Предложена новая многоуровневая модель расчёта карбонового следа продукции агроэкосистем. Введено понятие «итоговый карбоновый след», который включает как прямые выбросы СО₂ при работе тракторов, комбайнов и т. д., окислении гумуса почв, СО₂-экв. при трансформации азотных удобрений в почве, так и косвенные выбросы – поступление углекислого газа в атмосферу при производстве тракторов, комбайнов, почвообрабатывающих орудий, транспортных средств, минеральных удобрений и т. д. На примере результатов экспериментов на серых лесных почвах Южного Подмосковья показано, что при внесении средних доз минеральных удобрений под полевые культуры косвенные выбросы СО₂ сопоставимы с поступлением СО₂ от окисления органического топлива при работе техники в поле. При расчёте величины карбонового следа полевой культуры необходимо учитывать влияние пожнивных и корневых остатков предшественника на баланс углерода в почве данной агроэкосистемы. По возрастанию выбросов СО₂ на 1 га посева на серых лесных почвах культуры расположены следующим образом: кукуруза на силос > ячмень > озимая пшеница > клевер; клевер является углерод-отрицательной культурой (-1,7 т/га СО₂). Приведены значения итогового карбонового следа зерновых культур, рассчитанные по стандартной методике.

Сооружения очистки сточных вод являются центрами перераспределения потоков биогенных элементов, т. к. на выходе из сооружений формируются три потока веществ (жидкий, твёрдый и газообразный), в которых долевое содержание биогенных элементов зависит от технологии очистки сточных вод. Принципы циркулярной экономики требуют учёта этих потоков для формирования стратегии по использованию биогенных элементов для нужд возрастающего городского населения. Выделение бассейнов канализования в рамках речного бассейна является инструментом для расчёта этих потоков. В рамках каждого бассейна канализования определяется максимально возможное количество биогенных элементов (углерода, азота, фосфора), которые перенаправляются очистными сооружениями в местный водоприёмник, в атмосферу и в осадок сточных вод. Автором предложено использовать метод ГИС для выделения внутри бассейна реки бассейнов канализования. Обозначенный подход позволяет рассчитать максимальные потоки по биогенным элементам исходя из количества жителей в каждом бассейне канализования, что даёт представление об экологической нагрузке как на отдельный бассейн, так и на всю территорию бассейна реки в целом. Приведены методика выделения бассейнов канализования внутри бассейна реки Москва, расчёт количества жителей в их границах, а также суточная нагрузка по двум показателям – общему азоту и фосфору фосфатов. С помощью геоинформационного обеспечения создана карта бассейнов канализования, выявлены наиболее и наименее обеспеченные очистными сооружениями участки бассейна реки Москва.

Сформулирована новая трёхступенчатая методика расчёта влияния лесов на баланс С-СО₂ в атмосфере Земли. Методика включает не только учёт поглощения С-СО₂ при вегетации насаждений, но и процессы, происходящие при использовании древесины. В модельных экспериментах изучались затраты технической энергии, её энергетическая эффективность и потоки С-СО₂ в плантациях природной и генетически модифицированной формах осины PopulustremulaL. Использование генетически модифицированного клона осины значительно повышает продуктивность и поглощение СО₂ из атмосферы по сравнению с его природной формой. В управляемых лесах при расчёте баланса СО₂ необходимо учитывать не только прямые, но и косвенные вложения технической энергии при закладке плантации, выращивании деревьев и рубке главного пользования. Окончательные размеры стока из атмосферы под влиянием лесов зависят не только от площади насаждений и их продуктивности, но и от способов использования древесины. Основное значение леса в регулировании содержания углекислого газа в атмосфере, на который мало обращают внимания, – так называемый эффект замещения. Замена энергоёмких материалов (железобетона, кирпича, металла, пластика) на древесину будет одним из главных путей положительного влияния лесов на содержание С-СО₂ в атмосфере. Использование биомассы древесины рубок ухода, отходов деревопереработки, лесов с короткой ротацией для получения тепла и выработки электроэнергии является большим резервом для замещения ископаемых углеводородов. Необходимо расширять площадь лесов для увеличения производства древесины с целью замены энергоёмких строительных материалов и выработки биотоплива.

