого точно повторяет форму покоящейся особи. Футляр состоит из двух половинок и имеет отверстия для доступа воды и воздуха. Сразу после операции лягушку с имплантированным передатчиком помещали в этот футляр, где она не могла ни раздуваться, ни совершать резких движений. За три дня пребывания в нем швы надежно срастались, и животное выпускали в природу. Такую операцию успешно провели с пятью особями, за которыми потом весьма плодотворно наблюдали в природе.

Микология

Лишайники по желанию

Многие исследователи полагают, что симбиоз между грибом и водорослью в лишайнике мог неоднократно возникать и также неоднократно теряться в процессе эволюции грибов (Lutzoni F. et al. // Nature. 2001. V.411. P.937-940). Тем не менее обычно считается, что гриб из лишайника не может полностью пройти жизненный цикл в отсутствие водоросли. По-видимому, из этого правила есть исключения.

Исследователи из Университета г.Умео (Швеция) установили, что три представителя рода Stictis (сумчатые грибы, порядок Ostropales) развиваются двумя способами: на обнаженной древесине осины они растут как типичные сапротрофы (организмы, питающиеся мертвой органикой), а на коре - в симбиозе с зелеными водорослями, т.е. образуют накипной лишайник (Conotrema) (Wedin M. et al. // New Phytologist. 2004. V.164. P.459-465). Судя по молекулярным данным, Stictis и Conotrema - не разные роды, а разные жизненные формы видов одного и того же рода.

Впервые показано, что представители одного и того же вида гриба могут развиваться по-разному в зависимости от наличия подходящей симбиотической водоросли и типа субстрата (коры или мертвой древесины осины). Это явление - замечательный пример пластичности, позволяющей грибам наиболее эффективно использовать субстрат. Не исключено, что дальнейшее изучение механизмов возникновения факультативного (необязательного) симбиоза гриба и водоросли приведет к переоценке роли симбиоза в эволюции грибов и в освоении ими суши.

Этология

Врожденные способности новокаледонских ворон

Новокаледонские вороны (Corvus moneduloides) - непревзойденные мастера в изготовлении и использовании орудий труда. По крайней мере среди птиц им нет равных (Hunt G.R. // Nature. 1996. V.379. P.249-251). Было бы естественно предположить, что молодые вороны приобретают навыки столь непростого мастерства в ходе обучения, наблюдая, как это делают их более опытные сородичи. Однако способности новокаледонских ворон оказались врожденными! Об этом свидетельствуют результаты опытов, проведенных группой исследователей из Оксфордского университета (Kenward B. et al. // Nature. 2005. V.433. P.121).

Опыты были поставлены на четырех птенцах, выращенных в неволе. Ни один из них никогда не видел взрослых птиц. Два птенца выросли вместе и прошли курс обучения использованию инструментов у своих «приемных родителей»: люди показывали птенцам, как извлекать с помощью палочек кусочки пищи из щелей и отверстий. Два других птенца росли в одиночестве и никогда не видели, как можно использовать орудия труда. В итоге все четыре вороны научились применять палочки для извлечения пищи почти одновременно, в возрасте немногим более двух месяцев. На несколько дней раньше других этой техникой овладел один из птенцов-одиночек, никогда в жизни не видевших ничего подобного.

На тех же четырех птицах проверили способность необученных ворон сооружать орудия труда из листьев пандануса (Pandanus), которые используются для этой цели дикими воронами. В первый же день знакомства с такими листьями один из трехмесячных птенцов - необученный и выросший в одиночестве самец по кличке Корбo - изготовил качественный прутик длиной 13 см и немедленно испытал его, успешно извлекая еду из щелей. Три других птенца так и не научились делать из листьев пандануса орудия труда. У Корбо сделанные им приспособления отличались по форме от приспособлений, обычно используемых дикими воронами.

Таким образом, способность изготавливать и применять орудия труда у новокаледонских ворон врожденная. Обучение может лишь дополнять и видоизменять эти врожденные навыки.

Результаты экспериментов позволяют заподозрить наличие врожденных способностей и у других видов животных со сложным поведением, определенные черты которого кажутся на первый взгляд приобретенными в ходе обучения у владеющих мастерством сородичей.

История науки. Экология

Поллютанты на острове Росса

В 2001-2002 гг. американские и новозеландские экологи исследовали о.Росса, расположенный в море Росса (Антарктика). В начале XX в. здесь были созданы базы первопроходцев Шестого континента: крупное деревянное здание первой экспедиции Р.Скотта на мысе Хат, дом Э.Шеклтона и его коллег на мысе Ройдс и жилище второй экспедиции Скотта на мысе Эванс с павильоном для изучения земного магнетизма. По окончании работ на острове остались запасы продовольствия, строительные материалы, металлические изделия, различные химикаты, краски, емкости с нефтепродуктами, большое количество асбеста (См. также: Генеральная уборка Антарктиды // Природа. 2002. №9. С.28), а на базе Шеклтона - еще и автотягачи, впервые доставленные в Антарктиду для проведения дальних санных походов…

Сами здания в сухом и холодном климате прекрасно сохранились, но вышеперечисленные предметы и вещества (их общий список исчисляется тысячами) под воздействием абиотических факторов и уникальной микрофлоры сильно деформировались и стали источниками загрязнения природной среды. Например, возле строения на мысе Ройдс отмечено повышенное содержание свинца; у дома на мысе Эванс грунт обильно усеян асбестовой крошкой; повсеместно отмечены концентрации различных углеводородов, значительно превышающие ПДК. Их миграция по звеньям трофической цени может неблагоприятно воздействовать на биоту материка.

