В последние 200 лет, наряду с увеличением концентрации СО_2, беспрецедентно растет содержание СН₄ в атмосфере, обусловленное антропогеном. По принципу положительных обратных связей увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере может привести к потеплению, достаточному для разложения природных метановых гидратов, особенно тех, которые находятся в арктических морях и тундровой зоне в метастабильном состоянии. Вместе с тем известно, что в истории Земли выбросы СН₄ в атмосферу в связи с массовым разложением метановых гидратов приводили к климатически обусловленным биосферным катастрофам – это мезозойские и кайнозойские катастрофические потепления. Планетарная климатическая система в настоящее время находится в состоянии детерминистического хаоса. В этом состоянии даже относительно небольшие вклады в парниковый эффект могут вызвать значительные изменения в её функционировании, вследствие чего повышается ответственность человечества за выбор климатической системой дальнейшей траектории ее развития.

Приводятся данные изотопного состава атмосферных осадков и снежного покрова в районе г. Якутска в зимний период 2013–2014 гг. Полученные результаты согласуются с опубликованными средними значениями изотопного состава атмосферных осадков для зимнего сезона 2000/2001 г. Совокупное использование результатов изотопного анализа атмосферных осадков и снежного покрова позволило получить уточнённое уравнение локальной линии метеорных вод для зимнего периода в районе г. Якутска, значения коэффициента и свободного члена в котором близки к значениям глобальной линии метеорных вод. Получены уточненные зависимости изотопного состава зимних атмосферных осадков от температуры воздуха в районе г. Якутска, которые близки к значениям для холодных регионов Северного полушария.

Приводятся результаты исследования температурного эффекта аэрозоля в летний сезон над центральной частью Якутии за период 2004–2014 гг. Использованы данные натурных и спутниковых измерений, а также климатических моделей NCEP/NCAR и ERA-Interim на основе тех же измерений. Данные по аэрозольному содержанию и распределение по размерам частиц получены по измерениям на солнечном фотометре СЕ-318 сети «AERONET» около Якутска. Впервые показано, что возмущение атмосферы аэрозольными частицами от воздействия очагов возгорания лесного массива приводит к снижению потока прямой солнечной радиации и при наличии отрицательной фазы уходящей длинноволновой наблюдается понижение приземной температуры воздуха.

На основе экспериментальных данных наблюдений низкочастотных радиоизлучений, полученных в окрестностях г. Якутска и п. Батагая, рассмотрены резонансные эффекты в электромагнитных сигналах грозовых разрядов. Эффекты имеют частоты, лежащие ниже критической частоты поперечного резонанса «земля–ионосфера». Особо выделяются эффекты в виде «полос» (квазипериодических излучений), зарегистрированные, в основном, в окрестности п. Батагая. Основная резонансная частота эффектов составляла около 145 Гц, добротность колебаний – около 10 Гц. Полученное по сигналам с верхним частотным «срезом» распределение возможных критических частот показывает достаточно широкий диапазон частот с максимумом событий на 700–800 Гц. В диапазоне 350– 600 Гц отмечается совпадение частот разных типов резонансных проявлений: полос, «колен» (дисперсия вверх и вниз от резонансной частоты) и сигналов с верхним частотным «срезом». В качестве возможного волновода, в котором проявляются указанные резонансные эффекты, предполагается волновод, образованный слоями ионосферы.

Карта сейсмотектоники Восточной Сибири представляет собой первую попытку объединения разнообразных геолого-геофизических данных, которые характеризуют связь проявлений сейсмичности и тектоники изучаемого регионов Алтая, Тувы, Бурятии и Республики Саха(Якутия). Основными научными достижениями составленной карты являются: структурно-кинематическая идентификация зон возникновения очагов сильных землетрясений наиболее сейсмически активных сегментов Восточной Сибири; создание структурно-динамической модели главных сейсмогенерирующих зон Арктико-Азиатского и Байкало-Станового сейсмических поясов, связанных с зонами взаимодействия Евразиатской и Североамериканской литосферных плит и выявление в их пределах потенциальных очаговых зон с максимальным сейсмическим потенциалом. Данные исследования впервые дали объяснение модели возникновения сейсмичности в отдельных сегментах горно-складчатых систем Байкало-Станового и Арктико-Азиатского сейсмических поясов.

