• Белогуб, Елена Витальевна (PI)
  • Рышкевич, Татьяна Ивановна (CoI)
  • Попов, Виктор Валентинович (CoI)
  • Прокофьев, Олег Михайлович (CoI)
  • Власенко, Наталия Сергеевна (CoI)
  • Зайцев, Никита Александрович (CoI)
  • Небосько, Евгений Юрьевич (CoI)
  • Бочаров, Владимир Николаевич (CoI)
  • Шпак, Кристина Андреевна (CoI)
  • Ефименко, Наталия Михайловна (CoI)
  • Юсупов, Игорь Евгеньевич (CoI)
  • Ivanov, Aleksandr (CoI)

Description

РЦ «Геомодель» проведены аналитические и исследовательские работы в широком спектре наук о Земле, направленные на развитие научно-методической базы Научного парка СПбГУ. Объектами изучения являлась атмосфера в районе станций мониторинга в Петергофе (59,88° с.ш., 29,83° в.д.) и пос. Зотино (60,80° с.ш., 89,35° в.д.), природные и синтетические материалы. Цель проекта – разработка, совершенствование и апробация комплекса инструментальных методов исследования форм потенциально токсичных веществ в различных природных и антропогенных средах.
Использованы: комплекс для измерения свойств атмосферного аэрозоля и климатических параметров (анализаторы частиц в диапазоне от 5 нм до 32 мкм, осредняющий нефелометр, анализатор органического и элементарного углерода, монитор сажи, счетчик облачных ядер конденсации (модель CCNC-100), МКВ радиометр RPG-HATPRO); сканирующий электронный микроскоп и рамановский спектрометр.
В районах наблюдения продолжен мониторинг состояния атмосферы, выявлены многолетние и сезонные колебания концентрации, размера и состава аэрозольных частиц, проанализирована их способность выступать ядрами конденсации облаков. На основании данных EBSD и рамановской спектроскопии описаны структурные особенности двух новых минеральных видов: селенолаурита и бруновскиита. Уточнены пределы смесимости в системе HgS-ZnS со структурой сфалерита и показана стабилизирующая роль Mn в ней. Описаны редкие и малоизученные минералы – кимрит, силикато-фосфаты Ca и Al предположительно полисоматической серии крандаллит-перхамит. Оценены условия формирования руд W в грейзенах Юго-Коневского и Пороховского месторождений и ряда других природных объектов. Установлено стабилизирующее влияние добавок Zr на термическую и химическую стойкость алюмоборосиликатных стеклосодержащих матричных материалов, полученных быстрым охлаждением расплавов с разным соотношением Na и Cs и предназначенных для остекловывания радиоактивных отходов. Описано два новых рода семейства рыб Anachronistid. Результаты разработок применены при выполнении НИР для внешних заказчиков и проектов, связанных с научной и образовательной деятельностью СПбГУ. Развитие темы состоит в совершенствовании методик изучения атмосферы и твердого вещества как в виде атмосферного аэрозоля, так и материалов природного и техногенного происхождения.

Layman's description

Проект, реализуемый на базе ресурсного центра "Геомодель", направлен на развитие научно-методической базы Научного парка СПбГУ. Целью проекта является разработка, совершенствование комплекса инструментальных методов исследования форм потенциально токсичных веществ в различных природных и антропогенных средах, апробация применяемых методик и анализ прямых и косвенных продуктов выноса, взаимодействия и утилизации этих веществ.
Актуальность исследований определяется необходимостью изучения изменений климата и его последствий, которая отражена в «Климатической доктрине Российской Федерации», утвержденной Президентом РФ от 26 октября 2023 г. № 812. В настоящее время проблемы антропогенного влияния на планету Земля приобрели катастрофический характер и касаются воздействия человечества не только на газовый и аэрозольный состав атмосферы, но и формирование антропогенных источников загрязнений, включающих в себя объекты горнодобывающей, металлургической и металлообрабатывающей промышленности, продукты деятельности человека в урбанистических регионах. Немаловажным является выявление относительного вклада природных, таких как вулканизм и ветровая эрозия, и антропогенных факторов в загрязнение вод и атмосферы. Проект включает исследования и разработки по этим направлениям, начиная с мониторинга состояния атмосферы и заканчивая установлением минеральных форм потенциально опасных химических элементов. Эти исследования необходимы для разработки методов инактивации и захоронения опасных веществ, формирования эффективных прогнозов их поведения при отработке полезных ископаемых, как основных источников веществ, нехарактерных для атмосферы и гидросферы. Установление закономерностей трансформации минеральных форм потенциально токсичных элементов,

