Научные публикации

Сотрудники лаборатории геоинформационных технологий Института экологии растений и животных УрО РАН кандидат сельскохозяйственных наук А.А. Григорьев, кандидат технических наук Ю.В. Шалаумова, доктор биологических наук П.А. Моисеев, аспирант С.О. Вьюхин и их коллеги из Эстонии и Испании выяснили, как живет в горах Южного Урала можжевельник сибирский — наиболее распространенный здесь кустарниковый вид. В статье, опубликованной в Journal of Forestry Research (изд-во Springer Nature), они проанализировали основные факторы окружающей среды, влияющие на изменение его ареала и структуру популяции.

В последние десятилетия быстрое потепление климата в полярных и альпийских регионах сопровождалось расширением ареала кустарниковой растительности. Однако мало что известно о том, как распространение кустарников будет меняться по мере продвижения древесной растительности вверх склонов и изменения высоты снежного покрова. Уральские ученые показали, что продвижение можжевельника сибирского выше в горы лимитировано отсутствием снежного покрова, который не образуется из-за высокой скорости ветра в зимнее время. И на нижней границе его ареала из-за формирования сомкнутого елового древостоя возникают крайне неблагоприятные условия, в которых этот кустарник не может существовать.

В международном научном журнале Langmuir опубликована статья ученых Института механики сплошных сред Пермского ФИЦ УрО РАН, в которой представлены результаты исследований поверхностных свойств магнитных жидкостей. Журнал, названный в честь лауреата Нобелевской премии по химии 1932 г. Ирвинга Ленгмюра, издается Американским химическим обществом с 1985 г. Это ведущее издание в области фундаментальных и прикладных исследований систем и материалов, в которых поверхностные свойства играют доминирующую роль.

Цель исследования авторов — выяснить степень влияния магнитного поля на поверхностное натяжение магнитной жидкости. Магнитные жидкости — это искусственно созданные коллоидные растворы, аналогов которых в реальной природе не существует. Наряду с такими свойствами как текучесть и вязкость, магнитные жидкости демонстрируют чувствительность к внешним магнитным полям.

Пермские ученые предприняли попытку прямого экспериментального измерения поверхностного натяжения магнитной жидкости в магнитном поле классическим методом капиллярных волн, который известен с начала XX века, но повсеместно в мировой практике не используется. Для определения поверхностного натяжения магнитной жидкости они существенно модифицировали этот метод. Уникальный способ возбуждения волны и анализ полученных профилей, измеренных с точностью до нескольких нанометров, позволили применить его для исследования биологических жидкостей и жидкостей во внешних полях.

Заведующий лабораторией биоразнообразия растительного мира и микобиоты доктор биологических наук Денис Веселкин по данным о кислотности коры сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) установил, как далеко вглубь урбанизированных лесов проникает атмосферное загрязнение от дорог и городского окружения. Результаты опубликованы в международном научном журнале Urban Forestry & Urban Greening.

Деревья на краю леса, на опушке, растут несколько иначе, чем такие же деревья в глубине леса. На краю выше освещенность, скорость ветра и загрязнение воздуха, и вместе с тем влажность воздуха там меньше. Закономерности реакции деревьев на такие изменения условий давно и хорошо известны. Они получили обозначения «краевые эффекты» или «краевые влияния».

В качестве индикатора загрязненности воздуха часто изучалась и изучается древесная кора или корка. На протяжении жизни растения она аккумулирует из окружающей среды разные вещества. В частности, один из признаков состояния коры, изменяющийся вследствие загрязнения — это кислотность или рН, которую достаточно легко зафиксировать и поэтому в отношении этого признака возможны массовые измерения. Именно такую работу на примере Екатеринбурга и провел Денис Веселкин.

