Статья: Микроорганизмы мерзлотных лугово-степных почв Центральной Якутии (2025)

Практическое применение углеродных наноматериалов стимулирует искать новые методы эффективного синтеза. Одним из таких перспективных методов является способ получения графеноподобных материалов путем быстрого (флэш) джоулева (или омического) нагрева углеродсодержащего прекурсора. В работе представлены результаты исследования воздействия флэш-джоулева нагрева на аморфные углеродные пленки, сформированные осаждением в плазме метана на подложки Si/SiO2. Нагрев образцов производился путем пропускания тока разряда конденсаторного блока емкостью 180 мФ, заряженных до напряжения от 100 до 300 В. При исследованиях были привлечены методы спектроскопии комбинационного рассеяния, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии и вольт-амперных характеристик. Выявлено, что наиболее упорядоченной структурой является углеродная пленка после воздействия быстрого джоулева нагрева при напряжении разряда 160 В. Также установлено, что флэш-нагрев приводит к значительному росту электропроводности и повышению гидрофобности материала. Наиболее высокие показатели наблюдались для углеродных пленок после разряда конденсаторного блока, заряженного до напряжения 160 В. Полученные результаты могут быть объяснены переходом исходной аморфной углеродной пленки в кристаллическую структуру с преобладанием sp2-гибридизированных связей, имеющую малое электрическое сопротивление. Причиной возникновения водоотталкивающих свойств может являться «эффект лотоса», вызванный формированием сферических частиц размерами до 1 мкм и их более крупных конгломератов на поверхности пленки. Полученные результаты могут быть использованы для синтеза из аморфного углерода графеноподобных наноматериалов с высокой гидрофобностью и электропроводностью. Материалы с такими характеристиками представляют интерес, в частности, при разработке конструкций всепогодных беспилотных летательных аппаратов.

Общепринятой практикой для определения сроков безопасной эксплуатации полимерных композитов является их климатическая стойкость. Она основана на экспериментальных исследованиях влияния агрессивных климатических факторов на физико-механические свойства материалов, используемых в различных климатических зонах. В данной статье представлены результаты исследований климатических испытаний (старения) в условиях экстремально холодного климата образцов стекло-углепластиков. Для оценки влияния климатических и биогенных факторов на полимерные композиты использовались методы микроструктурного анализа, динамического механического анализа (ДМА) и исследования упругопрочностных характеристик. Образцы подвергались двухлетнему климатическому экспонированию с провокационным внесением микроорганизмов для изучения изменений их свойств и структурных особенностей. Установлено, что образование микробных колоний, выделение ими продуктов метаболизма разрушают полимерную матрицу, что приводит к снижению предела прочности при растяжении у стеклопластика (СП) на 57 %, у углепластика (УП) на 8 %. Полученные результаты подтверждены исследованиями методами ДМА, профилометрии и измерения открытой пористости. Данные, полученные при изучении поверхностной деструкции, пористости и ДМА, свидетельствуют о старении материала, начинающемся с поверхностного слоя. Это проявляется в увеличении пористости, изменении степени полимеризации полимерной матрицы слоистых пластиков, а также в значительном снижении упруго-прочностных характеристик при провокационном внесении микроорганизмов. Выявленные изменения подтверждаются снижением динамического модуля упругости и повышением температуры стеклования. Полученные результаты о влиянии биогенных микроорганизмов на процессы старения полимерных композитов при одновременном воздействии УФ- излучения и низких температур могут быть применены для решения вопросов по снижению старения полимеров.