В среднем палеозое Северо-Востока Евразии выделяются два глобальных событийных уровня, где сопрягаются системная перестройка климата, седиментогенеза и экспансия пионерных сообществ брахиопод. Первое – это Lower Pridolian Event, фиксирующиеся на границе лудфорда/пржидола сменой остракодовой сульфатно-красноцветной фации полузамкнутых лагун на брахиоподовоизвестняковую фацию мелкого шельфа и взрывным появлением пионерных ассоциаций брахиопод Atrypoidea phoca (Salter) и Collarothyris canaliculata (Wenjukow), и второе – Klonk Event, установленное на границе силура/девона, где сероцветная водорослево-доломитовая фация лагун замещается брахиоподово-известняковой фацией мелкого шельфа и появляются ассоциации раннедевонских табулят, брахиопод и конодонтов Zieglerodina remscheidensis (Ziegler).

Представлен анализ результатов многолетних геотермических наблюдений на полигонах подземного захоронения дренажных вод, откачиваемых из карьера месторождения трубки «Удачная» (Западная Якутия). По особенностям изменения температурного поля мерзлой толщи выделены три гидрогеотермические зоны. Динамика температуры горных пород в выделенных зонах может служить критерием для оценки воздействия сбрасываемых вод на геологическую среду и основой для разработки мероприятий по минимизации их негативного влияния на экологическую обстановку.

Озера, расположенные на многолетнемерзлом субстрате, имеют специфические черты развития режима и водообмена. Однако для подавляющего числа озёр Якутии такие исследования практически не проводились. В связи с этим для определения притока и стока воды в озёрах рассмотрены многолетние водные балансы и рассчитаны приёмы определения их составляющих при отсутствии соответствующих наблюдений. Для этих целей использованы расчёты зависимости V0=f(A0) для основных выделенных генетических типов озёрных котловин. Теоретическим путём выявлены транзитно-аккумуляционные особенности неизученных озёр Якутии.

На примере трех типичных задач математической физики и их вариаций, часто возникающих при освоении месторождений в зоне Арктики, показана возможность успешного применения граничного метода решения прикладных задач математической физики. Первый тип задач посвящен прикладному решению нелинейной тепловой задачи с целью определения теплофизических характеристик мерзлых, талых и протаивающих-промерзающих горных пород. Второй тип относится к задаче абляции–плавления твердых материалов применительно к мерзлым труднопромывистым глинистым горным породам для их наиболее полного диспергирования с целью эффективного извлечения тонких классов полезного компонента. Третий тип задач относится к задаче течения ламинарного пограничного слоя вдоль поверхности магнитной поверхности с целью извлечения тонких классов немагнитных компонентов полезных ископаемых: золото, платина, олово и т.д. Предложены простые решения всех этих задач.

Разработана математическая модель процессов тепломассообмена вентиляционного воздуха с горными породами в протяженных горных выработках шахт и рудников криолитозоны с учетом испарения и конденсации влаги. Принятым допущением массив горных пород вокруг выработки представляем областью в виде полого цилиндра. Внутренний радиус области соответствует радиусу выработки, а внешний радиус выбирается из условия распространения зоны теплового влияния вокруг выработки на расчетный временной период. Математическая модель численно реализована методами конечных разностей. Показано, что летом в устьевых частях горной выработки преобладают конденсационные процессы, а зимой – испарительные. Поступающая в неё влага из вентиляционного воздуха и горного массива интенсифицирует тепломассообменные процессы, что существенно влияет в целом на тепловой режим шахт и рудников. Численная реализация разработанной модели позволяет рассчитать динамику изменений температуры вентиляционного воздуха и его относительной влажности в зависимости от термовлажностных условий выработки, что важно для прогноза теплового режима шахты и обеспечения безопасности ведения горных работ.

В процессе бурения скважин в толще многолетнемерзлых пород встречается ряд специфичных осложнений, которые нередко приводят к серьезным авариям: выпучивание грунта, разрушение устья скважин, обвалы стенок скважин, обрыв и смятие обсадных колонн из-за неэффективного цементирования в зоне мерзлых пород, выброс газа на поверхность, грифоны и т.д. Упомянутые выше осложнения предопределяются некачественным бурением и креплением скважин. Даны основные рекомендации, способствующие успешной проводке скважин в многолетнемерзлых породах: строительство скважин без спуска шахтовых и удлиненных направлений; бурение на низкотемпературных промывочных жидкостях; бурение в летний период долотами меньшего размера с последующем расширением до необходимого диаметра; достижение максимально возможных коммерческих скоростей проводки скважин.