Экологи предлагают ряд мер по очищению Антарктики от поллютантов и возвращению ее к первозданной чистоте.

Polar Record. 2004. V.40. №213. P.143-151 (Великобритания).

Геология

В Мексиканском заливе извергался асфальт

Еще лет 30 назад американские геологи-поисковики обнаружили в южной глубинной части Мексиканского залива небольшие выходы асфальта, но развития эти исследования не получили, поскольку нефти эти выходы не сулили. В 2004 г. акваторию детально изучала американо-германо-мексиканская экспедиция с борта немецкого научного судна «Sonne«, принадлежащего Бременскому университету и выполнявшего международную программу «Окраины океана«. Научным руководителем работ был И.Макдоналд (I.MacDonald; Техасский университет в Корпус-Кристи, США).

В районе подводных холмов Кампече, в 200 км к югу от ранее изученной акватории, на глубине 3 тыс. м были обнаружены многочисленные сильно рассеченные соляные купола, а также мощные напоминающие лаву потоки, образовавшие целые поля отвердевших асфальтов. Предполагают, что они вытекали на океаническое дно при температурах значительно более высоких, чем температура воды, которая сейчас составляет 4°С.

Холмы Кампече представляют собой соляные диапиры (приповерхностные магматические тела в форме перевернутой капли), вздымающиеся над эвапоритовыми породами, которые подстилают континентальный склон, где в разных местах содержатся крупные залежи нефти. Здесь же находятся многочисленные обломочные брекчии, возникшие, вероятно, при падении около п-ова Юкатан гигантского астероида, образовавшего подводный кратер Чиксулуб.

По первым спутниковым изображениям здешнего дна участники экспедиции построили подробную (57ґ87 км) батиметрическую карту. На ней хорошо различимы холмистые поля средней площадью 5ґ10 км² при перепаде высот от 450 до 800 м; крутизна склонов составляет от 10 до 20°.

Особенно информативным оказался сильно рассеченный холм (21°54’с.ш., 93°26’з.д.), получивший название Чапопоте. Его отличают мощные потоки отвердевших асфальтов, вытекших когда-то из расщелин грабена у его южной кромки. Один из потоков полукольцевой формы имеет не менее 15 м ширины, другие же в основном прямолинейны, местами достигают более 20 м ширины. Внешне все они напоминают образования гавайских базальтовых лав. Общая поверхность асфальтовых потоков несколько превышает 1 км².

Биологи, входившие в состав экспедиции, обнаружили, что окрестности холма Чапопоте населяют сообщества донных организмов, богатые по численности и разнообразию. Во многих местах асфальты покрыты белой бактериальной пленкой; распространены трубчатые черви (Vestimentifera); часто встречаются крупные двустворчатые моллюски, включая семейство Vesicomyidae, и моллюски Bathymodiolus. Среди местной фауны биологи отмечают также крабов и мелких креветок, некоторых рыб и беспозвоночных, не являющихся эндемиками. Криноиды (морские лилии) и мягкие кораллы охотно прикрепляются к асфальтовым «подушкам» на нижних склонах застывшего потока. Ученым удалось поднять на борт судна 75-килограммовый блок подводных асфальтов вместе со скоплением трубчатых червей и осадками, увенчивающими гребень холма. Обработка огромного массива данных продолжается.

Science. 2004. V.304. №5673. P.999 (США).

Геофизика

Статистика циклонов

Климатическая система Земли состоит главным образом из атмосферных вихрей: циклонов, несущих осадки, и антициклонов с длительной устойчивой погодой. По данным Европейского центра среднесуточных прогнозов, за период 1950-2000 гг. по территории, расположенной между 20° и 80°с.ш., только циклонов прошло свыше полумиллиона.

Региональные изменения климата, частота более или менее экстремальных событий - засух, наводнений, длительных периодов жары или холода - все это непосредственно влияет на экономику страны, здоровье людей. Вот почему важно не только предвидеть риски от неблагоприятных явлений, но также не упускать возможности на базе прогнозов переориентировать, например, сельское хозяйство на культуры, более пригодные в условиях нового климата.

Группа сотрудников Института физики атмосферы им.А.М.Обухова РАН и Института глобальной экологии и климата Росгидромета занимается выявлением экстремальных атмосферных образований, изучением их статистических свойств и распределения. Академику Г.С.Голицыну (Институт физики атмосферы РАН) на основе детального описания 18 полярных ураганов, пронесшихся над Данией в 1980-1990 гг., удалось, несмотря на кажущуюся скудость статистики, выявить ряд общих статистических закономерностей, присущих как тропическим, так и внетропическим циклонам, а также найти соотношение между размером вихря и его интенсивностью, которая измеряется падением давления в его центре.

Распределение этих 18 ураганов по энергиям отвечает экспоненциальному распределению Больцмана - это же было найдено Голицыным с соавторами для гораздо большего числа событий, что позволило осуществлять программу обработки данных по числу объектов уже порядка миллиона.

Все атмосферные вихри характеризуются прежде всего разностью давления в центре и на периферии. В средних и высоких широтах движение масс геострофично, т.е. хорошо уравновешивается силой Кориолиса. Опуская используемый автором математический аппарат, приведем вытекающие из формул выводы.