Во второй части статьи1 представлены результаты исследований видового разнообразия, структуры, биотопической приуроченности и пространственного распределения сообществ прямокрылых насекомых травянистых фитоценозов Абалахской террасы. Всего за время исследований было выявлено 18 видов прямокрылых из трех семейств. Биоценологические исследования показали, что по уровням видового богатства и общего разнообразия сообщества прямокрылых аласов Абалахской террасы в 2019 г. были близки к таковым Тюнгюлюнской террасы, но отличались от них по уровню суммарного обилия. Так, на средних поясах аласных лугов максимальные показатели суммарного обилия достигали 670 экз./100 взм., на остепненных – до 790 экз./100 взм. С помощью кластерного анализа в северо-восточной части Лено-Амгинского междуречья в 2019 г. выделено два основных класса сообществ прямокрылых насекомых. Первый – сообщества с абсолютным доминированием белополосой кобылки, где вклад вида в структуру варьировал от 70 до 100 %. Второй класс подразделяется на подкласс сообществ ксероморфных местообитаний, в структуре которых преобладает краснобрюхая травянка в сочетании с белополосой кобылкой и подкласс сообществ влажных лугов со специфическим комплексом гигромезофильных видов. Белополосая кобылка, наиболее вредоносный вид саранчовых в Центральной Якутии, была отмечена во всех гидротермических поясах аласов – от влажных лугов до опушек и степных склонов, в большинстве сообществ этот вид занимает господствующее положение или является субдоминантом. Условия криоаридного климата Центральной Якутии и широкое развитие таежно-аласных ландшафтов требуют особого подхода к борьбе против вредных саранчовых. По нашему мнению, наиболее приемлемым является метод СИМП (сниженный инсектицид на малой площади), при применении которого можно существенно снизить финансовые затраты и минимизировать ущерб, наносимый экосистемам при химической обработке сельхозугодий.

Антропогенный фактор в ХХ веке начал играть важную роль в существовании животных. Потепление климата и разрушение экологических преград способствовали проникновению новых видов птиц и млекопитающих в северном направлении. Наряду с этим, антропогенное воздействие имеет ряд негативных последствий. Проведено исследование динамики численности некоторых видов охотничьих млекопитающих Якутии. Сбор материала осуществлялся с 1962 г. по настоящее время. Исследования проводились общепринятыми экологическими методами: маршрутными и кратковременными наблюдениями, стационарные работы в большинстве случаев осуществлялись одновременно в 3–4 пунктах. Экологические наблюдения проведены во все сезоны года. Авиаучеты численности лося, тундровых популяций дикого северного оленя и бурого медведя проведены на всей территории Якутии. Выполнено анкетирование охотников-промысловиков и проанализированы данные промысловой статистики за 1935–1985 гг. В ХХ веке произошли изменения уровня и динамики численности основных охотничьих видов млекопитающих – зайца-беляка, белки обыкновенной, волка, бурого медведя, лося, дикого северного оленя. Численность речной выдры очень низкая, обыкновенной лисицы, рыси и росомахи – низкая, но тенденции сокращения их ареалов не отмечено. Произошло нарушение половозрастной структуры популяции дикого северного оленя. Основным фактором, регулирующим численность зайцабеляка, хищников и копытных, является промысловый пресс. Причины снижения численности белки не выяснены. Работы позволили уточнить ареалы видов, в том числе северные границы проникновения бурого медведя. Отсутствие строгих природоохранных мероприятий представляет реальную угрозу для некоторых млекопитающих, таких как сундрунская популяция дикого северного оленя.

Приведены результаты оценки устойчивости ландшафтов и гидробиологических исследований водотоков, видового состава и структуры водорослей фитопланктона и фитоперифитона, проведенных впервые на территории Куларского золотоносного района в бассейне р. Яна Республики Саха (Якутия). Работы продиктованы возросшим интересом к возобновлению добычи россыпного золота на месторождениях района, что неизбежно приведет к негативному воздействию на природную среду и обострению экологических проблем. Для минимизации негативных последствий следует предусмотреть природоохранные мероприятия, необходимым этапом которых является оценка современного состояния компонентов природной среды этой территории. Практическое значение имеет изучение современного гидробиологического состояния водотоков, в частности, водорослей фитопланктона и фитоперифитона, которые являются надежными биоиндикаторами качества воды. Кроме того, низкая устойчивость ландшафтов к техногенной нагрузке, замедленность процессов их самоочищения и самовосстановления вызывают необходимость учета степени устойчивости природных комплексов. Материалом для гидробиологических исследований послужили количественные и качественные пробы, собранные в ручьях на р. Суор-Уйалаах. Устойчивость ландшафтов исследуемой территории оценена согласно методике по определению влияния основных факторов на снижение устойчивости ландшафтов криолитозоны. Результаты натурных и лабораторных исследований водорослей по определению показателей видового состава, численности и биомассы в водотоках р. Суор-Уйалаах в пределах золотоносного участка Куларского района показали бедность и низкий уровень развития водорослей. В таксономическом спектре основа фитопланктонных и фитоперифитонных сообществ сформирована диатомовыми водорослями, менее разнообразны зеленые, желтозеленые и эвгленовые. Определена крайне низкая и низкая степень устойчивости ландшафтных комплексов к техногенному воздействию в зависимости от соотношения мерзлотных и биоклиматических показателей. Полученные данные могут явиться основой для создания базы биомониторинга в условиях нарастания техногенных нагрузок на водные экосистемы реки Суор-Уйалаах северо-востока Якутии. Оценка устойчивости ландшафтов золотоносных месторождений Куларского района может иметь практическую значимость для разработок экологического нормирования территории и природоохранных мероприятий по снижению негативных последствий на природную среду..