Дается оценка эффективности использования местного минерального сырья для создания хладостойких, высокопрочных и износостойких сплавов в северном исполнении. Рассмотрены некоторые направления разработки и создания сталей северного исполнения, в том числе работающих в условиях большого износа. Проанализирована целесообразность применения железомарганцевых руд Ленского рудного поля при изготовлении литых изделий с целью восстановления узлов и деталей техники эксплуатируемой горнодобывающей отрасли Республики Саха (Якутия). Приведены химические составы созданных хладостойких, высокопрочных и износостойких сталей нового поколения с заданным комплексом эксплуатационных свойств.

Проведены экспериментальные исследования износостойкости и трибодеструкции при трении скольжения низколегированной стали до и после объемного наноструктурирования с применением холодного (при комнатной температуре) равноканального углового прессования. На различных этапах трибонагружения изучен с применением методов оптической и растровой электронной микроскопии, профилометрирования и расчета автокорреляционных функций шероховатости поверхностей трения процесс изнашивания стали в крупнозернистом и наноструктурированном состояниях. Показано, что образование в ней гетерогенной структуры системы «субмикронная ферритная матрица – наноразмерная карбидная фаза» обеспечило кратное увеличение износостойкости. Выявлены особенности контактного разрушения, определяющие рост износостойкости стали при измельчении структуры и указывающие на существенные различия в природе формирования трибологической прочности металла в зависимости от уровня дисперсности структурных элементов.

Проведены сравнительные экспериментальные исследования химического состава, механических свойств и микроструктуры наплавленных слоев сварочного электрода марки УОНИ-13/55, полученных электродуговой наплавкой на постоянном и модулированном токах. Показано, что наплавленные слои металла, полученные импульсно-дуговой наплавкой, имеют повышенное содержание марганца и значений ударной вязкости, а также более мелкозернистую структуру по сравнению с ручной дуговой наплавкой на постоянном токе. Установлено, что микротвердость наплавленного слоя, выполненного импульсно-дуговой наплавкой, имеет более сглаженный вид по сравнению с наплавкой на постоянном токе. Для повышения прочности и надежности при восстановлении геометрических размеров изношенных деталей горнодобывающей техники может быть использована технология импульсно-дуговой наплавки.

В целях оценки радиомодифицирующего действия биоактивных веществ из тканей щирицы запрокинутой изучено влияние предпосевного замачивания зерновок трёх сортов пшеницы, предварительно подвергнутых радиационному облучению γ-квантами ⁶⁰Со в диапазоне доз от 10 до 600 Гр, в 1, 2 и 4%-х водных растворах лиофилизата, полученного из водно-спиртового экстракта Amaranthus retroflexus L., на фотосинтетический комплекс их 7-дневных проростков. Водно-спиртовый экстракт щирицы запрокинутой был получен последовательной экстракцией всей надземной фитомассы вначале 40 %-м водно-спиртовым раствором, а затем 70 %-м для извлечения максимального количества биоактивных веществ. Установлено, что такая предпосевная обработка семян имеет сортоспецифичную направленность и не оказывает выраженного негативного воздействия на фотосинтетические характеристики проростков. Выявлено, что 2 %-й водный раствор лиофилизата увеличил количество изученных пигментов в проростках и изменил уровень светособирающего комплекса в фотосистемах. Радиопротекторное действие лиофилизата из щирицы запрокинутой проявилось при сочетании острого γ-облучения дозой 10 Гр и предпосевного замачивания зерновок в 2%-м лиофилизате. Усиление воздействия радиационного стресса отмечено при γ-облучении дозой 10 Гр и предпосевном замачивании зерновок в 1% лиофилизате.

Обзор посвящен вопросам изучения влияния электромагнитных волн и полей на биообъекты. Описаны основные источники техногенного электромагнитного загрязнения – это системы производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, функциональные передатчики, так же приведены их физические характеристики. Приведены примеры ответных реакций организмов на воздействие электромагнитных полей и излучений. Описаны основные принципы методологического подхода к исследованиям взаимодействия живых организмов и электромагнитных воздействий. Проанализированы различные гипотезы о механизмах взаимодействия электромагнитных полей и излучений с микроорганизмами, насекомыми, растениями и млекопитающими. Показано, что изучение влияния электромагнитных полей и излучений на биологические объекты позволяет получать важные научные данные, которые могут быть применены на практике, в экологии – для разработки предельно допустимых уровней ЭМП для человека и других биообъектов, в медицине – при разработке новых способов диагностики и методов физиотерапевтического лечения болезней, биотехнологии – как один из способов регулирования биохимических показателей различных микробных культур.