«Научное наследие Н.Е. Жуковского бесценно, при том,
что этот великий учёный оставил нам нечто большее,
чем только научные результаты и педагогические идеи».
Академик Г.Г. Чёрный [4]

Профессор Н.Е. Жуковский большое внимание уделял наглядности при написании и объяснении своих научных трудов и неоднократно обращался к вопросу о значении геометрического изложения материала в теоретической механике. На примере изучения архивных фондов музея МГТУ им. Н.Э. Баумана авторы показывают, что «русский метод обучения ремёслам» был построен на накопленной научной теоретической базе середины XIX века, постепенно наполнялся системными коллекциями инструментов и наглядных пособий по каждой учебной дисциплине и приумножался практическим трудом воспитанников и профессорско-преподавательского состава Училища. Примеры механизмов, созданных Николаем Егоровичем, можно найти в трудах его учеников и последователей, в работах советских учёных, в музеях зарубежных университетов – всё это имеет высокую культурную ценность, являясь научным и педагогическим наследием нашего общества. На примере изготовления музейной реплики «Локсодромический маятник Гесса» по расчётам Н.Е. Жуковского в статье показано, какой большой культурный потенциал содержится в статьях и разработках русского учёного, сколько новых научных идей и вдохновения для научной работы могут найти современные преподаватели и студенты в ставших уже классическими трудах Н.Е. Жуковского и его учеников. Читатель познакомится с принципами научной и педагогической деятельности этого человека – яркими примерами истинного научного служения учёного и патриота нашей страны.

На основе выполненных ранее расчётов интенсивности облучения Земли на верхней границе атмосферы с высоким пространственным и временным разрешением подтверждено, что повышение уровня Мирового океана в течение, по крайней мере, последних 130 тыс. лет (в микулинскую/эмскую межледниковую эпоху и в позднеплейстоцен-голоценовое время) связано с тёплыми фазами климатической прецессии. На основе расчётов экстремумов интенсивности летнего/зимнего облучения в фазах климатической прецессии в Северном полушарии уточнены даты причин формирования дропстоунов (слоёв Хейнриха), которые соотносятся с экстремумами климатической прецессии и отмечаются в океанических осадках как в межледниковые, так и в ледниковые эпохи. Эволюция уровня океана и океаническая седиментация в интервале последних 130 тыс. лет определяется, прежде всего, гляциоэвстатическими колебаниями, связанными с изменением температурного режима, который в основном регулируется вариациями интенсивности облучения Северного полушария в цикле климатической прецессии. В то же время отмечается требующая решения проблема слабого присутствия прецессионного цикла в бентосном δ18O стеке орбитально настроенной схемы/модели LR04, составляющей в настоящее время основу геохронологии и климатостратиграфии неоплейстоцена и голоцена. Начало ближайшей тёплой фазы климатической прецессии ожидается около 5,5 тыс. лет н. э. Максимум этой фазы будет приходиться на 11,5 тыс. лет н. э., когда ожидается очередное значительное повышение уровня океана.

Комплексное изучение территории с помощью ряда методов позволяет построить геодинамическую и геокинематическую модели северо-западной части Восточно-Европейской платформы. Их интерпретация позволяет оценить, в какой геодинамической обстановке находится Калининская атомная электростанция, а также общую геокинематическую обстановку исследуемой территории.

В настоящее время можно вычленить ряд новых направлений развития биогеохимических исследований на стыке фундаментальных и прикладных исследований. Формируется новая область исследований – инженерная биогеохимия, в рамках которой происходит развитие инновационных биогеохимических технологий и технологических процессов, основанных на моделировании и управлении экосистемными биогеохимическими циклами. Рассмотрено применение этих инновационных технологий для восстановления нарушенных и загрязнённых импактных экосистем, в частности, полярных экосистем в зонах работы газодобывающих предприятий. Даны технологические примеры расчётов геоэкологгических рисков, а также рисков микробного загрязнения. Показан пул разработанных биогеохимических технологий и их связь с другими инновационными технологиями в рамках газодобывающих компаний.

Проведена модернизация астрономической теории изменений климата, основу которой составили результаты расчётов инсоляции Земли, выполненные с высоким пространственным и временным разрешением. В качестве основы для определения причин неоплейстоценовых оледенений принималось облучение всего Северного полушария. Вариации приходящей солнечной радиации, рассчитываемые в астрономической теории климата, были дополнены расчётами вариаций характеристик переноса радиационного тепла. На основе усовершенствованной астрономической теории найдены причины глобальных климатических изменений в неоплейстоцене. Определено, что ледниковые эпохи связаны с периодами положительной средней аномалии зимнего меридионального переноса тепла и влаги и отрицательной средней аномалии интенсивности летнего облучения в Северном полушарии. Межледниковые эпохи связаны с периодами положительных средних аномалий летней интенсивности облучения и отрицательных средних аномалий зимнего меридионального переноса и межполушарного переноса тепла и влаги из летнего Южного в зимнее Северное полушарие. Различие в интенсивности летнего облучения тёплых и холодных настроенных климатических эпох в 100-тысячелетних циклах в среднем составляет 4,91 Вт/м2 (или 1,151 % от среднего для неоплейстоцена значения летней интенсивности облучения Северного полушария). Таким образом, смена палеоклиматических эпох связана в основном с динамикой характеристик летнего облучения и зимнего переноса радиационного тепла и влаги, определяемой астрономическими факторами.