Лёссовидные суглинки Селенгинского среднегорья развиваются в слое длительно сезонно-промерзающих грунтов, для которых характерна малольдистая, «сухая» мерзлота. Цель работы – изучить генетические особенности почв на лёссовидных суглинках, формирующихся в условиях длительной сезонной мерзлоты Селенгинского среднегорья. Объектами исследования послужили дерново-палево-подзолистые грубогумусовые и палевые грубогумусированные оподзоленные остаточно-карбонатные почвы, которые расположены в элювиальных и трансэлювиальных позициях водоразделов основных хребтов Селенгинского среднегорья. В работе применен профильно-генетический метод. Изучение физических и химических свойств почв проведено с использованием ряда методов: общий органический углерод (Сорг) определяли методом Тюрина; железо оксалатрастворимое – методом Тамма; гранулометрический состав определялся пипеточным методом. Типы почв были определены согласно Классификации и диагностике почв России и World Reference Base for Soil Resources. Ведущая роль в генезисе и свойствах исследованных почв принадлежит криогенным процессам. Установлено, что для дерново-палево-подзолистых грубогумусовых почв – дифференциация по элювиальноиллювиальному типу, для подзолистых горизонтов свойственна тонкопластинчатая структура со скелетаной на поверхности педов. Впервые изучена палевая грубогумусированная оподзоленная остаточно-карбонатная почва, которая слабо дифференцирована по цвету, структуре, гранулометрическому и валовому химическому составу. В связи с наличием в почвенном профиле углистых частиц, свидетельствующих о частых низовых пожарах, необходимо проводить мониторинг лесных пожаров и природоохранные мероприятия по сохранению природных ресурсов в условиях криолитозоны Селенгинского среднегорья.

Изменение климата, выражающееся в росте температурных колебаний, динамике в условиях выпадения осадков и увлажнения почв, может существенно повлиять на экосистемы, которые испытывают как недостаток, так и избыток влаги. Даже небольшие изменения сумм осадков и температуры воздуха способны значительно сказаться на росте деревьев. В данной работе рассматриваются статистические параметры ширины годичных колец и результаты дендроклиматического анализа лиственницы (Larix cajanderi Mayr.) и сосны (Pinus sylvestris L.), произрастающих в зоне распространения сплошной многолетней мерзлоты. Лесные участки, на которых собраны образцы лиственницы и сосны, находятся вблизи села Маган и поселка городского типа Нижний Бестях в центральной части Республики Саха (Якутия). Древесные растения отличаются продолжительным жизненным циклом, годичные кольца способны сохранять информацию об их росте. Этот важный ресурс позволяет получать ценные сведения о климате и экологических изменениях в данной местности. Чтобы понять, как деревья реагируют на изменения климата, были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона между шириной годичных колец деревьев и среднемесячными значениями температуры воздуха, суммой осадков за год, а также индексом засушливости SPEI при использовании данных метеостанции Якутск. Для выявления реакции различных древесных пород на изменения климата за последние 30 лет каждый год рассматривался как отдельный период. Предполагаем, что температура воздуха, которая имеет тенденцию к повышению, является одним из ограничивающих факторов, влияя на осадки и засушливые периоды. Из-за недостатка влаги в виде дождей древесные породы испытывают трудности. В основном они получают влагу из активного слоя многолетнемерзлых пород, который аккумулирует осенние осадки предыдущего года. В целом наблюдается отрицательный отклик на повышение температуры воздуха в приземном слое атмосферы. С одной стороны, это свидетельствует о том, что радиальный рост лиственницы и сосны снижается, с другой – древесные виды адаптируются к изменяющимся климатическим условиям в центральной части Якутии.