Проведен сравнительный анализ физиологических и цитогенетических характеристик семенного потомства двух групп растений вида Atriplex patula L., произрастающих в условиях различных уровней пылевого техногенного загрязнения: 21±1 и 843±41 мг/(м²·сут). В образцах пыли, отобранных на участке с высокой степенью техногенной нагрузки, выявлено увеличение содержания меди в 1,7 раза, цинка в 1,5, кобальта в 2,0, стронция в 1,3 и свинца в 15,3 раза по сравнению с контролем. Показано, что повышенное содержание тяжелых металлов способно вызывать снижение показателей физиологических характеристик семенного потомства – всхожести на 80 % и длины корешка на 30 % относительно контроля. В клетках апикальной меристемы корешков проростков A. patula отмечено увеличение в 1,3 раза числа аберрантных клеток на фоне увеличения в 2,6 и 3,0 раза скорости включения ³Н-тимидина и ¹⁴С-лейцина в клетки проростков соответственно относительно контроля.

Проведена оценка показателей гумусного состояния широко используемых в сельскохозяйственном производстве мерзлотных пойменных почв долины средней Лены. Определены характеристики гумуса (содержание и запасы гумуса, степень гумификации органического вещества, соотношение гуминовых и фульвокислот). Разное положение в рельефе аллювиальных дерновых почв и различия режимов затопления (условий увлажнения) определяют разную выраженность количественных показателей гумусного состояния. Содержание и запасы гумуса уменьшаются, степень гумификации органического вещества повышается и тип гумуса меняется в сторону наибольшей гуматности в ряду дерновые глееватые (низкая пойма) – дерновые типичные почвы (средняя пойма). Очень высокая и высокая степень гумификации органического вещества, гуматный и фульватно-гуматный типы гумуса, закрепление значительной части гумусовых веществ в виде гуматов кальция (ГК-2) в верхних горизонтах обуславливают высокое плодородие аллювиальных дерновых типичных почв.

Приводятся результаты анализа географических элементов лесного флористического комплекса северотаежных лесов на примере лиственничников Яно-Индигирского междуречья. Сделан вывод о том, что становление и распространение северотаежных лиственничных лесов на северо-востоке Азии напрямую связано с развитием криолитозоны в раннем плейстоцене. Структура и видовой состав северотаежной флоры показывает его близкое родство с тундровыми фитоценозами, с которыми она имеет общую составляющую в виде автохтонного гипоарктического ядра и общую эволюционную историю в течение всего плейстоцена. В то же время лесной флористический комплекс достаточно самобытен, и бореальный элемент флоры не имеет трансконтинентальных связей, обычных для темнохвойной тайги и тундры, что показывает отсутствие лесов в плейстоценовой истории Берингии.

Рассмотрены результаты интродукционного изучения Scutellaria baicalensis Georgi. Изучены ритмологическая, морфологическая изменчивость и онтогенез в культуре, оценены интродукционные возможности вида. В условиях культуры S. baicalensis проходит полный сезонный цикл развития. К болезням и вредителям вид устойчив. В культуре продолжительность онтогенетических состояний прегенеративного периода сокращается. Высокая интродукционная устойчивость S. baicalensis показывает перспективность плантационного выращивания для лекарственных целей и озеленения.

В нарушенных местообитаниях на территории Дальнего Востока России и Вьетнама в популяциях рогоза восточного T. orientalis C. Presl sensu amplo, рогоза господствующего T. domingensis Pers., рогоза Комарова T. komarovii A. Krasnova обнаружены морфологические аномалии ― полимеризация, истинная и ложная «ветвистость». Это свидетельствует об изменениях гидрофильной флоры под влиянием антропогенного фактора.

