Студенты 3‑го курса факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ (направление «Глобальные изменения природной среды и климата») прошли «Научно‑исследовательский семинар» на базе Института географии РАН. Руководителем семинара выступила ответственный преподаватель факультета, научный сотрудник ИГ РАН, к.б.н. Фатима Курбанова. По итогам курса учащиеся признали его лучшим сразу по трем критериям студенческой оценки – полезности для карьеры, расширению кругозора и новизне знаний.
«Курс дает студентам прямой доступ к реальной науке: они не просто слушают лекции, а с первых недель включаются в работу с реальными данными посредством современных методов, учатся видеть, как из разрозненных измерений складывается научная картина прошлого и настоящего планеты. Это и есть подготовка исследователей. Не исполнителей, а тех, кто умеет ставить задачи и выбирать инструменты для их решения», – отметила Фатима Курбанова.
За год студенты погрузились в практику, охватывающую палеогеографические, геофизические и геохимические методы, и научились применять их для решения конкретных географических задач. Акцент курса сделан на интерпретации результатов с учетом ограничений методов, а также на умении прогнозировать и сравнивать эффективность разных подходов. В итоге учащиеся могут самостоятельно формировать методологическую основу для практических или научно‑исследовательских проектов. Программа построена вокруг трех разделов: методы палеогеографии, геофизические исследования и инструментальные методы в геохимии.
Раздел 1. Методы исследования в палеогеографии
На одном из первых занятий студенты посетили Центр коллективного пользования «Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии» ИГ РАН. Под руководством старшего научного сотрудника ИГ РАН, к.г.н. Андрея Долгих и младшего научного сотрудника ИГ РАН Софии Турчинской учащиеся познакомились с радиоуглеродным методом датирования, узнали особенности пробоподготовки образцов разного генезиса для 14С-датирования, чем отличается жидкосцинтилляционный метод измерения активности 14С (LSC) от ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Студенты увидели весь цикл радиоуглеродного датирования, а также анализа стабильных изотопов углерода и азота с использованием масс-спектрометрии (IRMS), и применение этих методов в палеогеографии, почвоведение, геологии, археологии. Студенты также сами провели интерпретацию полученных материалов под руководством Андрея Долгих и освоили работу в программе OxCal для перевода 14С возраста в календарный и построения глубинно-возрастных моделей на примередонных отложений озера Хорлакель и болота Ольгино.
Практическая часть началась для студентов с выезда на озеро Горенки в Московской области под руководством главного научного сотрудника ИГ РАН, д.г.н. Елены Новенко. Были изучены современное состояние и исторические изменения болотной экосистемы через анализ палеоархивов торфяных отложений, освоены навыки бурения кернов болотных отложений. После учебного бурения и первичного анализа керна учащиеся разделились на три бригады и работали на разных участках болота. Каждая группа провела геоботаническое описание растительности, пробурила и отобрала керны, определила стратиграфию торфяной залежи, а затем сделала выводы о смене растительности и водного режима. Также были отобраны образцы для спорово‑пыльцевого анализа и анализа микрочастиц угля.
На отдельном занятии под руководством младшего научного сотрудника ИГ РАН Дмитрия Куприянова студенты проанализировали микрочастицы угля, извлеченные 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 Института географии РАН студенты разделились на три группы: литологическую, диатомовую и тефрохронологическую. Каждая группа осваивала разные методы палеогеографии для реконструкции условий среды на различных территориях.
Литологическая группа (руководители – научный сотрудник ИГ РАН, к.г.н. Никита Сычев и инженер-исследователь Роман Шухвостов) осваивала методы гранулометрического анализа, включая сложную пробоподготовку, а также методы магнитной восприимчивости, потерь при прокаливании и определения цвета образцов. Для итогового проекта группа проанализировала донные отложения озера Хорлакёель (Карачаево-Черкессия), построила графики изменения показателей с глубиной и описала изменения природных условий в окрестностях озера. Диатомовая группа (руководитель – научный сотрудник ИГ РАН, к.г.н. Анна Рудинская) изучала озеро Каспля в Смоленской области – ледниковое ложбинное озеро и гидрологический памятник природы. Работа велась по двум направлениям: гиперспектральное сканирование керна (во главе с научным сотрудником ИГ РАН, к.г.н. Михаилом Александриным) и диатомовый анализ трех образцов с разных глубин. Гиперспектральное сканирование позволило выделять сезонные слои и прослеживать биогеохимические процессы, а диатомовый анализ дал эколого‑гидрохимическую характеристику условий осадконакопления. Теоретической основой интерпретации служила модель варвохронологии: 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. Это свидетельствует о том, что озеро раньше было глубоководным. Вверх по разрезу виды сменяются от олиготрофно‑мезотрофных к мезотрофно‑эвтрофным, при небольшом сдвиге pH; общая среда оставалась сбалансированной. Анализ хлорофилла‑а как прокси биопродуктивности за последние примерно 1000 лет показал устойчивый фон с редкими пиками, связанными, вероятно, с потеплениями и эвтрофикацией. Общий вывод группы: биопродуктивность постепенно росла, но без резких кризисов, а экосистема оставалась стабильной.