Key findings for the project

При выполнении проекта в 2024 г. были получены следующие важнейшие научные результаты, опубликованные в высокорейтинговых изданиях WoS/Scopus.
1.На основе измерений оптических характеристик аэрозольных частиц с помощью солнечного фотометра и нефелометра с 2016 по 2021 гг., полученных на станции мониторинга атмосферы в Петергофе (59,88° с.ш., 29,83° в.д.) установлена межсезонная изменчивость показателя Ангстрема и доли обратного рассеяния и соответствие коэффициента замутнения в изученный период фоновым условиям. Показано, что максимальные значения коэффициента рассеяния связаны с мелкодисперсным аэрозолем, поступающим в атмосферу с территории Санкт-Петербурга и в результате трансграничного переноса с юго-западных направлений.
2.Установлены многолетние колебания содержания органического (ОС) и элементарного (ЕС) углерода в аэрозолях, отобранных с высоты 300 м на станции ZOTTO в Красноярском крае (60° с.ш., 90° в.д.). Выделены районы с наиболее интенсивными эмиссиями органического и элементарного углерода, и оценена сезонная изменчивость этих эмиссий. Максимальная межсезонная изменчивость концентраций аэрозоля, зафиксированная летом в 2021 г. и весной в 2022 г., связана с лесными пожарами.
3.Впервые описаны спектральные особенности природных плохо упорядоченных и многофазных углеродных композитов c sp2-sp3 упорядоченностью, являющихся эффективными природными сорбентами. Обосновано преимущество диагностики состояний углерода методом спектроскопии комбинационного рассеяния в ультрафиолетовом диапазоне для анализа наноструктурированных и плохо упорядоченных поликомпонентных углеродных веществ, содержащих sp2- и sp3-углерод.
4.Применение специальных методик подготовки и электронномикроскопического анализа реликтов зубов позволило провести таксономическую ревизию палеозойских хрящевых рыб семейства Anachronistidae: описать два новых таксона и переописать семь ранее известных видов, установить эволюционные группы родов внутри семейства и оценить условия их обитания и причины уменьшения ареала распространения в позднетриасовое время.
5.Изучена структура и спектроскопические свойства новых синтетических люминофоров ряда KSrY1–xErx(BO3)2 (x = 0–1).
6.Установлен механизм частичного снижения радиоактивности природного метамиктного фергусонита-(Y) при нагревании, связанный с восстановлением его кристаллической структуры и потерей поровых флюидов – воды и фтора.
За этап 2025 года
Проанализированы данные, полученные в период с 2021 по 2022 гг. с помощью спектрометра частиц TSI (модель SMPS3396) на высотной мачте международной станции ZOTTO. Установлено, что в рассеянии на длине волны 550 нм наибольшую роль играют аэрозольные частицы размером более 300 нм. Показано, что источники повышенного содержания аэрозольных частиц континентального происхождения связаны с выбросами продуктов горения биомассы в результате пожаров, зафиксированных в рассматриваемые сезонные периоды. Выявлено дополнительное направление движения воздушных масс с повышенными концентрациями аэрозольных частиц, связанное с промышленными выбросами в северных районах в результате добычи газа и нефти.
На наблюдательной станции РЦ «Геомодель» СПбГУ в Петергофе при помощи радиометра RPG-HATPRO, обеспечивающий точность измерения профиля температуры от 0,5 до 1°C в слое до 1 км, установлены закономерности суточной и сезонной изменчивости положения области температурной инверсии в атмосфере.
На основании данных EBSD и рамановской спектроскопии описаны структурные особенности двух новых минеральных видов: селенолаурита и бруновскиита.
Уточнены пределы смесимости в системе HgS-ZnS со структурой сфалерита: по результатам изучения минералов из сульфидизированных карбонатных брекчий Воронцовского месторождения золота изученные составы лежат в диапазоне (Hg0,54Zn0,46)S - (Zn0,62Hg0,38)S.
В слабо измененных слоистых колчеданных рудах Дегтярского месторождения меди и цинка (Средний Урал) описан Ga-содержащий слоистый алюмосиликат кимрит.
Среди минеральных форм P в осадочных рудах Марсятского месторождения Fe и Mn, выявлены силикато-фосфаты Ca и Al предположительной полисоматической серии крандаллит-перхамит. и установлено их широкое распространение в карбонатных прослоях. Учитывая негативную роль P для переработки руд черных металлов, знание его минеральных форм должны быть использованы при разработке схем обогащения.
Оценены условия формирования руд W в грейзенах Юго-Коневского и Пороховского месторождений, залегающих в грейзенизированных гранитах и вулканогенной толще. Показано единство источника рудоносных флюидов и незначительное их взаимодействие с вулканогенной толщей.
Установлено стабилизирующее влияние добавок Zr на термическую и химическую стойкость алюмоборосиликатных стеклосодержащих матричных материалов, полученных быстрым охлаждением расплавов с разным соотношением Na и Cs и предназначенных для остекловывания радиоактивных отходов.
На основании детального изучения микроморфологических особенностей зубов, выявление которых проведено при помощи СЭМ, описано два новых рода семейства рыб Anachronistid.

