4. Ядерно-фізичні дослідження Землі та атмосфери.

Даний розділ цільової програми присвячений вивченню структури та динаміки земної кори і верхньої мантії, впровадженню нового геополяритонного метода, розробці методики прогнозування землетрусів на основі комплексного аналізу змін фізичних полів, що характеризують динаміку земної кори (магнітного, електромагнітного, сейсмічного, акустичного, еманації радіоактивних газів).

Інший напрямок досліджень пов’язаний з вивченням глобальних змін клімату, чинників, які впливають на ці зміни, та свідків (детекторів) таких змін, якими є антарктичні льодовики.

Геополяритонний метод, заснований на вимірюванні електромагнітного випромінювання Землі з подальшою математичною обробкою отриманих даних, розробляється вперше колективом, що приймає участь в антарктичних дослідженнях. Розробка геополяритонної методики дозволить детально вивчити структуру земної кори та верхньої мантії у практично не дослідженому районі на шляху від Південної Америки до станції «Академік Вернадський», а саме в Магеллановій протоці, протоці Дрейка, протоці Брансфілда та безпосередньо в регіоні станції «Академік Вернадський». Використання геополяритонної методики дозволить виявити та підтвердити вже виявлені поклади корисних копалин (вуглеводнів).

Поблизу станції в попередні роки було виявлено магнітну аномалію, що змінюється з часом. Комплексне дослідження магнітної аномалії за допомогою вимірювання варіацій магнітного поля, еманації радону, поляритонного випромінювання, сейсмічного та акустичного сигналів дозволить виявити механізми накопичення деформацій земної кори. Таке накопичення деформацій та напружень земної кори може призвести або до землетрусу (катастрофічна релаксація), або до повільної релаксації завдяки різним механізмам повільних зсувів. Вивчення таких механізмів є також метою даного розділу програми.

На станції є відповідне устаткування, встановлюються сучасні прилади, які дозволять проводити моніторинг тектонічної активності земної кори в радіусі півтори тисячі кілометрів від станції. Комплексний аналіз сейсмічних, акустичних, магнітних, геополяритонних, радонових даних та їх співставлення з даними всесвітньої сейсмологічної служби дозволили закласти основи методики прогнозування землетрусів. Вдосконалення цієї методики, її адаптація до умов інших регіонів Землі дозволять впровадити цю методику в Україні та інших країнах для попередження населення про катастрофічні землетруси.

Регулярні спостереження за антарктичними льодовиками дозволяють визначити швидкість руху льодовиків, об’єм води, що міститься в льодовиках, структуру льодовиків та їх ложа. Всі ці дані дають змогу визначати швидкість змін клімату та рівня світового океану. Метод геополяритонного зондування льодовиків дає можливість визначати всі вищезгадані параметри, а також вивчати механізми руху льодовиків.

Моніторинг слабої локальної сейсмічності та джерел сейсмічних збурень дозволить більш детально вивчити тектонічні процеси у регіоні. Важливим є виявлення та ідентифікація «криготрясінь» і розробка методів моніторингу за станом льодовиків, за процесами айсбергоутворення та сходом лавин.

Проведення інфразвукового моніторингу у попередні роки дозволило виявити відгуки в атмосфері від природних явищ, таких як полярні сяйва, шторми, землетруси магнітні бурі, вхід в атмосферу космічних тіл. Подальші спостереження дозволять накопичити інформацію про джерела інфразвуку в Антарктиці. Важливим є питання реєстрації та дослідження ролі інфразвуку в перенесенні енергії в ланцюгу літосфера-атмосфера-іоносфера під час потужних природних явищ.

Одним із чинників, які впливають на клімат Землі, є космічні промені. Механізми такого впливу досить різноманітні й вивчаються в рамках теоретичних досліджень, що проводяться в Антарктичному центрі. Одне з найважливіших питань фізики космічних променів – існування частинок (протонів) надвисоких енергій. Розв’язати це питання традиційними методами, використовуючи звичайні детектори космічних променів, не вдається, оскільки, за оцінками, такі частинки потрапляють на 1 кв. км земної поверхні один раз на сто років. Але якщо використовувати весь льодовий панцир Антарктиди як детектор таких частинок, можна зафіксувати приблизно десять подій за тиждень. Під час взаємодії таких частинок з льодом генерується потужна радіохвиля, яку можна зафіксувати за допомогою спеціальної антени, розташованої на антарктичній станції. Підготовці такого експерименту, який проводиться в кооперації з Російською та Болгарською Академіями наук, присвячено завдання 4.2.1 даного розділу цільової програми.

Сукупність даних про елементний і дисперсний склад аерозолів в різних районах Землі дозволить створити своєрідну карту широтного розподілу аерозолів по розмірах і масах і тим самим знайти взаємозв'язок між процесами глобальної океан-атмосферної циркуляції і фрактального генезису аерозольних частинок.

Прикладний аспект досліджень полягає в тому, що постійний моніторинг основних характеристик аерозолів Південного полюса, як стандарту відносно чистого середовища, і великих міст, як заздалегідь потужних антропогенних джерел забруднень, дозволить встановити відносні тенденції зміни хімічного і дисперсного складу аерозольних забруднень, що необхідно як для науково обгрунтованої санітарно-гігієнічної оцінки якості середовища проживання людини, так і для планування і розробки стратегії зниження забрудненості повітря в містах.

Для розроблення моделі глобального клімату Землі важливо, що зміни швидкості обертання мантії є причиною виникнення тертя між прикордонним шаром атмосфери і корою Землі. Тертя, у свою чергу, є причиною дисипації енергії в атмосферу у вигляді тепла. Оцінки показують, що значення потужності цього тепла трохи менш або навіть порівнянні з 1% зміною інсоляції. А це дуже істотно для енергетичного балансу та еволюції глобального клімату Землі.

Для вирішення відомої проблеми "подвоєння СО₂" необхідно з’ясувати, чи насправді підвищення концентрації СО₂ в атмосфері, яке спостерігається останні декілька десятиріч, є слідством підвищення середньої глобальної температури, якою управляють два параметри - варіації галактичного проміння, відповідального за хмароутворення, і варіації інсоляції. В той же час потрібно ураховувати істотний вплив роботи геореактора на формування середньої глобальної температури, який виявляється в загальному енергетичному балансі Землі через "тертя", а також через формування магнітного поля Землі, яке разом з сонячним вітром модулює інтенсивність галактичного проміння.