Исходя из соображений размерности, площадь циклона можно оценить как функцию двух величин: дефицита давления в его центре и параметра Кориолиса. Та же оценка получена для геострофического приближения и соотношения Бернулли. На этой основе и определяется кинетическая энергия циклона. Распределение же числа циклонов по их кинетической энергии подчиняется, как отмечено выше, экспоненциальной статистике Больцмана. Результаты, полученные с помощью ретроспективного анализа данных Европейского центра среднесуточных прогнозов, дают значения коэффициента корреляции, близкие к 0.9 как для всего полумиллионного массива циклонов, так и для отдельных месяцев (50 январей, 50 августов и т.д.).

Доклады Академии наук. 2005. Т.401. №1. С.72-74 (Россия).

Сейсмология

Как противостоять землетрясениям?

С самим подземным толчком человечество не умеет и, надо полагать, не скоро научится бороться, но вот снижать уровень потерь от него становится все более доступным. Опыт показывает, что сильное землетрясение способно погубить и ранить сотни и даже тысячи человек, оставив без крова десятки тысяч. При этом местные больницы бывают повреждены настолько, что не могут принимать пострадавших, население остается без электричества, воды, пищи, газоснабжения, транспортная система рушится, возникают пожары и т.д. Даже в таких, с одной стороны, развитых, а с другой - сейсмоактивных регионах, как штат Калифорния или Японские о-ва, где давно уже ведется сейсмостойкое строительство, оценки потерь от неизбежных толчков невероятно высоки.

Американские специалисты считают, что в районе Хайуордского разлома земной коры, проходящего вблизи Сан-Франциско, вероятность мощного землетрясения до 2031 г. составляет 25%. Если его магнитуда достигнет 6.7 по шкале Рихтера (что не является абсолютным максимумом), оно, полагают исследователи, унесет от 3 до 8 тыс. человеческих жизней и только прямых убытков причинит на сумму от 170 до 225 млрд долл. В случае повторения событий, происшедших в пригороде Токио - Канто в 1923 г., когда магнитуда составила 8 баллов по шкале Рихтера, с жизнью расстанутся приблизительно 60 тыс. человек, а ущерб превысит 2 трлн долл. США. Согласно официальным оценкам, прямые убытки от сейсмических явлений в США составляют в наше время не менее 4.4 млрд долл. в год.

Чтобы уменьшить последствия таких трагических событий, ныне уже имеются достаточные возможности: это и составление точных локальных карт с указанием степени риска для каждой местности, и разработка совершенных правил сейсмостойкого строительства, и создание новых систем и материалов для такого строительства, реконструкция и укрепление старых сооружений и т.п. Однако, как отмечает ведущий эксперт в этой области У.Лейт (W.Leith; Геологическое управление США в Боулдере), первичные данные, описывающие характер поведения зданий и сооружений при возникновении предельных нагрузок, а также результаты их анализа весьма скудны и часто субъективны. Использование лабораторных данных затруднено из-за недостаточного понимания процесса взаимовлияния почв и сооружений, особенно в случаях возбуждения высокочастотных колебаний.

Специалисты считают необходимым организовать широчайший сбор реальной информации о подвижках земной поверхности, о накапливающемся в недрах напряжении, смещении пластов земной коры в сейсмоактивных областях - и только тогда появится возможность строить правдоподобные модели грядущего события и принимать решения о том, какого типа здания допустимо возводить или восстанавливать в каждой конкретной местности.

Шаг в нужном направлении сделан в США. Геологическое управление и его национальная сейсмическая система начали широкую модернизацию и расширение сети наблюдений; только в крупных городах и пригородах предстоит задействовать около 6 тыс. сейсмостанций данной сети. Помимо этого, Национальный научный фонд США создает свою систему NEES (Network for Earthquake Engineering Simulation - Сеть моделирования инженерной сейсмологии), цель которой состоит в анализе данных о колебаниях земной поверхности и связанном с ними поведении различных сооружений и объектов инфраструктуры. На специальных слушаниях, проведенных недавно в Конгрессе США, была утверждена Национальная программа сокращения опасности от землетрясений. По плану, составленному Институтом изучения проблем инженерной сейсмологии, предлагалось более чем вдвое повысить государственные ассигнования на эту программу. Но реально за истекшие четыре года выделена лишь десятая часть необходимых средств.

Американские ученые с горечью приводят в пример Японию, где после страшного землетрясения 1995 г. в Кобе (о.Хоккайдо) средства на регистрацию событий и анализ данных были доведены правительством до 1 млрд долл. Хотя площадь Японских о-вов и штата Калифорния вполне сопоставимы, в Стране восходящего солнца насчитывается вдесятеро больше сейсмостанций, регистрирующих сильные смещения земной коры; существует там и Национальная сеть прогноза и предупреждения о возможных подземных толчках.

Сейсмологи США провели анализ событий, связанных с организованным террористами в 1995 г. взрывом административного здания в г.Оклахома-сити. В известной мере его можно уподобить естественному землетрясению, причем сила первоначального толчка, его гипоцентр и другие параметры было несложно определить по количеству и свойствам заложенной преступником взрывчатки. По заключению специалистов, число жертв и размеры разрушений могли бы оказаться куда меньшими, если бы здание возводилось с учетом правил сейсмостойкого строительства. К 2010 г. объем строительства новых зданий и сооружений в США достигнет, по оценкам, 1 трлн долл. в год. Сейсмологи подчеркивают, что сравнительно небольшие затраты, учитывающие опасность землетрясений, привели бы к весьма значительной экономии таких средств в случае неизбежных стихийных бедствий.