Key findings for the stage (in detail)

Проанализированы данные, полученные в период с 2021 по 2022 гг. с помощью спектрометра частиц TSI (модель SMPS3396) на высотной мачте международной станции ZOTTO. Установлено, что в рассеянии на длине волны 550 нм наибольшую роль играют аэрозольные частицы размером более 300 нм. Концентрация частиц и коэффициент рассеяния для разных мод показывают сильную изменчивость как в течение всего рассмотренного периода, так и за сутки, при этом СКО сопоставимо со средними значениями, что свидетельствует о наличии крупных источников короткопериодных выбросов частиц во время измерений. Показано, что источники повышенного содержания аэрозольных частиц континентального происхождения связаны с выбросами продуктов горения биомассы в результате пожаров, зафиксированных в рассматриваемые сезонные периоды. Выявлено дополнительное направление движения воздушных масс с повышенными концентрациями аэрозольных частиц, связанное с промышленными выбросами в северных районах в результате добычи газа и нефти.
Сотрудниками РЦ «Геомодель» выполнены сбор, обработка и анализ экспериментальных данных по дисперсным характеристикам аэрозоля, полученные на фоновой станции ZOTTO в период с июля 2015 по июль 2016 г. Исследована сезонная изменчивость конденсационных свойств частиц – их способности выступать ядрами конденсации облаков (CCN). Проанализирована возможность приближения аналитической функцией зависимости концентраций облачных ядер конденсации от пересыщения (спектра активации). Для определения конденсационных свойств аэрозолей использовался счетчик облачных ядер конденсации (модель CCNC-100, DMT). Анализ данных показал, что средние значения CCN-концентраций для зимы, весны и осени близки, а для лета значительно выше остальных, что связано с тем, что летом во время лесных пожаров, происходят выбросы продуктов горения биомассы, увеличивающих концентрацию CCN-активных частиц. Кроме того, высокие концентрации CCN могут появляться за счет частиц первичного биологического аэрозоля (например, пыльца сосны в период цветения).
На наблюдательной станции РЦ «Геомодель» СПбГУ в Петергофе при помощи радиометра RPG-HATPRO, обеспечивающий точность измерения профиля температуры от 0,5 до 1°C в слое до 1 км, установлены закономерности суточной и сезонной изменчивости положения области температурной инверсии в атмосфере. Дневные инверсии преобладают зимой и обусловлены адвекцией влажного морского воздуха с Атлантики, низкой слоистой облачностью и коротким световым днем. Ночные инверсии характерны для лета и формируются за счёт радиационного охлаждения поверхности и, как следствие, приземного воздуха.
На основании данных EBSD и рамановской спектроскопии описаны структурные особенности двух новых минеральных видов: селенолаурита и бруновскиита. Селенолаурит имеет пиритовый тип структуры, совместно с обогащенным Se мончеитом образует цемент в агрегатах пластинчатых кристаллов осмия, по данным EBSD образует слабо деформированные монокристаллы. Образование селенолаурита происходит на поздних стадиях становления ультраосновных интрузий и обязано низкой фугитивности серы в поздних флюидах. В структуре бруновскиита доказано наличие гидроксильной группы. Показано, что бруновсиит и келдышит можно условно рассматривать как две полиморфные модификации химического соединения состава NaZrSi2O6(OH).
