"Секретная" карта Украины: сможет ли магнитное поле заменить GPS и прогнозировать эпидемии

Украинские ученые создали первую цифровую карту геомагнитного поля над нашей страной. Это открывает новые возможности в поиске полезных ископаемых, междисциплинарных исследований, оценки экологии окружающей среды, разминирования территорий, а в перспективе – ориентирование на местности без GPS.

В интервью РБК-Украина профессор, доктор геологических наук, руководитель отдела геомагнетизма Института геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины Михаил Орлюк рассказал, как создавали магнитную карту, где скрыты аномалии и почему мощность магнитного поля растет над Украиной, но ослабевает в общем на планете.

Фото: Что происходит с геомагнитным полем над Украиной (инфографика РБК-Украина)

Геомагнитное поле Земли: как исследуют "невидимые потоки"

– Михаил, вы возглавили проект по созданию цифровой геомагнитной карты Украины. Как простым языком объяснить, что это за явление?

– Магнитное поле формируется из трех составляющих. Первая и самая главная – внешнее жидкое ядро Земли, которое обуславливает до 97% магнитного поля планеты.

Вторая составляющая – поле литосферы, то есть верхней оболочки Земли глубиной до 40-50 километров. И третья – это вариации геомагнитного поля, такие как магнитные бури, обусловленные взаимодействием магнитного поля Земли с плазмой Солнца.

Мы регистрируем суммарное поле Земли, но чтобы получить достоверные данные о каждой отдельной составляющей, должны "отфильтровать" ее: выделить отдельно стабильное поле литосферы, динамические вариации или поле ядра. Это сложная работа, но она необходима для построения точных цифровых карт.

Фото: Доктор геологических наук, руководитель отдела геомагнетизма Института геофизики им. С.И. Субботина НАН Украины Михаил Орлюк (nas.gov.ua)

– Как исследуют магнитное поле, в частности в Украине?

– По всей планете за ним ведут наблюдения в магнитных обсерваториях. Есть около 170 обсерваторий, где с минутным или секундным интервалом непрерывно записывают показатели магнитного поля.

В Украине есть три такие обсерватории: в селе Степановка под Одессой, вблизи Львова (Ивано-Франково) и в Дымере под Киевом. Кстати, в начале полномасштабного вторжения россияне почти полностью разрушили обсерваторию в Дымере. Сейчас мы ее уже восстановили.

Обсерватории расположены далеко от городов – там, где магнитное поле не искажено, ведь в мегаполисах на него влияют техногенные факторы, транспорт, электрические токи и тому подобное. Наши обсерватории входят в международную сеть "ИНТЕРМАГНЕТ" и ежедневно отправляют туда данные.

Вообще ежедневные наблюдения у нас начались в начале ХХ века. Тогда же заложили Одесскую обсерваторию, а ученый Петр Пасальский определил параметры магнитного поля на территории Украины, преимущественно в Крыму и Кривом Роге, где были сильные магнитные аномалии.

В 1935-1937 годах провели первую магнитную съемку Украины, которая дала достоверные представления о магнитном поле на наших территориях. С 1950-х и почти до 2015 года вся страна была покрыта магнитными съемками.

С 1970-х годов начали чрезвычайно широко задействовать спутниковые съемки. Они до сих пор делают съемки магнитного поля Земли как модуля индукции – это общая характеристика – так и отдельных его компонентов: магнитного склонения и наклона.

В нашем Институте геофизики им. С.И.Субботина НАН Украины исследования магнитного поля проводят с 1961-го, в частности и в отношении разработки карт.

– Как удалось создать цифровые карты магнитного поля Украины высокой детализации?

– Мы объединили данные многолетних наземных съемок, результаты наблюдений в обсерваториях и глобальные спутниковые данные. Это позволило разработать комплексные карты: модуль индукции, аномального магнитного поля, вертикальной и горизонтальной компонент, а также магнитного склонения и наклона.

Все карты достаточно детальные. Это позволяет выявить особенности строения коры земной литосферы, вариации магнитного поля и получить информацию о процессах, происходящих в жидком ядре.

Фото: Цифровые карты геомагнитного поля над Украиной (скриншот)

"Магнитный портрет" Украины: что нам дают новые цифровые модели

– А какое практическое применение этих карт?

– Такая подробная карта позволяет выделять и анализировать локальные аномалии. Например, можем исследовать локальные объекты на глубине 10-15 км в пределах литосферы или же структуры на глубине 40-50 км.

Это предоставляет информацию о распространении различных типов пород, с которыми связаны определенные полезные ископаемые, в частности критически важные – такие как платина, железо, стронций, рубидий и другие.