Science. 2004. V.304. №5677. P.1604 (США).

Гидрография

«Почему бы нет?»

14 октября 2004 г. на французской верфи в г.Сент-Назер состоялась торжественная церемония присвоения имени новому строящемуся гидрографическому судну «Pourquoi-Pas?» («Почему бы нет?» - фр.). Это судно длиной 105 м будет нести на борту два глубоководных аппарата и два гидрографических катера. Общая площадь лабораторных помещений составит 950 м², в них сможет работать 40 специалистов. На «Pourquoi-Pas?» будут проводиться исследования по совместным программам военно-морского флота Франции и Французского института по исследованию Мирового океана (Institut Francais de Recherche pour l’Exploitation des Mers - IFREMER).
Присвоение новому крупнотоннажному судну имени «Pourquoi-Pas?» - дань глубокого уважения мореведческой общественности Франции к заслугам видного гидрографа Ж.-Б.Шарко (J.-B.Charcot), проводившего гидрографические съемки у берегов Антарктиды и Северной Атлантики в первой трети XX в. Три яхты, на которых он работал в разные годы, носили одинаковые имена - «Pourquoi-Pas?».

Решением Международной гидрографической организации в период проведения работ по программам Международного полярного года 2007/2008 будут выполнены гидрографические съемки западных берегов Антарктического п-ова, пионером исследования которых (1908-1910) был Шарко, что еще раз станет признанием его заслуг.

Hydro International. 2005. V.9. E2. P.10-11 (Нидерланды).

Археология

От руин древнего курорта - к музею

Как всем известно, 24 августа 79 г. н.э. извержение Везувия уничтожило стоявшие у подножия вулкана города Помпеи и Геркуланум. Одновременно с лица Земли был стерт приморский курортный городок Стабии - горстка роскошных вилл, где любили отдыхать придворные императоров и богачи древнего Рима.
Хранившиеся под слоями пепла библиотеки, мозаики и другие художественные ценности и изысканная домашняя утварь не могли не привлечь внимание специалистов - историков и археологов, начавших работать здесь еще в XVIII в.

Ныне на руинах г.Стабии уже более шести лет совместно ведут раскопки ученые Римского университета и Мэрилендской школы архитектуры (США). Ими поставлена задача создать на этом месте крупный археологический парк, который служил бы целям и науки, и международного туризма.

Уже сегодня вскрытые предметы древней истории, археологии, культуры, латинской мифологии стали доступны для всеобщего обозрения на временной выставке, открытой в мае 2004 г. в стенах Смитсоновского института в Вашингтоне. Выставка пользуется мировой популярностью. По ее завершении все экспонаты вернутся в Италию.

Science. 2004. V.304. №5672. P.820 (США).

КАЛЕЙДОСКОП

Проверка общей теории относительности
Аэроледомер
Не было бы счастья, да несчастье помогло
Гидрология Ладожского озера
Захоронение с повозкой

Космология

Проверка общей теории относительности

20 апреля 2004 г. с американского космодрома Ванденберг (штат Калифорния) ракета «Delta II» вывела на полярную орбиту (высота над Землей 640 км) спутник «Einstein Gravity Probe B». Цель эксперимента - проверка общей теории относительности Эйнштейна, согласно которой пространство-время искривлено, что может быть подтверждено или опровергнуто путем измерений данного фактора в ходе перемещения Земли в космосе.

Четыре охлаждаемых жидким гелием гироскопа на борту спутника, измеряющих ориентацию с точностью 0.1 мс дуги, регистрируют прецессию (относительное изменение направления земной оси), происходящую при искривлении пространства-времени в случае справедливости данной теории. Космический зонд «Einstein» медленно вращается вокруг оси, которой служит прямая, направленная на звезду IM в созвездии Пегаса, находящуюся «под наблюдением» специального телескопа.

Результаты эксперимента, который продлится около года, пока на спутнике не исчерпаются запасы жидкого гелия, с нетерпением ожидают физики, астрономы, геофизики, специалисты по космологии и даже философы.

Spaceflight. 2004. V.46. №6. P.231 (Великобритания).

Гидрология

Аэроледомер

Исследования ледяного покрова рек предпочтительно вести дистанционными методами, в частности с помощью радиолокации. Этот метод разработан для изучения слабопоглощающих геологических сред. В нем используются электромагнитные волны, отраженные от границ раздела сред с различными электрофизическими свойствами. Сотрудники Якутского управления гидрометслужбы (Якутск) разработали на базе георадиолокатора ОКО-М1 макет аэроледомера и провели его испытания в период формирования ледяного покрова рек.

Влияние снежного покрова и торосов на результаты радиолокационных зондирований проверялось на участке р.Лены протяженностью 1300 м. Установлено, что толщина льда меняется в пределах 125-178 см, причем его мощность увеличивается от береговых зон к фарватеру. Сигнал, отраженный от границы воздух-снег, в три-четыре раза слабее сигнала, отраженного от границы снег-лед. Следовательно, снежный покров не препятствует радиолокационным измерениям. По сравнению с данными ручных измерений мощность льда при радиолокации фиксируется с погрешностью всего около 1%.

Испытания аэроледомера по определению внутриводного льда проводились на р.Лене. Результаты радиолокации на участках с наличием внутриводного льда толщиной 1-2 м были подтверждены непосредственными измерениями, что доказало перспективность метода.

Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 1. СПб., 2004. С.33-34 (Россия).