В Центральной Якутии широко распространен ледовый комплекс, приуроченный к межаласному типу местности, формирование которого произошло в плейстоцене. В условиях глобального потепления климата актуально изучение реакции и устойчивости мерзлотных ландшафтов к климатическим изменениям в будущем. При нарушении условий теплообмена происходят разрушительные криогенные процессы, такие как термокарст и термоэрозия, в особенности при техногенных воздействиях. На территории исследования распространены аласы, образовавшиеся в основном в голоценовом оптимуме при протаивании ледового комплекса. Для составления прогнозных моделей и карты распространения температур грунтов при прогнозируемом потеплении климата проанализированы климатические данные семи метеостанций и теплофизические характеристики пород типичного для исследуемого района криолитологического разреза межаласья, произведена верификация моделей. Исследуемая область – хорошо дренируемые приводораздельные пространства лесных межаласий. Результаты моделирования отражают динамику температур и глубины протаивания ледового комплекса при потеплении климата по известным климатическим сценариям: при повышении средней годовой температуры воздуха на +2 ℃/100 лет, +3 ℃/100 лет, +4 ℃/100 лет с учетом увеличения снежного покрова на 10 и 30 %, также без учета изменения количества осадков. По результатам моделирования, протаивание ледового комплекса может начаться при повышении средней годовой температуры воздуха на 4 ℃ с неизменным количеством осадков, при повышении на 3 ℃ с увеличением осадков на 10 % и при повышении на 2 ℃ с увеличением осадков на 30 %. Выделены два типа территорий по устойчивости к протаиванию ледового комплекса при климатических изменениях: неустойчивые и устойчивые. На участках неустойчивого типа протаивание ледового комплекса может начаться при увеличении средней годовой температуры воздуха на +3 ℃.

Региональные сценарные климатические прогнозы требуют знания исходного «базового климата», в частности, пространственного распределения годовой суммы осадков в современных климатических условиях в пределах региона. Данные о годовой сумме осадков за период с 1961 по 2020 г. по 40 метеостанциям на территории Республики Саха (Якутия) использованы для оценки точности моделей реанализа CRU TS, ERA5-Land, GPCC, NCEP-NCAR, PREC/L и JRA55 и выбора оптимальной модели реанализа. Оценка точности реанализа выполнялась сравнением данных наблюдений со значением поля реанализа в пикселе, в котором расположена метеостанция. В статистическом анализе использовались метрики сходства: коэффициент конкордации Лина, индекс согласия Вильмота, тау-критерий Кендалла, среднеквадратичная ошибка. Интерполяционные модели реанализа (CRU TS, GPCC, PREC/L) точнее воспроизводят наблюденные данные, тогда как модельные реанализы завышают сумму осадков на 100 мм/год и более (от 30 до 50 %), а также недооценивают изменение суммы осадков. Модель GPCC наиболее точно воспроизводит наблюдения, однако при этом имеет признаки «переподгонки», наиболее значимый из которых – отрицательная пространственная корреляция среднемноголетних полей годовой суммы осадков за разные климатические периоды. В результате оптимальной для территории РС(Я) по годовой сумме осадков признана модель CRU TS 4, точнее прочих воспроизводящая изменение суммы осадков. Модель CRU TS 4 допустимо использовать в качестве модели «базового климата». По данным CRU TS 4, среднегодовая сумма осадков на территории РС(Я) в 1991–2020 гг. составляет 293 ± 92 мм; в 1961–1990 гг. она была равна 285 ± 81 мм. Между двумя климатическими периодами, следовательно, годовая сумма осадков в РС(Я) выросла на 8 ± 18 мм, что не является статистически значимой величиной.

Мониторинг состояния многолетнемерзлых пород, в который входят наблюдения за изменениями глубины их сезонного протаивания и температуры, проводится с прошлого столетия и имеет широкое географическое распространение. Однако, увеличение суммы среднесуточных положительных температур воздуха и среднегодовой температуры воздуха приводит к резкой активизации криогенных процессов на севере Западной Сибири. С 2016 г. на Пур-Тазовском междуречье проводятся детальные комплексные исследования многолетнемерзлых полигональных торфяников. С 2021 г. организован мониторинг развития полигонального рельефа и верхней части многолетнемерзлых пород под влиянием природных процессов на полигональных торфяниках по берегам озер. Проведена оценка изменений полигонального рельефа в зоне взаимодействия торфяник–озеро на полигональных торфяниках в результате проявления экзогенных процессов на фоне современных климатических колебаний. Основу проделанной работы составили полевые методы и подходы, включающие организацию мониторинговых площадок для наблюдения за состоянием геокриологических условий и съемку с применением беспилотного летательного аппарата для оценки изменений рельефа и проявлений криогенных процессов на берегах озер. Результаты полевых наблюдений обрабатывались с использованием как классических статистических методов, так и специального программного обеспечения для обработки получаемых по результатам беспилотной съемки ортофотопланов и цифровых моделей рельефа и их сопоставления с космическими снимками. Определено несколько климатических и ландшафтных факторов, влияющих на полигональные торфяники в зоне взаимодействия торфяник–озеро. Накопленные данные мониторинга на нескольких участках в этой зоне в сочетании с результатами мониторинга ключевых торфяников района исследований позволили сделать предварительный вывод об общей зависимости деградации полигональных торфяников по берегам озер, вызываемой волновым воздействием озерной воды, от розы ветров района исследований на фоне современных климатических колебаний и от ландшафтно-геоморфологических условий мониторинговых площадок.