Кроме того, мы анализируем расположение этих пород относительно глубинных разломов, по которым движутся восстановительные флюиды. Именно они непосредственно влияют на формирование месторождений. Анализируя такие детальные карты, можем ответить на многие вопросы относительно строения территории и ее связи с различными типами ископаемых.

У нас есть разработки, которые позволяют выявлять источники магнитных аномалий и прогнозировать распространение углеводородных ископаемых. Это значительная польза для геологии – идет не просто наблюдение, а прогнозирование.

Когда анализируем общее магнитное поле Земли, то можем использовать его для оценки экологического состояния окружающей среды и прогнозирования пространственно-временных изменений поля.

Более того, есть исследования, связывающие магнитные поля с распространением различных типов заболеваний, в частности гриппа, инфекционных болезней и даже коронавируса.

Это глобальный научный тренд, который стал особенно актуальным в связи с изменениями климата и распространением новых вирусных угроз.

Итак, если на региональном и локальном уровнях мы фокусируемся на полезных ископаемых, то на глобальном уровне наши данные становятся инструментом для оценки мониторинга окружающей среды, в частности по определенным аспектам здоровья населения.

–​​​​​​​ Как именно магнитное поле может влиять на распространение болезней?

– Пока не можем говорить о прямом механизме влияния. Однако в свое время мы проводили совместные исследования с Институтом эпидемиологии и инфекционных болезней имени Л. В. Громашевского и оказалось, что заболеваемость гриппом и ОРВИ была выше именно в районах с интенсивными магнитными аномалиями.

Если анализировать коронавирус, то на планетарном уровне он распространялся в местах со слабым магнитным полем – в странах Южной Америки и юга Африки. И там, где поле очень сильное – это, в частности, в Европе, или идут интенсивные изменения.

Медики предполагают, что в таких зонах вирусы могут чувствовать себя "комфортнее" или же магнитная среда определенным образом ослабляет иммунитет человека. Но, опять же, здесь можем говорить только о прогнозе распространения болезней, а не самом механизме.

– На фронте враг активно применяет средства РЭБы, глушащие GPS и нарушающие навигацию дронов. Могут ли ваши модели помочь технике ориентироваться по магнитному полю?

– Да, но здесь есть серьезная проблема. Магнитное поле Земли – его склонение и наклонение – уникально для каждой точки, что позволяет использовать его как систему координат. Принцип похож на навигацию в оптическом диапазоне, когда летательный аппарат постоянно фотографирует местность и сравнивает изображение с эталонными картами, чтобы определить свое местоположение.

В нашем случае на борту дрона должны быть высокочувствительные магнитометры, которые в режиме реального времени измеряли бы параметры поля и быстро сравнивали их с нашими цифровыми картами.

Фото: Михаил Орлюк возглавляет проект по созданию цифровых карт (nas.gov.ua)

– Насколько сложно внедрить такую навигационную систему на практике?

– Мы активно работаем над этой задачей. Главная сложность заключается в том, что при измерениях с летательного аппарата возникают дополнительные помехи. Нужны специфические технические решения, чтобы отфильтровать эти помехи и получить чистый сигнал от магнитного поля Земли. Это сложная задача.

– Могут ли ваши карты помочь в разминировании территорий?

– Конечно, могут. Для разминирования мы также проводим магнитную съемку. Ведь взрывоопасные предметы создают специфические магнитные аномалии, которые могут быть подобными тем, что уже есть на местности.

Сначала нам нужно взять за основу уже имеющуюся карту, а затем провести новую съемку с летательного аппарата. Это позволит сравнить данные, отбросить уже зафиксированные природные аномалии и проанализировать новые объекты на предмет их принадлежности к взрывоопасным предметам.

Таким образом, наши данные используются как база для корректной интерпретации результатов магнитных съемок, которые проводятся с целью поиска мин и других опасных предметов.

Где у нас магнитные аномалии и почему мощность поля растет

– Фиксируете ли в Украине геомагнитные аномалии?

– В этом плане Украине чрезвычайно повезло. Наша территория характеризуется уникальным спектром геологических структур, сформированных в разные эпохи развития Земли.

У нас есть породы возрастом до 4 миллиардов лет, а в Карпатах – молодые магматические образования, которым всего около 10 миллионов лет. Все эти геологические процессы четко отражаются в магнитном поле, поэтому оно имеет огромное разнообразие аномалий по интенсивности и размерам.

Самые интенсивные аномалии связаны с Криворожско-Кременчугской полосой железорудных структур, которая простирается с юга на север. Также на нашу территорию заходит край Курской магнитной аномалии – самой мощной в мире, которая четко прослеживается даже на спутниковых снимках.

