И жар, и холод. Как живется в экстремальном климате?

На очередном заседании Президиума Российской академии наук шла речь об одном из них - Республике Саха (Якутия). Председатель Якутского научного центра СО РАН член-корреспондент РАН Михаил Лебедев выступил с комплексным докладом “Влияние экстремального климата на устойчивость живых организмов и сложных технических систем”. 

Искусство выживать
В условиях холодного климата в тканях животных в два раза увеличивается общее содержание физиологически активных веществ регуляторного и защитного действия, млекопитающие имеют четко выраженные морфологические, физиологические и экологические приспособления. Сотрудники Института биологических проблем криолитозоны СО РАН установили, что в зимнее время в крови лошадей велико содержание ненасыщенных жирных кислот и особенно линолевой, стеариновой, олеиновой. 
Экстремальные условия Севера не только оказывают влияние на жизнедеятельность растений и животных, но и определяют адаптационный потенциал и, следовательно, здоровье человека. Высокое напряжение адаптационных механизмов (как у коренного населения, так и у вахтовиков, военнослужащих), формирующийся “полярный метаболический тип” характеризуются снижением роли углеводов, повышением роли липидов в энергетическом обмене, значительным увеличением массы тела, массивными выбросами в кровь атерогенных фракций липидов, таких как липопротеиды низкой и очень низкой плотности. И все это приводит к развитию атеросклеротического процесса. При этом установлено, что у коренных жителей Саха частота и степень выраженности коронарного атеросклероза меньше, чем у пришлых. 
Организм человека, прибывающего из другого региона, оказывается в характерной среде с суровыми природно-климатическими условиями, необычным фотопериодизмом, несбалансированным питанием, своеобразным составом питьевой воды, повышенной электромагнитной активностью и радиацией. Это приводит к тому, что большие контингенты вахтовиков и военнослужащих испытывают одновременно несколько видов напряжения: рабочее (вахтовое), климатическое (полярное) и хронофизиологическое. Все это не может не отражаться на функциональном состоянии организма человека и его работоспособности, уровне здоровья и продолжительности активной жизни.

Республика Саха (Якутия) - самый большой и малонаселенный регион РФ, более 40% ее территории находится за Северным полярным кругом. Площадь Якутии занимает одну шестую часть территории России (3 млн 103 тыс. 200 кв. км), численность населения - 958 тысяч 500 человек (плотность населения - 0,3 человека на кв. км). Освоенные территории составляют менее 1%.
Суточные перепады температуры достигают 40°. Амплитуда экстремальных годовых температур приземного воздуха приближается к 1100 (от -67,8°С зимой и до +40°С летом). В Якутии, в районе поселка Оймякон и города Верхоянск, расположен Полюс холода населенной части планеты.
Республика является одним из крупнейших на Дальнем Востоке центров развития науки. Здесь расположены 22 научных учреждения разного профиля.
Приведя данные исследований, М.Лебедев указал на существенные изменения в социально-бытовых условиях, характере трудовой деятельности, типе питания коренного населения Севера, произошедшие за последнее столетие. Они действуют как сильнейшие стресс-факторы, приводя к чрезмерному (в два-три раза больше нормы) напряжению со стороны регуляторных систем организма коренных малочисленных народов (особенно у мужчин), снижающему адаптационный потенциал и являются одной из причин низкой средней продолжительности жизни человека и ускоренного старения организма в условиях Арктики.

Влияние оказывают и другие экстремальные факторы, например геомагнитное поле Земли. Так, в периоды гелиогеофизической возмущенности часто регистрируются случаи инфаркта миокарда у больных с ишемической болезнью сердца, острые нарушения мозгового кровообращения и гипертонические кризы у больных артериальной гипертензией. 
Наука на все это, конечно, реагирует. В последние десятилетия ученые разрабатывают новые методы оптимизации адаптационного процесса, сохранения психосоматического здоровья и работоспособности человека в экстремальных и неадекватных условиях, сообщил Михаил Лебедев. Он привел в пример разработки Института биологических проблем крио-литозоны СО РАН - физиологически активные вещества из северного сырья с антиоксидантными и антибактериальными свойствами, цитостатические и иммуномодуляторные вещества (травяные экстракты, БАДы).
 

Железо не выдерживает
Говоря о влиянии климата на технические системы, докладчик отметил важность обеспечения надежности и работоспособности сложных технических систем, безопасной эксплуатации машин и металлоконструкций. Наибольший процент составляют отказы электрического (49%) и механического оборудования (44%). Выявлено, что основной причиной является “исчерпание несущей способности, выражающееся в потере пластичности материала конструкции в результате воздействия различных факторов”.
Ученые Института физико-технических проблем Севера им. В.П.Ларионова СО РАН исследуют причины разрушения различных элементов конструкций и техники, это в первую очередь относится к объектам трубопровода “Восточная Сибирь - Тихий океан” (ВСТО), “Сила Сибири”, железнодорожных магистралей. 
В последнее десятилетие ученые активно занимаются анализом конструкций, находящихся в процессе длительной эксплуатации. Разработаны новый метод оценки хладостойкости тонкостенных металлоконструкций после длительной эксплуатации, методики для экспериментального исследования ветвления трещин в тонкостенных цилиндрических оболочках.
Как рассказал М.Лебедев, Якутский научный центр СО РАН вместе с ВНИИ авиационных материалов проводит подготовительные работы по созданию Сибирского климатического центра: в Якутске, Тикси, Оймяконе и Нижнем Бестяхе планируется разместить станции для исследования влияния климатических факторов на физико-механические свойства композиционных базальтовых материалов.
В Институте проблем нефти и газа СО РАН разработан ряд оригинальных нанокомпозиционных рецептур резин на основе бутадиен-нитрильного каучука, что повышает износостойкость в полтора, а маслостойкость в полтора-три раза по сравнению с уплотнениями из серийных резин. Докладчик особо подчеркнул, что все эти технологии востребованы за рубежом.
 