Химия атмосферы

Не было бы счастья, да несчастье помогло

В августе 2003 г. весь северо-восток США и юго-восток Канады внезапно погрузились во тьму: вышла из строя система энергоснабжения этого региона. Но для тех, кто изучает химический состав атмосферы, выдалась неожиданная возможность объективно оценить размеры выбросов продуктов сжигания на ТЭС и их роль в загрязнении воздушного пространства. В первую очередь удалось определить эффект от поступления в атмосферу диоксида серы (SО₂) и окислов азота (NO_x). Эти вещества в данном регионе выбрасываются более чем сотней ТЭС. Кроме того, был оценен вклад энергетики в процессы образования смога и дымки, давно являющихся бичом здешних городов.

Американский специалист по химии атмосферы Маруфу (Marufu) организовал серию измерений с самолетов-лабораторий над центральной частью штата Пенсильвания, оказавшейся «ядром» охваченной затемнением территории, а также над западными районами штата Мэриленд, где подача электроэнергии не прерывалась. Эксперимент начался примерно через сутки после случившегося перебоя. Оказалось, что концентрация SО₂ и О₃ над Пенсильванией в тот момент уже стала намного ниже, чем над западным Мэрилендом утром того же дня, и в сравнении с наблюдавшейся в небе Пенсильвании годом раньше. Рассеяние света, вызываемое мелкими взвешенными в атмосфере частицами промышленного происхождения, существенно сократилось, так что видимость улучшилась до 40 и более километров.

Эти наблюдения показали, насколько точна оценка, даваемая цифровыми моделями, роли специфических источников загрязнения атмосферы в районах расположения промышленных объектов.

Geophysical Research Letters. 2004. V.31. №10. P.1029 (США);
Science. 2004. V.305. №5685. P.755 (США).

Гидрология

Гидрология Ладожского озера

Ладожское озеро - самое крупное в Европе (17 700 км²). Разнообразие видов биологических сообществ в таких больших озерах, их пространственная неоднородность и временная изменчивость контролируются главным образом температурой и прозрачностью воды. В пресноводных бассейнах именно пространственное распределение температуры приводит к формированию неоднородных полей плотности в вертикальной и горизонтальной областях, а вкупе с ветровым воздействием - к трехмерным движениям водных масс, что влияет на перераспределение биогенных элементов и биоты.

В Институте озероведения РАН (Санкт-Петербург) на основе базы данных и созданной информационно-диагностической системы впервые для крупных озер мира получены и проанализированы среднесуточные (типичные) пространственные распределения температуры воды в поверхностном слое и на горизонтах 20 и 50 м. Для Ладожского озера создана многоцелевая база данных, позволяющая получать статистически значимые гидрологические характеристики всего озера и отдельных его районов. В настоящее время она содержит 180 тыс. различных показателей (температура и влажность воздуха, облачность и прозрачность верхнего слоя озера в период открытой воды и т.д.) за 1898-2003 гг. Ее информативность превысила 200 знаков на 1 км³.

На основе информационно-диагностической системы впервые для Ладожского озера (при уточненном его объеме) рассчитано теплосодержание водоема в целом и отдельных его районов, разработаны многолетние схемы положения весенней фронтальной зоны, построены карты изолиний, определяющих начало и продолжительность «биологического лета», распределение максимальных температур воды и воздуха. Результаты проведенных исследований позволяют не только дать характеристику пространственно-временной термической дифференциации вод озера, но и корректно планировать полевые наблюдения в зависимости от сезона.

Тезисы докладов VI Всероссийского гидрологического съезда. Секция 1. СПб., 2004. С.88-89 (Россия).

Археология

Захоронение с повозкой

Кельтская традиция хоронить знатного человека вместе с повозкой, судя по погребениям VI-II вв. до н.э., существовала на территории современных Бельгии, Германии, Франции и Англии. Недавно такое захоронение (оно датируется периодом между 520 и 370 г. до н.э.) обнаружили значительно севернее - в Шотландии.

По типу повозки определили, что изготовили ее британские мастера, однако одна особенность роднит ее с французскими и бельгийскими изделиями: экипаж сработан так, чтобы его можно было разобрать перед закапыванием в землю. Это обстоятельство позволяет предположить, что контакты между жителями Британских о-вов и их континентальными соседями были гораздо более тесными, чем считалось ранее.

La Recherche. 2005. №382. P.18 (Франция).

КОРОТКО

Исландский подвид большого веретенника (Limosa limosa islandica) гнездится в Исландии, а зимует в более теплых краях. Самец и самка, составляющие в период размножения дружную пару, с началом сезона миграции расстаются и улетают в разные места, находящиеся иногда очень далеко друг от друга (среднее расстояние почти 1000 км). На родину «супруги» возвращаются почти одновременно. Распадается семья редко - лишь в тех случаях, когда один из партнеров опаздывает более чем на восемь суток.

Terre Sauvage. 2004/2005. №201. P.48 (Франция).

Зоологи Д.Уилсон и Ж.Эйр (D.Wilson, J.Hare; Университет провинции Манитоба, Канада) убедительно показали, что земляная белка североамериканских прерий издает сигналы тревоги на ультразвуковых частотах порядка 50 кГц. Если летучие мыши и дельфины используют ультразвук только для ориентации в пространстве и поиска жертв, то земляные белки с помощью ультразвука, не воспринимаемого их потенциальными врагами, сообщают сородичам о вероятной угрозе. Столь эффективный способ коммуникации позволяет этим зверькам не дать застать себя врасплох и вовремя узнать, откуда приближается опасность.