К другим крупным структурам, существенно влияющим на магнитное поле Украины, относятся Львовская, Черниговская и Одесская региональные аномалии.

–​​​​​​​ Когда говорите об "аномалии", то речь идет именно о завышенных показателях?

– Аномалия означает, что в определенной точке существуют существенные различия между "нормальным" магнитным полем Земли и реальными данными наблюдений.

Обычно такие отклонения имеют незначительную интенсивность – около сотни нанотесла. Однако в пределах Криворожско-Кременчугской полосы и на юго-восточном крае Курской аномалии они достигают 30-40 тысяч нанотесла.

Такие локальные аномалии существенно влияют на параметры, например, на магнитное склонение, которое критически важно для навигации. Раньше наш Институт раз в 5 лет проводил обязательные замеры в аэропортах. Сейчас тоже это делаем, рассчитывая карты магнитного склонения для обеспечения авиационной службы Украины.

–​​​​​​​ На сайте Института указано, что магнитное поле планеты ослабевает, однако в Украине оно, наоборот, за последние 125 лет стало сильнее. Почему так?

– Это следствие глобальных изменений в жидком ядре Земли. В целом поле на планете ослабевает, например, в районе Южной Атлантики и Карибского бассейна интенсивность падает на 100-120 нанотесла ежегодно. Но в Европе и, в частности, в Украине мы фиксируем рост.

По расчетам для Киевской магнитной обсерватории, магнитное поле выросло на 4 000 нанотесла за 125 лет. Для сравнения: изменение даже на 500-600 нанотесла уже считается серьезной аномалией.

Это крайне существенные показатели, которые отражают динамические процессы в недрах Земли и определяют структуру поля во всей Европе.

Иллюстративное фото: Геомагнитное поле Земли ослабевает, особенно интенсивность падает в районе Южной Атлантики и Карибского бассейна (Getty Images)

– В кинематографе есть немало апокалиптических сценариев, связанных с магнитным полем Земли. Изменения, которые вы уже наблюдаете, могут иметь катастрофические последствия?

– Мы действительно находимся на стадии активных изменений магнитного поля, но они не происходят мгновенно. Это процессы, растянутые на десятки и сотни лет, поэтому говорить о кардинальных изменениях за считанные дни или годы нет никаких оснований.

На данный момент не происходит ничего такого, что могло бы спровоцировать глобальную катастрофу.

– Мы почти ежедневно слышим о магнитных бурях. Связано ли их прогнозирование с вашими цифровыми картами?

– Магнитные бури с нашими картами напрямую не связаны. Наоборот, при построении таких карт мы "отфильтровываем" динамические процессы, чтобы получить стабильные данные.

Однако изучение магнитных бурь – это отдельное и важное направление работы наших обсерваторий. Мы осуществляем непрерывную регистрацию всех вариаций поля и магнитных штормов с секундным интервалом.

Недавно мы запустили ресурс ukrmagnet.org, где доступна актуальная информация о состоянии магнитного поля на территории Украины. Данные обновляются почти в реальном времени – с задержкой всего в один час – это время необходимо для обработки. Там также публикуются краткосрочные прогнозы магнитных бурь именно для нашего региона.

Ранее многие сайты ориентировались на западные или американские центры космической погоды. Однако их прогнозы базируются на глобальных моделях, направленных на их территории, поэтому не являются точными для Украины. Собственные цифровые карты и локальные данные позволяют нам предоставлять гораздо более точную информацию для населения.

– Сотрудничаете ли вы с международными институтами в этом направлении?

– Мы являемся активными участниками сети "ИНТЕРМАГНЕТ", куда поставляем данные для разработки глобальных магнитных карт и оценки геомагнитных бурь.

Кроме того, сейчас реализуем совместные инициативы, в частности латвийско-украинско-финский проект, в рамках которого исследуем некоторые аспекты космической погоды.

– Какими исследованиями планируете заниматься в дальнейшем?

– Будем продолжать исследования по детализации карт и разработке моделей уже не магнитного поля, а намагниченности земной коры. Это для нужд геологии и прогнозирования полезных ископаемых. Также будем и в дальнейшем мониторить пространственно-временные изменения магнитного поля и развивать междисциплинарное сотрудничество.

Сейчас одним из ключевых приоритетов является изучение солнечно-земных связей. Процессы на Солнце существенно влияют на космическую погоду, которая передается на поверхность Земли.

Поскольку наше поле постоянно меняется, мы должны постоянно обновлять карты – как для глобального планетарного уровня, так и для решения прикладных задач: от анализа климатических изменений до изучения потенциальной связи с изменениями геомагнитного поля с биосферными процессами в целом и распространения определенных видов заболеваний в частности.