Тефрохронологическая группа (руководитель – заведующий лабораторией, к г.н. Евгений Константинов) диагностировала участок керна из озера Хорлакёль на наличие тефры, чтобы установить возраст извержения и определить вулкан‑источник. Студенты извлекли тефру из аномальных участков с высокой концентрацией вулканического стекла, смешали образцы со спорами Lycopodium и подсчитали концентрацию тефры в каждом участке керна. Сравнив химический состав с референсными данными, они идентифицировали вулкан – Эльбрус. Состав тефры оказался характерным для риолитов (кислых вулканических пород). На TAS‑диаграмме состав вулканических стекол образовал единый кластер с референсным составом пород Эльбруса. С помощью возрастно‑глубинной модели для керна HOR1 был установлен абсолютный возраст события: извержение Эльбруса произошло в интервале 5933–6303 кал. л.н.
Раздел 2. Геофизические исследования
Во втором модуле под руководством доцента факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ Марии Судаковой студенты прошли полный цикл работы с геофизическими данными – от постановки прямых и обратных задач до интерпретации полевых наблюдений. В расчетах использовались Excel, специализированные пакеты и Python. Учащиеся моделировали гравитационные и магнитные аномалии от реальных объектов городской среды – тоннелей метро, коллекторов, криогенных тел и инженерных сооружений. Особое внимание уделялось контрасту физических свойств, выбору шага и длины профиля, а также построению графиков аномалий.
Отдельный блок был посвящен сейсморазведке, электроразведке и георадиолокации. Студенты решали прямые и обратные задачи, рассчитывали годографы, определяли скорости и глубины границ, интерпретировали разрезы. Важной частью модуля стала работа с реальной аппаратурой в Институте географии РАН: учащиеся проводили измерения георадаром и электроразведочной установкой, а затем разбирали полученные радарограммы и геоэлектрические разрезы. Такой подход позволил сформировать целостное представление о возможностях и ограничениях современных геофизических методов в науке, а также в прикладных и инженерных задачах. После курса студенты прошли практику на территории Института географии вместе с инженером-исследователем ИГ РАН Александром Юрченко.
Раздел 3. Инструментальные методы в геохимии
В рамках практических занятий студенты опробовали метод титрования – один из распространенных способов химического анализа. Его суть заключается в постепенном добавлении реагента с известной концентрацией в исследуемый раствор до полного завершения реакции, что позволяет определить концентрацию вещества. В ходе занятия учащиеся решали задачу по определению концентрации соляной кислоты, добавляя к ней щелочь до появления устойчивого розового оттенка. Результаты оказались близки к реальным значениям.
Одно из занятий раздела, которое состоялось в ЦКП «Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии», посвятили трем типам микроскопии – световой, электронной и рамановской (занятие проводили ведущий научный сотрудник ИГ РАН, к.г.н. Никита Мергелов, старший научный сотрудник ИГ РАН, к.г.н. Андрей Долгих и младший научный сотрудник ИГ РАН Юлия Карпова). После краткой лекции студенты исследовали шлифы различных образцов, в том числе супрагляциальный органо-минеральный материал криоконитов, собранные на учебной полевой практике второго курса в Безенги, используя световую микроскопию. Затем сотрудники лаборатории показали работу сканирующего электронного микроскопа JEOL 6610 LV, где вместо света используется пучок электронов. Дополнительная приставка Oxford Instruments INCA X-act позволила провести энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию и определить химический состав исследованных образцов. Завершилось занятие работой на конфокальном рамановском микроскопе Renishaw в модификации inVia Reflex, где был определен молекулярный состав в ряде образцов микропластика и углей.
Последнее занятие курса было посвящено рентгенофлуоресцентному анализу – методу, позволяющему определять качественный и количественный состав вещества по характеристическому рентгеновскому излучению. Первая часть занятия представляла собой лекцию профессора факультета географии и геоинформационных технологий НИУ ВШЭ Рамиза Алиева о применении рентгена в науке. Вторая часть – практика под руководством научных сотрудников лаборатории палеоархивов природной среды ИГ РАН: студенты исследовали химический состав озерных отложений и палеопочвы, приготовили таблетки на основе борной кислоты, получили спектры на спектрометре и провели качественный анализ.
«По итогам курса студенты сформировали полноценный исследовательский инструментарий: освоили построение возрастных моделей, проведение литологических анализов. Важно, что ребята научились не просто подбирать методы под задачу, но и грамотно интерпретировать результаты с учетом существующих ограничений. В результате студенты провели настоящий исследовательский год – съездили в поле, отобрали образцы, сделали серию анализов, получили даты, построили возрастную модель, составили интерпретацию и защитили итоговый проект», – подытожила Фатима Курбанова.
