Лучший семинар по полезности и новизне: студенты-географы осваивают палеогеографию, геофизику и геохимию в Институте географии РАН

Студенты 3-го курса направления «Глобальные изменения природной среды и климата» прошли «Научно-исследовательский семинар» на базе Института географии РАН. Семинар признан лучшим по трём критериям студенческой оценки: полезность для карьеры, расширение кругозора и новизна знаний.За год студенты погрузились в реальную науку: от полевого выезда на болото до работы с георадаром и электронным микроскопом.

Курс учит применять палеогеографические, геофизические и геохимические методы для решения конкретных географических задач. Главный акцент сделан на интерпретации результатов. После освоения дисциплины студенты могут самостоятельно формировать методологическую основу для практических или научно-исследовательских проектов. 

Раздел 1. Методы исследования в палеогеографии.

Практическая часть раздела началась с выезда на озеро Горенки в Московской области под руководством профессора факультета географии НИУ ВШЭ Елены Юрьевны Новенко. Студенты изучили современное состояние и исторические изменения болотной экосистемы через анализ палеоархивов торфяных отложений, а также освоили навыки бурения болотных отложений. После учебного бурения и первичного анализа керна они разделились на три бригады и работали на разных участках болота. Каждая группа провела геоботаническое описание растительности, отобрала керны, определила стратиграфию торфяной залежи и по результатам сделала выводы о смене растительности и водного режима. Дополнительно отобрали образцы для спорово-пыльцевого анализа и анализа микрочастиц угля.

На отдельном занятии под руководством младшего научного сотрудника лаборатории палеогеографии четвертичного периода Дмитрия Куприянова студенты проанализировали микрочастицы угля, извлечённые из торфяных отложений Горенок. Рассматривая их под микроскопом и сравнивая с эталонным каталогом, они определяли, к какому типу растительности и даже к какой части растения — корню, листу или семени — относятся частицы.

Для работы в лаборатории палеоархивов природной среды студенты разделились на три группы: литологическую, диатомовую и тефрохронологическую. Каждая группа осваивала разные методы палеогеографии, применяемые для реконструкции условий среды на разных территориях.

Студенты литологической группы осваивали методы гранулометрического анализа, включая сложную и долгую пробоподготовку, а также методы магнитной восприимчивости, потерь при прокаливании и определения цвета образцов. Для итогового проекта они проанализировали донные отложения озера Хорлакёль, построили графики изменения показателей с глубиной и описали изменения природных условий в окрестностях озера.

Диатомовая группа изучала озеро Каспля в Смоленской области — ледниковое ложбинное озеро, гидрологический памятник природы с небольшой глубиной и стабильными гидрохимическими условиями. Его толщина варв, по предварительным оценкам, формировалась в позднеледниковье и начале голоцена, что делает озеро ценным высокоразрешающим архивом для палеогеографических реконструкций.

Работа велась по двум направлениям: гиперспектральное сканирование керна и диатомовый анализ трех образцов с разных глубин. Первое позволило выделять сезонные слои и прослеживать биогеохимические процессы, второе — дало эколого-гидрохимическую характеристику условий осадконакопления.

Теоретической основой интерпретации служила модель варвохронологии, в которой осенне-зимние темные органоминеральные слои, богатые детритом и пиритом, чередуются с более светлыми весенне-летними слоями, представленными диатомитом и кальцитом. Во всех образцах доминировали планктонные формы — значит, озеро раньше было глубоководным. Вверх по разрезу виды сменяются от олиготрофно-мезотрофных к мезотрофно-эвтрофным, с небольшим сдвигом pH, но общая среда остается сбалансированной.

Анализ хлорофилла‑а как прокси биопродуктивности за последние ~1000 лет показал устойчивый фон с редкими пиками, вероятно, из-за потеплений и эвтрофикации. Общий вывод: биопродуктивность постепенно росла, но без резких кризисов, экосистема оставалась стабильной.

Тефрохронологическая группа диагностировала участок керна из озера Хорлакёль на наличие тефры, чтобы установить возраст извержения и определить вулкан-источник. Они извлекли тефру из аномальных участков с высокой концентрацией вулканического стекла, затем смешали образцы со спорами Lycopodium и подсчитали концентрацию тефры в каждом участке керна. Сравнив химический состав с референсными данными, они нашли соответствующий вулкан — Эльбрус. Состав тефры оказался характерным для риолитов, кислой вулканической породы. На TAS-диаграмме состав вулканических стекол образовал единый кластер с референсным составом пород Эльбруса.