Science et Vie. 2005. №1049. P.71 (Франция).

РЕЦЕНЗИЯ

В.А.Есаков.
ГЕОГРАФИЯ В МОСКОВСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
(ОТ ОСНОВАНИЯ ДО ОРГАНИЗАЦИИ
ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА: 1755-1938)
Отв. ред. Н.С.Касимов.
М.: Изд-во МГУ, 2004. 184 с. Зоология

«Описание обитаемого нами земного шара»

В.В.Глушков,
доктор географических наук
Институт истории естествознания и техники им.С.И.Вавилова РАН
Москва

Монография В.А.Есакова приурочена к 250-летию Московского государственного университета им.М.В.Ломоносова и посвящена созданию университетской географической школы в период 1755-1938 гг. В год своего 80-летия Василий Алексеевич Есаков - почетный член Русского географического общества, доктор географических наук, профессор - выпустил новую монографию, посвященную своей alma mater. В МГУ он поступил еще во время Великой Отечественной войны, воевал под Ленинградом, участвовал в прорыве блокады. Весной 1943 г. был тяжело ранен: частичная потеря зрения, ампутация правой руки, инвалидность. Вопреки всему, в 48-м он становится аспирантом кафедры истории географии. На избранном поприще Василий Алексеевич вырос в крупного ученого, получил заслуженное международное признание. 60-летие Победы он встретил в строю ветеранов на Красной площади.

Выводы автора рецензируемой книги базируются на малоизвестных и неизвестных материалах, хранящихся в фондах Государственного исторического музея в Москве и Московской обл., отдела рукописей Российской государственной библиотеки, архива МГУ, Центрального государственного исторического архива в Санкт-Петербурге, а также на монографиях, учебниках и исторических очерках, изданных в России во второй половине XVIII - начале XXI в., на ранних научных работах автора.
Узкие рамки рецензии не позволяют подробно осветить все проблемы, нашедшие отражение в монографии, поэтому здесь мы остановимся только на кратком анализе истории становления и развития университетской географии в период от середины XVIII до конца XIX в., а также на отдельных персоналиях, трудами которых география заняла достойное место среди других научных дисциплин.

Первым среди равных можно назвать Х.А.Чеботарева (1746-1815) - выпускника философского факультета Московского университета, ставшего в 1803 г. ректором университета. Еще в ранний период своей педагогической деятельности он написал книгу «Географическое методическое описание Российской империи с надлежащим введением к основательному познанию земного шара и Европы» (1776), которая, «будучи образцовою <…> в своем роде», служила долгие годы учебником по географии в университете и других учебных заведениях России. В ней, пожалуй, впервые были определены задачи географии, дано «разделение» ее «по предмету» на математическую, физическую и историческую, «по времени» - древнюю, среднюю и новую, «по обширности» - на всеобщую, частную и особенную (топографию). «География, - писал Чеботарев, - есть описание обитаемого нами земного шара, купно с его жителями».

Основной и наиболее ценной частью книги, по мнению Есакова, служит глава «География России». В ней дана полная картина и подробное описание губерний Российской империи, населяющих их народов и их быта, значительное место уделено азиатской части России и северным землям.

С 1799 г. географию и историю в Московском университете читал Н.Е.Черепанов (1762-1823) - профессор всемирной истории, статистики и географии, декан отделения словесных наук. В 1792-1793 гг. он написал книгу «Историко-географическое учение» в двух частях - учебное пособие для студентов, в котором рассмотрел и теоретические вопросы географической науки. Так, географию автор относил уже к наукам естественно-социальным. Объектом ее изучения он считал естественное состояние Земли и общественно-экономическую жизнь народов.

«География, или землеописание, - писал Черепанов, - есть основательное описание земли в рассуждении естественного качества и общественного устроения народов на лице земном». При этом география, по его мнению, должна изучать составные части земного шара вместе с окружающей его атмосферой и в тесной связи с космографией (мироописанием). В первой части своей книги он впервые дал деление географии на физическую географию («описание органической и неорганической природы»), гидрологию («описание в рассуждении воды») и климатологию («описание в рассуждении воздуха»).

Вторая часть была посвящена вопросам методологии науки и истории древнего мира. Указывая на непрерывность изменений земной поверхности во времени, Черепанов различал изменения, «производимые самою природой», и изменения, производимые деятельностью человека. По его мнению, географическую среду, в которой живет человек, можно и должно изменять. Эти идеи были созвучны с идеями М.В.Ломоносова.

Оценивая труды Чеботарева и Черепанова, профессор Есаков отмечает их высокую значимость для географии конца XVIII - начала XIX в. Если первый создал образцовое учебное пособие и придерживался традиционного страноведческого направления, то второй выступил, прежде всего, как методолог-теоретик.
По университетскому уставу, утвержденному в 1804 г., преподавание географии и статистики должно было осуществляться на двух вновь созданных кафедрах: кафедре всемирной истории, статистики и географии и кафедре истории, статистики и географии Российского государства. С того времени география и статистика становятся обязательными предметами преподавания в Московском университете. Однако полных и систематических курсов этих дисциплин в университете не было, да и читать их было некому. Они продолжали оставаться придатком истории, а часто и подменяли одна другую.

Естественно-историческое (природоведческое) направление географии в первые десятилетия XIX в. развивалось в системе естественных наук на физико-математическом отделении философского факультета. Здесь были представлены родственные физической географии кафедры и читались те курсы, которые составляли начальные основы ее содержания: физика, геодезия, ботаника, зоология и минералогия.