По результатам расчёта получена вероятность появлений простейшего репликатора (жизни) для некоторого конечного объёма Вселенной, с учётом различных начальных условий и простейшего репликатора разной сложности. Результаты превосходят почти на 1000 порядков аналогичные расчёты, ранее опубликованные в специализированной литературе. Основной спецификой проведённого исследования является представление о простейшем репликаторе как конфигурации из отдельных цепочек РНК (рибозимов), сформировавшейся благодаря панспермии. Сделаны выводы о неравномерном распределении жизни во Вселенной.

На основе ранее выполненных с высоким пространственным и временным разрешением по данным высокоточных астрономических эфемерид расчётов облучения проведён анализ изменения интенсивности летнего облучения в полярных и экваториальных пятиградусных широтных зонах Северного полушария. За период с 1900 по 2050 гг. отмечается уменьшение интенсивности летнего облучения в полярной и увеличение в экваториальной области. Следствием этого является увеличение меридионального градиента инсоляции и усиление интенсивности меридионального переноса радиационного тепла, с которым связано увеличение приповерхностной температуры воздуха и температуры поверхности океана в Арктике. Опережающий рост температуры в Арктике по сравнению с другими районами объясняется тем, что энергия (тепло) переносится с большей площади (источника тепла) на меньшую (области стока тепла). В летнее полугодие площадь области источника радиационного тепла в 4,5 раза превышает площадь области его стока. В результате этого удельные значения тепловой энергии – температуры – возрастают. Показано, что с использованием найденных связей характеристик природной среды в Арктике с характеристиками её облучения возможен прогноз изменения климата и состояния природной среды в Арктике на основе рассчитываемых в будущее характеристик облучения.

В развитие фундаментальных идей профессоров МГУ В.И. Вернадского, В.А Ковды и М.А. Глазовской в области биосферы и её биогеохимической организованности предложено использование биогеохимических стандартов для параметризации техногенного воздействия на различные экосистемы. С целью количественной оценки этих стандартов показано применение методологии критических нагрузок. Даны методики расчёта величин критических нагрузок, в частности, для кислотообразующих и эвтрофирующих соединений серы и азота, эмитируемых при работе различных отраслей промышленности, включая нефтегазовую. На примере импактной зоны проектируемого к реконструкции магистрального газопровода «Средняя Азия–Центр» приведены картосхемы величин критических нагрузок и дана оценка экологического риска в прибрежной зоне Каспийского моря.

Проблема возмущения атмосферного электрического поля при вариациях геомагнитного поля до сих пор не имеет однозначного решения. В статье проанализированы доступные данные магнитометров и станций атмосферного электричества во время суперсуббури 5 апреля 2010 г., развившейся на фоне умеренной магнитной бури (/Dst/ ~ 80 нТл). Сопоставление данных флюксметров и магнитометров показало неожиданно сильные вариации вертикального электрического поля Ez с размахом до нескольких сотен В/м («электрический шторм») во время интенсивных магнитных возмущений. Хотя возмущение Еz, наблюдавшееся по всему миру, примерно совпало с магнитной бурей, когерентность между геомагнитными и электрическими вариациями и электрических вариаций между собой была низкая. Данное событие не укладывается в современные представления о возмущениях атмосферного электрического поля ионосферными токами.

Термическая эволюция криолитозоны в осадочном разрезе Тюменской сверхглубокой скважины СГ-6 численно восстановлена с использованием программного пакета ICE2020, представляющего часть системы моделирования плоских бассейнов ГАЛО. Термическая эволюция осадочной толщи в последние 3,5 млн лет рассматривается как заключительный этап моделирования бассейна, формирование которого началось с континентального рифтогенеза в поздней перми. Резкие изменения климата в позднем плиоцене–голоцене привели к снижению температуры пород на 15–20 °C в верхних 1–1,5 км осадочного разреза скв. СГ-6. Максимальная мощность криолитозоны в исследуемом районе составляла около 711 м и достигалась около 2,6 млн лет назад. Для последнего ледникового периода (23–18 тыс. лет назад) максимальная мощность криолитозоны в районе скв. СГ-6 достигалась около 14,5 тыс. лет назад, составляя около 412 м. Согласно моделированию, в настоящее время основание криолитозоны в том же районе находится на глубине около 311 м, и сама зона деградирует со скоростью около 13 м/1000 лет. Результаты расчётов с базой климатических данных, ограниченной последними 50 и 100 тыс. лет, заметно отличаются от результатов моделирования с полной базой данных за последние 3,5 млн лет.

Анализируется проблема глобального потепления климата и попытки её решения, в том числе с помощью низкоуглеродной энергетики. Успешность решения проблемы зависит от степени понимания процессов, её вызывающих. Поскольку всё больше данных говорит о естественных причинах колебания климата, а из антропогенных факторов наибольший вклад в потепление вносит тепловое загрязнение, а не антропогенный рост углекислого газа в атмосфере, то низкоуглеродная энергетика при всех её позитивных качествах не способна решить проблему потепления климата.