Уточнены пределы смесимости в системе HgS-ZnS со структурой сфалерита: по результатам изучения минералов из сульфидизированных карбонатных брекчий Воронцовского месторождения золота изученные составы лежат в диапазоне (Hg0,54Zn0,46)S - (Zn0,62Hg0,38)S. Предположено существование непрерывного ряда твердых растворов в этой системе при повышенных температурах формирования (>250°C). Предположено, что примесь Mn стабилизирует кубические формы сульфида ртути с повышенными концентрациями Zn. Учитывая, что кубический β-HgS, легированный Mn, хорошо изучен как полупроводник с нулевой запрещенной зоной, возможно использование данных о природных минералах этой системы для коррекции условий экспериментального получения полупроводников с заданными свойствами.
В слабо измененных слоистых колчеданных рудах Дегтярского месторождения меди и цинка (Средний Урал) описан Ga-содержащий слоистый алюмосиликат кимрит. Показано, что наряду со сфалеритом, традиционно считающимся концентратором Ga, этот элемент в рудах может быть связан со слоистыми силикатами и алюмосиликатами (кимритом).
Среди минеральных форм P в осадочных рудах Марсятского месторождения Fe и Mn, выявлены силикато-фосфаты Ca и Al предположительной полисоматической серии крандаллит-перхамит. и установлено их широкое распространение в карбонатных прослоях. Учитывая негативную роль P для переработки руд черных металлов, знание его минеральных форм должны быть использованы при разработке схем обогащения.
Оценены условия формирования руд W в грейзенах Юго-Коневского и Пороховского месторождений, залегающих в грейзенизированных гранитах и вулканогенной толще. Показано единство источника рудоносных флюидов и незначительное их взаимодействие с вулканогенной толщей.
Установлено стабилизирующее влияние добавок Zr на термическую и химическую стойкость алюмоборосиликатных стеклосодержащих матричных материалов, полученных быстрым охлаждением расплавов с разным соотношением Na и Cs и предназначенных для остекловывания радиоактивных отходов.
На основании детального изучения микроморфологических особенностей зубов, выявление которых проведено при помощи СЭМ, описано два новых рода семейства рыб Anachronistid.
Всего в рамках выполнения второго этапа темы Госзадания № 124032000029-9 опубликовано 12 статей, из которых 3 – в ядре РИНЦ, 9 – в журналах, входящих в БД WoS и Scopus, включая 2 статьи – в журналах первого квартиля Q1 WoS, все опубликованные материалы относятся к уровню журналов 1-3 «белого списка». Результаты работы были представлены в виде 5 докладов на конференциях, в том числе 2-х международных и 1 всероссийской. Методические разработки оформлены в виде РИД

Key findings for the stage (summarized)