Одним из ярких представителей природоведческого направления географии был И.А.Двигубский (1771-1839) - выпускник медицинского факультета Московского университета, серьезно увлекавшийся естественными науками, а позже декан физико-математического отделения, проректор и ректор университета. В молодые годы он преподавал физику в университете и Благородном пансионе, занимался научными исследованиями в области зоологии. В 1802 г. получил докторскую степень за описание подмосковной фауны, затем стажировался в Геттингене, Париже и Вене в «натуральной истории и химии». В его ранней работе «Слово о нынешнем состоянии земной поверхности» (1806) были отражены и развиты идеи Ломоносова об эволюции суши, происхождении и генезисе рельефа. Этот труд профессор Есаков считает выдающимся, особенно по части геоморфологии. Высказанные Двигубским идеи способствовали развитию физической географии, а некоторые из них не утратили своего значения и в настоящее время.

В зрелые годы, будучи первым русским автором оригинальных учебников по естествознанию, а также физиком, ботаником, зоологом и палеонтологом, Двигубский провел серьезную терминологическую работу, дал классификацию наук, исходя из того, что естествознание, или «физика в обширном смысле», подразделяется на ряд дисциплин (астрономию, физическую географию, естественную историю, химию и физику), тесно связанных между собой.

В 1852 г. профессор политической экономии и статистики И.В.Вернадский - отец академика Владимира Ивановича Вернадского - в своей работе «Задачи статистики» дал определение географии и привел различие между географией и статистикой по предмету, т.е. по существу, на что многие ученые не обращали внимание, считая их почти равнозначными. «География имеет предметом, - писал он, - известные проявления и влияние законов местности, или просто есть изложение законов местности; статистика исследует законы общества. Для этого география описывает почву, вид страны, статистика - общество, в ней существующее. Следовательно, география описывает внешность в возможных ее видоизменениях и рассматривает возможные влияния как на нее, так и ее самой на население и т. д., ища в этих явлениях последовательности, связи и естественной законности. Статистика ищет и излагает законы общества и, следовательно, имеет предметом круг видоизменений последнего и постороннего на него влияний». Эти идеи нашли поддержку ряда видных ученых, в том числе П.И.Кеппена и Д.И.Менделеева, однако не получили дальнейшего развития в Московском университете.

Во второй половине XIX в. разработчиком многих отpаслей естествознания был академик Д.M.Перевощиков (1790-1880) - математик, астроном и естествоиспытатель. Его научная деятельность, связанная с Московским университетом, сначала в качестве преподавателя математики, профессора астрономии, а затем декана 2-го отделения философского факультета, проректора и ректора, была исключительно плодотворной. Eгo работы по физической геогpафии и математической картогpафии отличались оригинaльностью и новизной мeтодов исследования. Например, в 1833 г. при его непосредственном участии и под его руководством магистр Н.Е.Зернов определил общую площадь Российской империи, которая составила 16 207 033 кв. версты (17 289 663 км²). В основу этой работы были положены «Генеральная карта» Азиатской России (1825) и «Почтовая карта» европейской части России (1827) - лучшие географические карты того времени.
По университетскому уставу, принятому в 1863 г., кафедра физики и физической географии на физико-математическом факультете была разделена на две самостоятельные кафедры: физики и физической географии. Последнюю возглавил А.Г.Столетов (1839-1896) - выпускник физико-математического факультета Московского университета, в будущем выдающийся физик. Его усилиями кафедра была превращена в кафедру математической физики и физической географии. Физическая география Столетова интересовала мало, он не чувствовал к ней большого призвания, рассматривая в своих курсах развитие основ метеорологии, «выставляя всегда на первый план физические основы учения».

Этой же точки зрения придерживались и его ученики, например, Н.А.Зворыкин, написавший для студентов «Лекции по физической географии» (1885), рекомендованные для изучения курсов физической и общей географии. «Физическая география, - писал автор во введении, - занимается изучением физических явлений, имеющих место на Земле, т.е. явлений теплоты, магнетизма, электричества, явлений движения в атмосфере, а также явлений вулканизма, колебаний почвы и других, находящихся с упомянутыми явлениями в более или менее тесной связи».

По оценке Есакова, физическая география в указанный период была скорее геофизикой. Подтверждением служит то, что для получения степени магистра и доктора физической географии требовалось держать экзамены по метеорологии, земному магнетизму, электрическим и оптическим явлениям в атмосфере, физике с механической теорией теплоты.

После принятия нового устава (1884) в университете была открыта кафедра географии и этнографии. Ее возглавил Д.Н.Анучин (1843-1923) - выдающийся географ, антрополог, этнограф и археолог. Будучи выпускником физико-математического факультета, он первоначально занимался исследованиями в области зоологии, затем обучался в Сорбонне, Берлинском и Лейпцигском университетах, изучал антропологию и этнографию. В 1880 г. защитил магистерскую диссертацию, был избран доцентом по кафедре антропологии. В 1889 г. за научные труды в области географии и антропологии ему была присуждена ученая степень доктора географии. Позже он был избран почетным членом Академии наук, а также многих русских и заграничных ученых обществ.

