3 недели назад 141
Холод как важное условие безопасности на Северо-востоке России
Начнем с исторического материала. Зима 1708 – 1709 годов вошла в историю как одна из самых холодных в Европе. «Генерал Мороз» тогда сыграл на руку русским солдатам. Ведь в указанный период шла Северная война. Измотав армию неприятеля суровой зимой, русские дали бой и разгромили войска Карла летом 1709 год под Полтавой (https://dzen.ru/a/Yyg9qmLLLWLzYyC7).
Европейцам приходилось рубить хлеб топорами, спасать скотину и птицу. Не всегда это удавалось. В 1708 году Темзу сковал довольно толстый лед, на некоторых участках он был полуметровым. Во Франции массово вымерзали плодовые деревья — апельсиновые рощи Прованса и виноградники на севере страны. В 1709 и в 1710 году французы сильно голодали. В Венеции льдом покрылись каналы.
Причиной неудачного похода в Россию, Наполеон также посчитал наступление необычайных для европейцев холодов. Он писал: «Морозы, начавшиеся с 7-го числа ноября, вдруг увеличились, и с 14 по 16 ноября термометр показывал от 16 до 18 градусов ниже точки замерзания”. За несколько дней погибло более 30 тысяч теплолюбивых лошадей. К 14-му ноября армия Наполеона лишилась конницы, артиллерии и обозов…
«На восприятие холода европейцами в качестве явления сугубо негативного повлиял исторический испуг Европы перед малым ледниковым периодом XIV–XIX вв. и яркие впечатления, вынесенные из походов в Россию в 1812 и 1940-х гг»(см. ссылку на статью ниже*).
От холода ежегодно умирают более четверти миллиона европейцев, а от жары — в десять раз меньше. Однако исследователи считают, что глобальное потепление приведет к росту смертности в Европе (https://naked-science.ru/article/medicine/coldkillsbutgwkills)…
Здравый смысл и боязнь глобального потепления, заставляет человечество взвешенно относиться сегодня к холоду на планете Земля. По мнению экспертов, «наступило время преодоления культуры “теплоцентризма” и “криофобии”»*. Наступило время криософии («науке о холоде», дословно «мудрости о холоде») и психрофилии («любви к холоду» от др.-греч. ψυχρός — холодный, φιλέω — люблю). Это время осознания криосферы в качестве ресурса и источника благ и возможностей для человечества.
Завтра 28 августа 2024 года Академия наук Республики Саха (Якутия) проводит стратегическую сессию «Холод-ресурс, безопасность-развитие», целью которой станет разработка предложений, рекомендаций по использованию холода как стратегического ресурса Республики Саха (Якутия), обеспечения безопасности по основным направлениям социально-экономического развития региона.
Задачами стратегической сессии обозначены: – взаимодействие федеральных, региональных и муниципальных участников для разработки и реализации действенных решений в области использования холода в обеспечении устойчивого развития региона; – развитие нового научного направления мирового уровня в области разработки холодовых технологий с ускоренным внедрением технологий использования холодового ресурса региона; – разработка предложений в целях прогнозирования рисков и обеспечения безопасности по основным направлениям социально-экономического развития региона.
Работа пройдет по трем группам:
– холодовые технологии и физика холода; природно-техногенная безопасность и энергетическая безопасность;
– сельскохозяйственная и продовольственная безопасность; экономическая безопасность;
– экологическая безопасность, биобезопасность, медицина и здравоохранение.
На стратегической сессии в качестве приглашенных экспертов будут работать: академик РАН, главный научный сотрудник ФГБУН «Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр Российской академии наук» Лайшев Касим Анверович, академик РАН, доктор ветеринарных наук, профессор Стекольников Анатолий Александрович, заместитель директора Института космических исследований РАН, член-корреспондент РАН Лутовинов Александр Анатольевич, руководитель Троицкого обособленного подразделения Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, член-корреспондент РАН Наумов Андрей Витальевич и эксперт РФ по техногенной безопасности, профессор Лепихин Анатолий Михайлович.
***
Несколько десятков лет российские криологи, например, нашего Института мерзлотоведения СО РАН в г. Якутске и Института криосферы Земли СО РАН в г. Тюмень, продвигают научные концепты, связанные с процессами и явлениями в криосфере планеты, которая в настоящее время становится краеугольным камнем в понимании системных процессов в неживой и живой природе. Сегодня эти концепты постепенно обретают статус философского знания, обозначенного дисциплинарным разделом «Криософия», претендующим на описание онтологии спектра криогенных процессов в сложных диссипативных системах.