С помощью возрастно-глубинной модели для керна HOR1 установили абсолютный возраст события: сопоставив вычисленное положение слоя тефры в модели, определили, что извержение Эльбруса произошло в интервале 5933–6303 кал. л.н.

На одном из первых занятий раздела студенты посетили лабораторию радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии. Они познакомились с пробоподготовкой и анализом образцов, узнали, как этот метод помогает определять возраст отложений. Под руководством доцента факультета географии НИУ ВШЭ Андрея Владимировича Долгих поработали в программах для калибровки результатов и построения возрастной модели по донным отложениям озера Хорлакёль и болота Ольгино.

Раздел 2. Геофизические исследования

Во втором модуле, который вела доцент базовой кафедры Института географии РАН Мария Сергеевна Судакова, студенты прошли полный цикл работы с геофизическими данными — от постановки прямых и обратных задач до интерпретации полевых наблюдений. В расчетах использовали Excel, специализированные пакеты и Python: моделировали гравитационные и магнитные аномалии от реальных объектов городской среды — тоннелей метро, коллекторов, криогенных тел и инженерных сооружений. Особое внимание уделяли контрасту физических свойств, выбору шага и длины профиля, построению графиков аномалий.

Отдельный блок посвятили сейсморазведке, электроразведке и георадиолокации. Студенты решали прямые и обратные задачи, рассчитывали годографы, определяли скорости и глубины границ, интерпретировали разрезы. Самое ценное — работа с реальной аппаратурой прямо в институте: они проводили измерения георадаром и электроразведочной установкой, а затем разбирали полученные радарограммы и геоэлектрические разрезы. Это дало целостное представление о возможностях и ограничениях современных геофизических методов в науке, прикладных и инженерных задачах.

Раздел 3. Инструментальные методы в геохимии

На одном из практических занятий в ИГ РАН студенты опробовали метод титрования — один из распространенных способов химического анализа. Суть метода в том, чтобы постепенно добавлять реагент с известной концентрацией в исследуемый раствор до полного завершения реакции. Так определяют концентрацию вещества. В этот раз студенты решали задачу: находили концентрацию соляной кислоты, добавляя к ней щелочь до появления устойчивого розового оттенка. Результаты оказались близки к реальным значениям.

Одно из занятий раздела, которое состоялось в Центре коллективного пользования «Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии», посвятили двум типам микроскопии — оптической и растровой электронной. После краткой лекции студенты рассматривали шлифы различных образцов, в том числе криокониты, собранные на практике второго курса, используя поляризационный свет. Затем сотрудники лаборатории показали работу растрового микроскопа, где вместо света используется пучок электронов. Дополнительное оборудование позволило провести рентгеноспектральный анализ и определить химический состав образцов. Завершилось занятие запуском лазерного сканирующего электронного микроскопа.

Последнее занятие курса посвятили рентгенофлуоресцентному анализу — методу, который определяет качественный и количественный состав вещества по характеристическому рентгеновскому излучению. Первая часть — лекция от профессора факультета географии НИУ ВШЭ Рамиза Алиева о применении рентгена в науке. Вторая — практика под руководством научных сотрудников лаборатории палеоархивов природной среды: студенты исследовали химический состав озёрных отложений и палеопочвы, приготовили таблетки на основе борной кислоты, получили спектры на спектрометре и провели качественный анализ.

В результате студенты научились строить возрастные модели, проводить литологические анализы — гранулометрию, магнитную восприимчивость, потери при прокаливании, а также работать с гиперспектральной съемкой кернов. Они освоили выбор методов для конкретных задач, интерпретацию результатов с учетом ограничений, прогнозирование и сравнение эффективности различных методов.

По итогам курса студенты признали его лучшим по трём номинациям: полезность для карьеры, расширение кругозора и новизна знаний.

Материал подготовлен: доцентом базовой кафедры Института географии РАН Фатимой Курбановой и студентами 3 курса направления «Глобальные изменения природной среды и климата».