Прочность и надежность скважин при добыче углеводородов зависят от механической целостности используемых обсадных труб, а на скорость развития деформаций обсадной колонны в свою очередь существенно влияет выбор материалов и методов эксплуатации скважины. Для количественной и качественной оценки состояния трубы необходим постоянный мониторинг с применением неразрушающих методов контроля. Один из основных — метод так называемой «утечки» магнитного поля, подходящий для сканирования оболочек из намагничивающихся металлов (железо, никель и т.д.). Прибор создает сильное магнитное поле и измеряет его искажения, обусловленные дефектами оболочки обсадной трубы. 

Вышел в свет первый выпуск нового международного журнала Еlectrochemical Materials and Technologies, учрежденного Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН совместно с Уральским федеральным университетом (Екатеринбург). Журнал бесплатен для авторов и читателей и публикуется онлайн на английском языке с перио-дичностью 4 раза в год. Отсутствие печатной версии дает преимущество быстрого опубликования работ (до 60 дней). При этом редакция гарантирует высокие стандарты традиционного рецензирования.

В журнале Nature Communications вышла статья, в которой представлены сверхдлительная древесно-кольцевая хронология по ширине годичных колец полуископаемых деревьев Ямала и информация о летних температурах за каждый год из исследованных авторами 7 638 лет. Основу авторского коллектива составили сотрудники лаборатории дендрохронологии Института экологии растений и животных УрО РАН и лаборатории естественнонаучных методов в гуманитарных исследованиях Уральского федерального университета им. первого президента России Б.Н. Ельцина. О том, какие выводы делают ученые из этих исследований, мы побеседовали с ведущим научным сотрудником ИЭРиЖ доктором биологических наук Рашитом Хантемировым. 

— Можно теперь с уверенностью говорить о небывалом потеплении на севере Западной Сибири в последние семь с лишним тысяч лет?

— Безусловно. Статья в Nature Communications — не первая публикация, посвященная климатическим реконструкциям на основе Ямальской сверхдлительной хронологии. Древесно-кольцевая хронология протяженностью в две тысячи лет была построена и опубликована более двадцати лет назад, и еще тогда мы показали исключительность нынешнего потепления. Это был один из первых значимых сигналов мировому сообществу о серьезности проблемы современных изменений климата.

— Насколько все же нынешнее потепление необычно в исторических масштабах?

— Отвечая на этот вопрос, вспоминают про средневековый климатический оптимум. Согласно легендам, тогда в Англии выращивали виноград, а Гренландия была покрыта зеленью и викинги занимались там земледелием. Но существуют ли объективные подтверждения таких теплых периодов в относительно далеком прошлом? К сожалению, прямые наблюдения за температурой в то время не велись. Термометр изобрели только во второй половине XVII века, тогда же появились первые метеостанции. Это уже был малый ледниковый период. Поэтому разумным кажется предположение, что рост температуры согласно инструментальным данным в последние сто лет — просто очередная фаза естественных колебаний климата. Так ли это? Чтобы ответить на этот вопрос, нужны данные природных «термометров» за многие тысячи лет.

Исследователи Института физики металлов УрО РАН и УрФУ улучшили свойства магнитострикционного материала — соединения редкоземельного металла тербия и железа. Главным преимуществом новой версии материала является устойчивость к экстремально низким температурам (до –190 °С), поэтому может работать даже в космосе. Статья опубликована в журнале ”Journal of Alloys and Compounds”.

Соединение тербия и железа — уже давно известный магнитострикционный (то есть меняющий свой размер и форму во внешнем магнитном поле) материал. Такие материалы находят широкое применение в генераторах и приемниках ультразвука. Например, с помощью ультразвуковой обработки можно очищать нефтяные скважины, тем самым повышая качество и количество добываемой нефти. Они применяются также в сенсорах магнитного поля и электрического тока, устройствах активной виброзащиты, магнито-электрических преобразователях энергии, датчиках деформаций, актуаторах и т. д. Магнитострикционные актуаторы — это короткоходные линейные приводы, в которых перемещение осуществляется за счет изменения формы материала, что обеспечивает высочайшую жесткость конструкции. Магнитострикционные материалы не деградируют со временем и не боятся перегрева, при остывании восстанавливают свои свойства. Актуаторы на их основе обладают высоким быстродействием, однако требуют высокой напряженности магнитного поля, поэтому потребляют много электроэнергии.

