В рамках пленарного заседания VI конференции геокриологов России «Мониторинг в криолитозоне», которая проходит в эти дни на Геологическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова академик Российской академии наук, председатель Научного совета РАН по криосфере Владимир Павлович Мельников представил вводный доклад по теме развития учения о криосфере Земли:

«Дорогие коллеги!

Так случилось, что мы стали свидетелями и участниками, пожалуй, самых серьезных принципиальных изменений в человеческом сообществе – переустройства системы государственных отношений от однополярных к многополярным. И похоже, возврата к былому нет.  Вполне ожидаемо, что переустраиваться будут не только межгосударственные отношения, но и то, к чему люди привыкли в своих странах.

Казалось бы, трехсотлетняя история Российской академии наук –залог продолжения её деятельности в привычных рамках. Вспоминается роль В.И. Ленина в перестройке научной работы  в молодой советской республике, когда с первых дней существования советской власти наука превратилась в одно из важнейших направлений государственной политики. Наши победы на Земле и в космосе – результат того отношения к научной работе. Ветераны науки, начинавшие свою деятельность в период Келдыша, Александрова, Лаврентьева, Марчука и Коптюга болезненно восприняли навязывание в ельцинские времена пути следования западным государствам – пути проигравших нам в уровне организации и развития фундаментальной науки.

Очевидно, что времена серьезных открытий, небывалый скачок IT-технологий, увеличивающийся поток информации требует нетривиального подхода к перестройке системы науки и образования, оставляя неизменным творческий дух, тесное сотрудничество на всех уровнях, ответственность ученых советов и руководства организаций и, конечно, привлечение студентов к научной работе.

Крупнейший физик-теоретик, академик Игорь Евгеньевич Тамм при обсуждении со своими учениками концептуальных проблем физики сказал: «То, чем мы занимаемся сейчас, скоро никому не нужно будет. Надо искать новое, надо внимательно слушать природу и научиться расшифровывать то, о чем она нам говорит». Эти слова, сказанные почти шесть десятилетий назад, ничуть не потеряли актуальности. Особенно для нас, представителей небольшого по сравнению с физиками сообщества, которому доверено исследование объекта глобального масштаба – криосферы Земли, отождествляющей принцип триединства  – криолитозона, гляцеосфера и холодная атмосферная оболочка Земли. Хотя само понятие криосфера уже сто лет  объединяет три указанные составляющие, исследования шли по углублению представлений о каждой из них в отдельности. А философско-теоретическая парадигма криосферы только зарождается.

Некоторые задачи на этом пути хорошо сформулированы французским физиком Луи де Бройлем. Понятия пространства и времени, взяты из нашего повседневного опыта и справедливы лишь для явлений большого масштаба. Нужно было бы заменить их другими понятиями, играющими фундаментальную роль в микропроцессах, которые бы ассимптотически переходили от элементарных процессов к наблюдаемым явлениям обычного масштаба в привычные понятия пространства и времени. Стоит ли говорить, что это очень трудная задача. Было бы удивительным, если бы оказалось возможным когда-нибудь из физической теории понятия, представляющие саму основу нашей повседневной жизни. Правда, история науки показывает удивительную плодотворность человеческой мысли. И не стоит терять надежды. Однако пока мы не добились успехов в распространении наших представлений в указанном направлении, мы должны стараться с большими или меньшими трудностями втиснуть микроскопические явления в рамки понятий пространства и времени. Хотя нас всё время будет беспокоить чувство, что мы пытаемся втиснуть алмаз в оправу, которая ему не подходит. 

Наша молодая наука криология и тот кадровый потенциал, занимающийся наукой о холодных явлениях, не может сравниться с возможностями физики – науки о природе, развивающейся уже третье тысячелетие, со времен Архимеда и Демокрита. От классической физики XVII-XIX века к квантовой и одновременно с ней к науке о пространстве и времени – к Теории относительности, когда физика становится релятивистской. Во второй половине XX века она обогащается познанием структуры атомного ядра, свойств элементарных частиц и конденсированных сред. Понятия и законы физики легли в основу естествознания. Развитие физики, создавая многоаспектные образы природных процессов, непрерывно совершенствует общую картину мира и материально-техническую основу цивилизации. Из многочисленного набора познавательных направлений физики наиболее близки криологии физика Земли и физика атмосферы. Наиболее продвинутыми физическими направлениями нашими предшественниками являются термодинамика и механика криогенных сред.