В лесотундровой зоне Северо-Востока Якутии во второй декаде июня лед в постоянных водоёмах оттаивает только по краям, в них встречаются только единичные личинки комаров. Во временных водоёмах плотность личинок комаров во второй декаде июня насчитывается от 3 до 955 экз./м². В начале третьей декады июня плотность личинок достигает 1720 экз./м². В конце июня отмечается спад плотности личинок комаров от 13 до 363 экз./м² и одновременное увеличение куколок до 60 % от общего числа. Спад уровня воды у таких водоёмов идет медленно, что обеспечивается мерзлотным режимом почв. Водоемы сохраняются до конца июля. Видовой состав вылетающих из садка имаго определен как Aedes punctor Kirby и A. hexodontus Dyar. Доля вылета из личинок – 95 %. В 2004 г. в лесотундровой зоне Северо-Востока Якутии лёт отмечался с 3 июня до 7 сентября с общей продолжительностью периода активности имаго 97 дней. Пик лёта и нападения самок комаров на домашних северных оленей зарегистрирован с 3 до 23 июля. В период пика численности за 5-минутный учет сачком отлавливается более 5000–9000 особей комаров у приманочного оленя. Из крупных сельскохозяйственных животных наиболее привлекательным объектом для нападения самок комаров является домашний северный олень.

Представлены результаты многолетних исследований биологических характеристик рыб из водоемов Якутии. Большие изменения в общей экологической ситуации в регионе и особенно возрастающее влияние антропогенного фактора вызвали необходимость новой оценки состояния рыбного населения в современных условиях, выявление основных тенденций в составе рыбного населения с выходом на экологическое прогнозирование. На основе проведенных исследований выявлен ряд закономерностей в изменениях популяций рыб, обитающих на северной границе распространения, в условиях загрязнения водоемов тяжелыми металлами от предприятий горнодобывающей промышленности. Рост численности многих видов опромышляемых рыб в водоемах Якутии резко снижается из-за антропогенного пресса и прежде всего за счет несанкционированных сбросов промышленных вод, их многочисленных отвалов и стоков, сельскохозяйственных отходов, строительных и бытовых стоков в речные и озерные системы. Необходимо создать экономическую предпосылку для развития рыбной отрасли республики, а это возможно через проведение рыбоводных мероприятий в озерах республики.

Основным источником загрязнения р. Лена является сброс неочищенных сточных вод г. Якутска. В настоящее время в городе функционируют канализационные очистные сооружения (КОС) механической очистки производительностью 35 тыс. м³/сут. Обеззараживание производится жидким хлором. Сброс сточных вод осуществляется по двум трубопроводам в р. Лена в 1,5 км ниже основного водосбора. На КОС поступает 50–55 тыс. м³ сточных вод в сутки. Одна третья часть хозяйственно-бытовых сточных вод г. Якутска через сливную станцию поступает в основной коллектор и без очистки сбрасывается в р. Лена. Водный фактор оказывает существенное влияние на уровень заболеваемости населения инфекционными и инвазионными заболеваниями, передающимися фекальнооральным путем. Заболеваемость населения г. Якутска острыми кишечными инфекциями ежегодно составляет в среднем 1000 случаев на 100 000 чел., дифиллоботриозом – 900 случаев на 100 000 чел., что указывает на высокую степень загрязнения реки коммунальными отходами. Для выявления экологической обусловленности распространения инфекционных и инвазионных болезней среди населения г. Якутска нами проведены исследования проб воды на наличие санитарно-показательных микроорганизмов. Исследования показали широкую циркуляцию и высокий уровень содержания санитарнопоказательных микроорганизмов. Колиформные бактерии за 2005–2010 гг. составили 7839,9 КОЕ в 1 л. Наибольшая степень загрязнения наблюдается весной в период паводка 240 КОЕ в 100 мл. Содержание термотолерантных колиформных бактерий во всех пробах не соответствует гигиеническим нормативам (СанПиН 2.1.5.980-00) и доходит до 24000 КОЕ в 100 мл. Общее микробное число в период наблюдения варьировало от 4 до 105 КОЕ в 1 мл. Сульфитредуцирующие клостридии и цисты лямблий (Gardia lamblia cyst) в среднем за 5 лет составили 1,93 КОЕ в 20 мл и 3,2 цист в 25 л, соответственно. Наличие санитарно-показательных микроорганизмов в среднем течении р. Лена указывает на существенное загрязнение акватории коммунальными отходами г. Якутска, что ведет к распространению заболеваемости населения острыми кишечными инфекциями и дифиллоботриозом.