В журнале ”Mammal Review” коллектив авторов из России, Норвегии, Швеции и Финляндии опубликовал статью «The wild boar Sus scrofa in northern Eurasia: a review of range expansion history, current distribution, factors affecting the northern distributional limit, and management strategies», в которой представлены история расширения ареала дикого кабана в северной Евразии, его современное распространение, факторы, определяющие северную границу ареала, и стратегии управления популяциями этого животного. Инициатором подготовки обзора стал сотрудник лаборатории экологии охотничьих животных Института экологии растений и животных УрО РАН кандидат биологических наук Николай Марков. С российской стороны в совместной работе приняли участие специалисты из Карелии, Архангельской области, Кирова, Екатеринбурга, Новосибирска, Иркутска, Благовещенска и Владивостока. Объединение усилий такого большого числа авторов позволило обобщить внушительный объем самых разнородных сведений о распространении и экологии кабана.

— Перефразируя известную поговорку для запоминания последовательности цветов видимого спектра, можно сказать: каждый охотник желает знать, где сидит… кабан. И не только охотник, — говорит Николай Марков. — Кабан — это вид знаковый. Символ силы и «крутости» умеет не только сражаться с соперниками с помощью своих мощных клыков, но и выступать в качестве «экологического инженера», существенно меняя свойства экосистем, в которых обитает. Предок домашней свиньи, он являет собой образец адаптивности и приспособляемости к самым разным условиям среды — от полупустынь Азии до…

В ведущем научном журнале Journal of Fluid Mechanics вышла статья сотрудников лаборатории гидродинамической устойчивости Института механики сплошных сред Пермского ФИЦ УрО РАН доктора физико-математических наук Алексея Мизёва, Андрея Шмырова и кандидата физико-математических наук Анастасии Шмыровой «Ontheshear-drivensurfactantlayerinstability» («Неустойчивость слоя сурфактанта, обусловленная вязкими сдвиговыми напряжениями»). Описанный авторами механизм развития неустойчивости, приводящей к возникновению многовихревых структур на межфазной поверхности, позволяет по-новому взглянуть на результаты некоторых экспериментальных исследований в области межфазной гидродинамики. Возможно также, что этот механизм — ключ к решению задачи, известной под названием «парадокс Леонардо». Великий итальянец еще в 16 веке наблюдал и описал спонтанный переход траектории всплывающего пузырька от прямолинейной к спиральной.

О совместной работе рассказал один из авторов статьи Андрей Викторович Шмыров.

— Мы изучаем течения в жидкостях, на поверхности которых имеется слой молекул поверхностно-активного вещества (ПАВ), или сурфактанта. Задачи такого типа рассматриваются в рамках межфазной гидродинамики, но пока до полного понимания этих явлений далеко, несмотря на давнюю историю исследований. Это связано с междисциплинарным характером проблем на стыке гидродинамики и физической химии. Слои сурфактанта толщиной всего в одну молекулу представляют собой двумерные объекты, которые характеризуются своей собственной диффузией и вязко-упругими свойствами, что необходимо учитывать при описании течений жидкости. Однако в большинстве гидродинамических исследований используются упрощенные модели взаимодействия течения со слоем ПАВ.

В журнале «Успехи физических наук» в разделе «Обзоры актуальных проблем» вышел обзор сотрудников Института механики сплошных сред УрО РАН докторов физико-математических наук П.Г. Фрика и Р.А. Степанова в соавторстве с профессором МГУ Д.Д. Соколовым «Вейвлет-анализ пространственно-временной структуры физических полей», подытоживающий многолетний труд авторов по развитию методов вейвлет-анализа и их приложению к самым различным областям науки.