Проанализированы данные, полученные в период с 2021 по 2022 гг. с помощью спектрометра частиц TSI (модель SMPS3396) на высотной мачте международной станции ZOTTO. Установлено, что в рассеянии на длине волны 550 нм наибольшую роль играют аэрозольные частицы размером более 300 нм. Показано, что источники повышенного содержания аэрозольных частиц континентального происхождения связаны с выбросами продуктов горения биомассы в результате пожаров, зафиксированных в рассматриваемые сезонные периоды. Выявлено дополнительное направление движения воздушных масс с повышенными концентрациями аэрозольных частиц, связанное с промышленными выбросами в северных районах в результате добычи газа и нефти.
На наблюдательной станции РЦ «Геомодель» СПбГУ в Петергофе при помощи радиометра RPG-HATPRO, обеспечивающий точность измерения профиля температуры от 0,5 до 1°C в слое до 1 км, установлены закономерности суточной и сезонной изменчивости положения области температурной инверсии в атмосфере.
На основании данных EBSD и рамановской спектроскопии описаны структурные особенности двух новых минеральных видов: селенолаурита и бруновскиита.
Уточнены пределы смесимости в системе HgS-ZnS со структурой сфалерита: по результатам изучения минералов из сульфидизированных карбонатных брекчий Воронцовского месторождения золота изученные составы лежат в диапазоне (Hg0,54Zn0,46)S - (Zn0,62Hg0,38)S.
В слабо измененных слоистых колчеданных рудах Дегтярского месторождения меди и цинка (Средний Урал) описан Ga-содержащий слоистый алюмосиликат кимрит.
Среди минеральных форм P в осадочных рудах Марсятского месторождения Fe и Mn, выявлены силикато-фосфаты Ca и Al предположительной полисоматической серии крандаллит-перхамит. и установлено их широкое распространение в карбонатных прослоях. Учитывая негативную роль P для переработки руд черных металлов, знание его минеральных форм должны быть использованы при разработке схем обогащения.
Оценены условия формирования руд W в грейзенах Юго-Коневского и Пороховского месторождений, залегающих в грейзенизированных гранитах и вулканогенной толще. Показано единство источника рудоносных флюидов и незначительное их взаимодействие с вулканогенной толщей.
Установлено стабилизирующее влияние добавок Zr на термическую и химическую стойкость алюмоборосиликатных стеклосодержащих матричных материалов, полученных быстрым охлаждением расплавов с разным соотношением Na и Cs и предназначенных для остекловывания радиоактивных отходов.
На основании детального изучения микроморфологических особенностей зубов, выявление которых проведено при помощи СЭМ, описано два новых рода семейства рыб Anachronistid.
Всего в рамках выполнения второго этапа темы Госзадания № 124032000029-9 опубликовано 12 статей, из которых 3 – в ядре РИНЦ, 9 – в журналах, входящих в БД WoS и Scopus, включая 2 статьи – в журналах первого квартиля Q1 WoS, все опубликованные материалы относятся к уровню журналов 1-3 «белого списка». Результаты работы были представлены в виде 5 докладов на конференциях, в том числе 2-х международных и 1 всероссийской. Методические разработки оформлены в виде РИД

Academic ownership of participants (text description)

Е.В. Белогуб 10 %
Т.И. Рышкевич 13 %
В.Н. Бочаров 14 %
Н.С. Власенко 11%
Н.М. Ефименко 4 %
Н.А. Зайцев 3 %
Е.Ю. Небосько 10 %
В.В. Попов 1 %
О.М. Прокофьев 3 %
К.А. Шпак 11 %
И.Е. Юсупов 8 %
А.О. Иванов 12 %

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

разрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

разрешается

Rationale of the interdisciplinary approach

Глобальная климатическая система это система, объединяющая атмосферу, гидросферу, литосферу, криосферу и биосферу. Корректное описание климатической системы в фиксированный момент времени предполагает возможность одновременного описания физического состояние геосфер Земли и взаимодействий между ними. Научная-практическая тематика проекта носит междисциплинарный характер и объединяет два направления 1) мониторинг и изучение глобальных изменений атмосферы и гидросферы 2) исследование процессов, происходящих на поверхности Земли, связанных с преобразованиями природных источников потенциально токсичных веществ.

Rationale of the intersectoral approach

нет
Short titleGZ-2024
AcronymGZ_F_2024 - 2
StatusActive
Effective start/end date1/01/2531/12/25

ID: 132122776