Читателям портала будет интересно глубже прочувствовать происходящие перемены в мировоззрении относительно конструктивных характеристик криогенных процессов, остро прочувствованные современными исследователями. Вот что пишут в одной из своих работ представители Института криосферы Земли СО РАН, некоторые идеи которых мы отметили в начале материала*: «Человечество преодолевает культуру “теплоцентризма”, “криофобию”, и это важнейший шаг в преодолении других “природофобий”, шаг в толерантную культуру, глубоко экологичную по своей сути. В условиях осознания криосферы в качестве ресурса, источника благ и возможностей для человечества, а не источника угроз необходимо создание новой методологии ее исследования».
Приведем некоторые их основные идеи, непосредственно касающиеся и нашего уникального криосферного макрорегиона дыхания двух океанов, холод которого несет высокие ресурсные качества и свойства (подробнее см. статью*: Мельников В.П., Геннадиник В.Б., Брушков А.В. АСПЕКТЫ КРИОСОФИИ: КРИОРАЗНООБРАЗИЕ В ПРИРОДЕ // Криосфера Земли, 2013, т. XVII, № 2, с. 3–11).
Внимание к вопросам криосферы Земли обусловлена возрастающим ее экономическим значением. «Ресурсная база энергетики и промышленности передвигается на север и далее – на шельф Северного Ледовитого океана. Актуальными становятся задачи обеспечения безаварийной эксплуатации зданий и сооружений, построенных и используемых в крайне неблагоприятных криологических условиях. Все больше материальных и научных ресурсов требуется для изучения криогенных процессов (промерзание – протаивание, пучение грунтов и др.) и их последствий, угрожающих безопасности и долговременной эксплуатации энергетических (нефте- и газопроводов) и транспортных артерий приполярных стран».
Следующая причина внимания к криосфере состоит в том, что «все чаще криогенные процессы и явления становятся неотъемлемой (а иногда, и основной) частью промышленных технологических процессов. Развитие атомной энергетики, авиации, электроники, а также пищевой и химической промышленности, медицины, добычи и транспортировки промышленных газов было бы невозможно без применения холода. Получение, хранение, транспортировка и практическое использование многих промышленных газов реализуются в широком диапазоне низких температур (0,3–165 К — это минус 270-1080 С). Стремительное развитие холодильной, криогенной и климатической техники, обусловленное все возрастающей потребностью в практическом использовании низких температур…
Развитие космической техники, а в последние годы и нанотехнологий стимулировало создание криовакуумных систем и аппаратов. Первые в мировой практике пассажирские самолеты (Ту-155) на жидком водороде и сжиженном природном газе были сделаны в СССР и летали в 1990–1991 гг. в Ниццу, Ганновер и Берлин. В Советском Союзе под руководством профессора В.П. Белякова была построена самая крупная в Европе криовакуумная камера объемом 10 000 м3, в которой был испытан космический аппарат “Буран”. В строительстве холод начали применять для замораживания грунта при прокладке первых московских линий метрополитена в середине 30-х гг. прошлого века. Для очистки воздуха от диоксида углерода при использовании станций метро в качестве бомбоубежищ в 1950-х гг. была создана уникальная криогенная установка. Позднее были разработаны системы регенерации воздуха для подводных и космических аппаратов, создана криовзрывная технология переработки старых автопокрышек. Развиваются криохирургическое и криотерапевтическое (криосауна) направления в медицине.
Криогенное хранение спермы, эмбрионов, костного мозга, крови, освоенное в 1960-х гг., сейчас широко используется. Большое значение для сохранения генофонда мировых и национальных растительных ресурсов имеют криогенные хранилища семян, которые создаются в ведущих странах мира. Уникальные диагностические возможности в медицине достигнуты благодаря использованию сверхпроводимости и ядерного магнитного резонанса (сверхпроводящие магниты применяются в ЯМР-томографах). В итоге можно утверждать, что в течение последних 20 лет “холод” активно внедрялся в медицинскую практику и биологию, и этот процесс, несомненно, будет усиливаться в ХХI столетии.
Наконец, четвертая и главная причина обусловлена глубоким проникновением процессов, происходящих при низких температурах, и процессов фазовых переходов воды и других веществ в современные научные представления о криосфере. Именно эти процессы и порождают широкий спектр явлений, объединяемых понятием “крио разнообразие”…
Дополним сложенную “мозаику” криоразнообразия новыми элементами, еще раз демонстрирующими влияние криосферы на геологические процессы, связь косной и живой материи, а также ее воздействие на развитие общества. Становится очевидным, что многие принципиальные процессы в микромире, в почвоведении и биологии, метеорологии и геофизике, в космологии связаны с охлаждением и фазовыми переходами “вода ↔ лед”. По гипотезе Аррениуса–Гольданского, жизнь зарождалась в холодных облаках при криогенных температурах в результате ударной полимеризации при кристаллизации воды и других процессов [Гольданский, 1986]. Оказалось, что многие рибосомы лучше всего работают при низких температурах, и это свидетельствует о том, что жизнь зарождалась в холодных условиях [Власов и др., 2005]. В случае занесения жизни на Землю из других обитаемых миров ключевой была бы консервирующая роль холода (например, микробы и семена при низких температурах могут сохранять жизнеспособность неопределенно долгое время).