Теплее, еще теплее
Климат в Якутии изменяется, как и везде на планете. По данным Института мерзлотоведения им. П.И.Мельникова СО РАН, в последние 50 лет в республике наблюдается повсеместное повышение среднегодовой температуры воздуха. Причем это происходит вследствие потепления зимних сезонов - средняя температура увеличилась на 3-4 градуса. Это, в частности, привело к росту темпов разрушения льдистых берегов моря Лаптевых и просадке грунтов в термокарстовых депрессиях до 10-15 см в год. Изменения климата представляют реальную угрозу разветвленной системе объектов топливно-энергетического комплекса, крупных горных предприятий и особенно инфраструктуре северных городов и поселков.
Михаил Петрович указал на тот факт, что потепление вызывает существенную динамику биологических компонентов мерзлотных экосистем. Это оказывает большое влияние на их биоразнообразие, продуктивность и устойчивость. При этом происходит не только изменение ареалов типичных представителей флоры и фауны, но и экспансия видов животных и растений из южных, более теплых, областей на север - и соответственно начинается перемещение границ природных зон.

В экспедицию!

Председатель Якутского научного центра СО РАН осветил в докладе и историю изучения Якутии Российской академией наук начиная с 1733 года, когда была снаряжена Великая северная экспедиция под руководством капитана Витуса Беринга. Еще одной вехой стала Якутская экспедиция АН СССР, организованная в 1925-1930 годах. Ее преемницей называют Программу комплексных научных исследований РАН в Республике Саха (Якутия), в рамках которой будут проведены экспедиционные работы в 2016-2020 годах. 

Михаил Лебедев предложил включить в Программу комплексных научных исследований в Республике Саха (Якутия) изучение функционального развития живых систем, а также износостойкости сложных технических систем в холодной климатической зоне с участием ведущих научных школ РАН. А Президиуму РАН совместно с Правительством РФ, Правительством Республики Саха (Якутия) и другими заинтересованными организациями - согласовать программу со стратегией развития региона. Разработать соответствующую “дорожную карту” можно на базе Якутского научного центра СО РАН под руководством ведущих ученых страны. Докладчик отметил, что руководитель республики Егор Борисов пообещал выделять 1 рубль на каждые 5 рублей, вложенные в эту программу из федерального бюджета. “Необходимо консолидировать усилия Правительства России, Федерального агентства научных организаций, Российской академии наук и органов государственной власти, научного сообщества Республики Саха (Якутия)”, - подчеркнул М.Лебедев.
Отвечая на вопрос Владимира Фортова о перспективах развития региона, руководитель ЯНЦ отметил, что молодежь переезжает в города, а естественный прирост населения Якутии замедлен. Газификация и электрификация сельскохозяйственных районов республики затруднены в условиях Крайнего Севера. Михаил Лебедев согласился с предложением В.Фортова наладить использование альтернативных источников энергии во всех 33 районах республики с учетом того, что в Якутии солнечных дней столько же, сколько в Ташкенте. “Это поможет вернуть молодежь”, - заметил он.
В работе заседания Президиума РАН участвовал постоянный представитель Республики Саха (Якутия) при Президенте РФ Алексей Стручков. Он представил предложения Якутии по организации в 2016-2020 годах Комплексной научной экспедиции по изучению производительных сил и социальной сферы Республики Саха (Якутия). По его словам, было бы разумно включить ее в перечень программ фундаментальных исследований РАН по приоритетным направлениям на 2016-2018 годы, а также определить координаторов реализации программы из числа членов Президиума РАН. Предложение было поддержано. 
Ученые тут же навскидку определили, с чем они могли бы подключиться к программе. Так, Арсений Мартынчик из Института питания РАН подтвердил, что его институт готов принять участие в выполнении программ Якутского научного центра по адаптации человеческого организма к холоду. “Это фундаментальный вопрос, - сказал он. - Мы не знаем, как условия Крайнего Севера меняют энергетический обмен в организме человека. Нужны разработки новых препаратов, биологически активных добавок для целевых групп населения”. По мнению А.Мартынчика, результаты исследований в области медико-биологических проблем севера необходимо проецировать и на другие регионы России.
Завкафедрой материаловедения Московского государственного машиностроительного университета Евгений Зорин поднял тему эксплуатации магистральных трубопроводов в условиях Якутии. Открытые в республике месторождения газа составляют около 3 триллионов кубометров. Добывать его нужно. Но, по словам Е.Зорина, практика показала, что традиционные способы эксплуатации трубопроводов непригодны. Вымерзание карстовых образований на поверхностях почвы приводит к скручиванию стальных труб. Вся система “пульсирует” в течение года. 
Трасса нефтепровода “Восточная Сибирь - Тихий океан” будет проходить по территориям Юго-Западной и Южной Якутии. Оценка того, как строительство и эксплуатация трассы воздействуют на природную среду и местообитание коренного населения, будет иметь важное экологическое и социальное значение.
Евгений Евгеньевич предложил организовать научно обоснованный непрерывный мониторинг таких трубопроводов. Также необходимо, сказал он, привлечь академические институты для создания новых классов стали с увеличенной характеристикой пластичности, потому что отраслевые институты самостоятельно этого сделать не смогут - нужна специальная программа.

Подготовил Андрей СУББОТИН