Одной из первых инициатив Анучина стало его предложение о переводе кафедры географии и этнографии с историко-филологического на физико-математический факультет, поскольку «география <…>, - писал он, - это наука естественная <…>, плодотворное занятие ею требует не только знакомства с физикой, но и с естественными науками (геологией, биологией); прогресс в разработке ее отдельных отраслей - климатологии, гидрографии, орологии, биологической географии, картографии, даже хорографии - может обуславливаться главным образом трудами натуралистов и математиков, прилагающих к изучению явлений и форм наблюдения, опыт и вычисление, т.е. пользующихся всеми общепринятыми в естествознании методами и способами исследования». Большое значение для развития географии в университете имели созданные Анучиным научно-вспомогательные учреждения - географический кабинет и географический музей.

Таковы, собственно, основные этапы становления и развития отечественной университетской географии (середина XVIII - конец XIX в.), что стало теперь общеизвестно благодаря выходу в свет новой интересной книги профессора Есакова. На наш взгляд, эта работа должна быть продолжена и ее временные рамки расширены.

НОВЫЕ КНИГИ

МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОДЕКС ЗООЛОГИЧЕСКОЙ НОМЕНКЛАТУРЫ. Пер. с англ. и фр. И.М.Кержнера; Ред. пер. А.П.Андрияшев, Я.И.Старобогатов. 4-е изд. М.: Т-во науч. изд. КМК, 2004. 223 с.

Новое издание Международного кодекса зоологической номенклатуры, опубликованное на английском и французском языках, вступило в силу с января 2000 г.; теперь переведено и на русский. Как и у всех предшествующих, его основная цель - обеспечить максимальную универсальность и преемственность научных названий. Этот справочник - настольная книга для зоологов, занимающихся систематикой всех групп животных как настоящих, так и ископаемых, поскольку содержит полный перевод на русский язык современных правил зоологической номенклатуры.
Используя Кодекс, зоолог может определить валидное название таксона, к которому относится животное, на любом уровне в иерархии вид-род-семейство. Кодекс лишь отчасти регулирует названия таксонов выше уровня группы семейства и не содержит правил для использования ниже ранга подвида.

Энтомология

Е.Б.Виноградова. ГОРОДСКИЕ КОМАРЫ, ИЛИ «ДЕТИ ПОДЗЕМЕЛЬЯ». Вып.2. М.; СПб.: Т-во науч. изд. КМК, 2004. 96 с. (Из сер. «Разнообразие животных».)

Первый выпуск из серии «Разнообразие животных», инициатором которой стал Зоологический институт РАН, вышел в 2003 г. и называется «Гидра: от Абраама Трамбле до наших дней» (рецензию см.: Природа.2004.№7). Второй выпуск этой серии посвящен городским комарам, но начинается книга с небольшого экскурса в мир всех известных комаров. Приведены сведения об их разнообразии, экологии, биологии, а также вызываемых ими болезнях. Автор в популярной форме рассказывает о распространении городских комаров на территории России, жизненном цикле, приспособлениях к обитанию в подвальных помещениях и эпидемиологическом значении. Описаны методы профилактики и борьбы с этими насекомыми, применяемые препараты и способы индивидуальной защиты людей. Способность городских комаров размножаться в подвалах и развитие устойчивости к применяемым ядохимикатам чрезвычайно затрудняют борьбу с ними, а проводимые обработки зачастую не достигают желаемой цели.
Автор не новичок в популяризации: в 2004 г. Е.Б.Виноградова стала лауреатом конкурса, проводимого Российским фондом фундаментальных исследований. На написание этой книги ее подвигли многочисленные публикации в периодической печати, не всегда содержащие правдивую информацию о любимом объекте исследований.

История науки

Е.Ф.Бурштейн. ШАНГИНЫ - ИССЛЕДОВАТЕЛИ ЮЖНОЙ СИБИРИ И КАЗАХСКИХ СТЕПЕЙ. Отв. ред. Е.Е.Милановский. М.: Наука, 2004. 230 с. (Из сер. «Научно-биографическая литература».)

С фамилией Шангины ассоциируется слово «первый»: первооткрыватель месторождений и целой рудной провинции, основатель первого за Уралом ботанического сада, первый коренной сибиряк, избранный в Академию наук, и первые специалисты с высшим горно-техническим образованием, подготовленные в России.
Первую попытку охарактеризовать семейство Шангиных предпринял в 1894 г. краевед И.Я.Словцов в газете «Тобольские губернские ведомости» на основе попавших к нему нескольких документов, включая рукопись дневника путешествия П.И.Шангина в Горный Алтай. Статьи в новейшей «Энциклопедии Алтайского края» содержат мало нового, но повторяют ряд старых ошибок. Достоверные сведения о Шангиных рассеяны по крупицам в десятках документов и публикаций. Их скудость усугубляется тем, что Шангиных нередко упоминали лишь по фамилии, чину или званию. Между тем в двух поколениях семейства было три медика, заслуживших звание штаб-лекаря, двое из которых стали известными ботаниками-коллекторами, и семь горных офицеров (горное дело включало также геогнозию, минералогию, поиски и разведку месторождений). Все это стало причиной путаницы, связанной с Шангиными и поныне затрудняющей их идентификацию.
В книге собраны научные биографии представителей алтайского семейства Шангиных (конец XVIII - начало XIX в.) - члена-корреспондента Петербургской академии наук Петра Ивановича Шангина и его сыновей Ивана и Александра, братьев Семена и Никиты Шангиных, исследователей геологии, географии, флоры, полезных ископаемых Горного и Юго-Западного Алтая, Салаира, Кузнецкого Алатау, Западного Саяна, Казахских степей. Описана история создания системы среднего и высшего горно-геологического образования.