Сложность внутренней структуры льда и особенности его фазовых переходов вдали от равновесных состояний сами по себе достаточны для формирования упорядоченного синергетического поведения и образования устойчивых макроскопических объектов. Это не только классические снежинки, но также, например, пространственно упорядоченные структуры из капель воды в атмосферных облаках [Шавлов и др., 2011]. Подобные явления могут оказаться тем самым недостающим звеном перехода от косной материи к живой.
В определенных условиях структуру воды можно представить как смесь жидкокристаллических структур. Это имеет большое значение для понимания жизнедеятельности организмов. Именно структурированная вода в межсинаптических образованиях мозга осуществляет передачу нейронных импульсов. Пленка структурированной воды вокруг ДНК увеличивает эффективный диаметр цилиндрической макромолекулы ДНК в водном растворе на 40 % по сравнению с безводным состоянием макромолекулы ДНК, что кардинально увеличивает количество переносимой ею информации. Уже небольшое нагревание (до 50– 60 °С) приводит к денатурации белков и прекращает функционирование живых систем. Между тем охлаждение до полного замерзания и даже до температур, близких к абсолютному нулю, не приводит к денатурации и не нарушает конфигурацию системы биомолекул, так что жизненные функции после оттаивания сохраняются. Аналогичное поведение характерно для ферментов, регулирующих обмен веществ в организмах [Вилли, 1975].
Интересно, что именно в холодный период венда появляются первые гигантские организмы. Гигантизм, как известно, характерен для полярных областей и связан с особенностями теплообмена. Эпохи похолодания и эволюция живых организмов оказываются взаимосвязанными на протяжении всего фанерозоя. К похолоданию в юрском периоде, а затем и в конце мелового могут быть приурочены крупнейшие эпохи вымирания биологических видов. Появление Homo sapiens произошло во время крупнейшей ледниковой эпохи, а роль похолодания в происхождении и развитии человека до конца не ясна и нуждается в исследовании. Почему, например, искусство возникло едва ли не в самое холодное время плейстоцена?
Не исключено, что и накопление железистых кварцитов в Курской магнитной аномалии и других районах Земли обусловлено вовсе не деятельностью железобактерий, а колебаниями содержания кислорода в воде, в том числе циклическими, связанными с похолоданиями и потеплениями. Резкое снижение энтропии при формировании сложных органических молекул и биополимеров в процессе возникновения жизни также могло быть связано с понижением температуры и влиянием льдообразования.
Однако наблюдается все больше явлений, выпадающих из этого ряда, и часто они связаны с криосферой, выступающей в роли замедлителя или ускорителя времени. Это, например, палеобактерии, законсервированные на аномально долгие сроки ледяными экранами. Криогенная система замедляет скорости процессов в толще и ускоряет их на границах, создавая значительные градиенты развития.
Промежуточная интенсивность водородной связи. Только кристаллы льда построены исключительно на водородных связях, т. е. лед можно считать стандартом водородных связей. Устойчивость водородной связи обеспечивает достаточную стабильность криогенных систем, а ее относительная слабость (водородные связи примерно на порядок слабее ковалентных) объясняет их высокую подвижность. Те же водородные связи играют важную роль в белках, нуклеиновых кислотах, биополимерах. Сама жизнь обязана своим возникновением водородным связям, так как все биохимические процессы в живом организме – это процессы, когда рвутся и вновь возникают водородные связи. Таким образом, криогенные системы определяют скорости соразмерных живому процессов на всем протяжении их существования
Суть криософии – в научном осознании места и роли холодной материи в происхождении и эволюции вещественно-энергетических взаимодействий, в зарождении и поддержании жизни. Она призвана изучать наиболее общие существенные характеристики и фундаментальные принципы криосферы во всех ее проявлениях, использовать как классические (при исследовании простых физических и химических систем) и синергетические (при исследовании сложного и живого) подходы, так и методы информационной логистики, продуцирующие знания о знаниях.
Криология все чаще оперирует несвойственными классической прикладной науке терминами: разнообразие, устойчивость, сложность, эмерджентность. Системы объединяются в метасистемы, на смену моделям приходят их иерархии. Все это придает криологии черты постнеклассической науки, главными особенностями которой являются междисциплинарность и актуальность».
Дублирующие видеохостинги, сопровождающие видеосюжеты Академии наук Якутии на случай полной блокировки ютьюб:
https://vk.com/public217206078
https://web.telegram.org/k/#@AkademyRepSakha
https://rutube.ru/channel/24490370/
Фото: Пресс-службы
Источник: Пресс-служба Академии наук РС (Я) с использованием указанных в тексте материалов