Представлены результаты исследований по мезозойскому интрузивному магматизму Чохчуро-Чекурдахской зоны (ЧЧЗ), протягивающейся в субмеридиональном направлении через всю Приморскую (Яно-Индигирскую) низменность от Бакынского массива Северного батолитового пояса на юге до мыса Святой Нос моря Лаптевых на севере. Гранитоидные массивы ЧЧЗ интрудируют складчатые толщи поздней юры и раннего мела, и их положение контролируется зоной регионального разлома, т. е. массивы сформированы в постколлизионный этап в результате процессов растяжения. Имеющиеся данные свидетельствуют о близком времени их становления (105–109 млн лет – 40Ar–39Ar-метод). Рассмотрены петрография, минералогия и петрогеохимические особенности пород, слагающих массивы и сопровождающих их даек, определены Р–Т-параметры генерации материнских расплавов и кристаллизации гранитоидов. Установлена принадлежность гранитоидов массивов северной части зоны к гранитоидам I-типа, формировавшимся в надсубдукционной обстановке, а массивов южной части зоны и постгранитных даек риолит-порфиров – к гранитам А-типа, сформированным в обстановке континентальной окраины (граниты массивов) и близкой к континентально-рифтогенной (дайки риолит-порфиров). Температуры и давления при магмогенерации для всех массивов зоны близки, что указывает на смену состава магмообразующих субстратов вдоль зоны с севера на юг. Геохимические характеристики свидетельствуют о коровом происхождении гранитоидов, тогда как высокие температуры магмогенерации (1000–1200 °С) и начала кристаллизации (900–1150 °С) требуют поступления ювенильного тепла для начала плавления коровых субстратов.

Выполненными исследованиями в рамках региональных комплексных научных программ Республики Саха (Якутия) (КНИ-2) с учетом мирового и отечественного рынка редкометалльного сырья установлено, что к наиболее востребованным, помимо редких металлов и редкоземельных элементов (РМ и РЗЭ), заключенных в Томторском месторождении, относятся литий из гидроминеральных рассолов Западной Якутии и вольфрам Агылыкинского месторождения. Для повышения эффективности проектов и организации в Якутии производства продукции с высокой добавленной стоимостью предлагается модель создания в РС(Я) единого редкометалльного кластера, включающего три проекта, предусматривающих: 1) извлечение лития из гидроминерального сырья (рассолы трубки «Удачная»); 2) получение РЗМ – ниобия, скандия (и, возможно, марганца) из руд Томторского месторождения; 3) получение вольфрамового концентрата из руд Агылкинского месторождения. Первые два проекта, включающих выпуск химических реагентов (каустическая сода, хлор или соляная кислота) из местных ресурсов, предполагается создать на территории Мирнинского и Оленекского районов РС(Я). Для извлечения лития предложено применение селективных сорбентов отечественного (аксионит) или китайского производства, конечной товарной продукцией является карбонат лития, который может поставляться для использования в РФ (например, ХМЗ в Красноярске) или на экспорт (в Китай). Первичная химическая обработка томторских руд с получением товарных промпродуктов: пирохлорового концентрата и обогащенного по РЗМ и скандию раствора, возможна при щелочном вскрытии с использованием производимых на месте реагентов и последующим использованием селективных сорбентов для выделения соединений редких земель. Важным объектом для комплексного развития редкометалльного производства Якутии может стать планируемый металлургический кластер на юге республики, где реализация пирометаллургических мощностей позволит наладить выпуск ферросплавной продукции (ферровольфрам, феррониобий, ферромарганец), которая может использоваться для выпуска высококачественной стали, в том числе на территории РС(Я).