Молодость науки мерзлотоведение, отчасти криология и обширность территории на всех континентах, занятых многолетнемерзлыми породами и подлежащих исследованию, ставили прежде всего задачи геолого-географического направления – распространение и свойства горных мерзлых горных пород. Позднее стало развиваться инженерное мерзлотоведние и такое важнейшее т точки дрения поребностей развития инфраструктуры  направление, как устойчивость фундаментов сооружений. 

Процесс накопления знания об объекте при наличии всегда нескольких небольших организаций был довольно медленным и характеризовался абстрагированием от тех его свойств, которые считались в то время несущественными для становления науки. То есть не было основы для обращения к философии, задача которой проникнуть в сущность объекта, для чего нужна опора как на предметные знания, получаемые конкретными науками, нацеленными на интересующий объект, так и на различные формы ценностно-экзистенциального постижения реальности.

Судя по изложению целей исследований – уничтожения мерзлоты всеми силами науки и техники, как вредного с практической точки зрения явления, сформулированных доктором наук Колосковым в предисловии к первой монографии по мерзлотоведению Самгина, специалисты-мерзлотоведы большой ценности вечной мерзлоты не видели. Постепенно наполнялась копилка знаний о криосфере Земли. О её возрасте, о разнообразии циклов обледенений и межледниковий, отличающихся друг от друга как продолжительностью, так и причинами их появления – движениям ледников, преобразующих ландшафты и многими другими красками, не позволяющими науке до сих пор построить общую модель многочисленных оледенений. Стремительное пополнение знаний об объектах криосферы и процессах, протекающих в них и под их влиянием, началось во второй половине XX века.

Международные станции в Антарктиде, пробуренная там четырехкилометровая скважина, космические средства получения информации и многое-многое другое определили отношение к холодным явлениям, как к огромному ресурсу человечества, загадки которого только начали раскрывать свои тайны.

Мультидисциплинарные исследования криосферы обязывают совершенствовать подходы к соединению знаний, создать стилистическую модель с общей теорией и на этой основе разрабатывать ресурсные технологии. Быстрый рост информации о криосфере в разных науках, специализация научного знания и институциональное обособление умножающихся научных дисциплин сделало необходимым выстраивать отношения с философией науки, а точнее с её компонентой – криософией.

Возвращаясь к высказываю Тамма о том, что нужно внимательно слушать природу и научиться расшифровывать то, о чем она нам говорит, нужно отметить, что очень важно в исследованиях не просто фиксировать состояние вещества (хотя и это иногда нужно), а углубиться в процессы, определяющие это состояние с той или иной детальностью, которая растёт с появлением новых знаний. 

Обратимся к исследованиям Института мерзлотоведния Сибирского отделения Академии наук в 70-е годы прошлого столетия. В частности, к особенностям радиационного и гидротермического режима снежного покрова, изучаемого на стационарах в Центральной Якутии.

До этого изучение снежного покрова ограничивалось стандартными гидрометеорологическими наблюдениями, а результаты, фиксируемые на картах, были представлены данными о высоте, плотности и распределении снежного покрова. Мерзлотоведы, понимая недостаточность данных о свойствах снега, стали измерять отраженную и проникающую в снег радиацию, испарения с поверхности, интенсивность диффузии, а также теплопроводность и температуропроводность, наблюдать за эволюцией и формированием снежного покрова, его структурой, плотностью и термическим режимом.

Стационарные станции располагались в разных ландшафтных условиях. Основным принципом методики было сохранение естественной структуры снежного покрова. Исследования выявили главную особенность – высокая интенсивность, перекристаллизация снега по типу разрыхления снизу. Приводящая к расслоению толщи снега и образованию горизонта глубинного инея в короткий срок. Его толщина быстро возрастала от 30-40% высоты снежного покрова в ноябре до 70-90% в декабре, а в январе прекращалась. На начальной стадии такие условия, как большой перепад температур между поверхностью снега и грунтом, большая пористость снега и отсутствие в нем уплотнений способствует интенсивному росту кристаллов и развитию слоя глубинного инея. Разность упругости и насыщения водяного пара, необходимое для роста кристаллов глубинного инея, регулируется температурой снежного покрова, с понижением которой она уменьшается. А поддерживается выносом пара из более теплой почвы.

Исследователями установлена отражательная способность снежного покрова в 75-80% в течение всего зимнего периода , радиационные свойства снега, способствующие поглощению радиации (до 85% в 5-сантиметровом слое снега) и способности снежного покрова к возгонке, минуя жидкую фазу.

Следует отметить, что наблюдения проводились на стационарных постах наблюдений под кронами сосного и лиственного леса, на льду озера и на открытом участке.

Я привожу некоторые особенности экспериментов, чтобы показать, насколько близки были ученые к пониманию необходимости изучения явлений и процессов в них для развития единого процесса к пространству и времени, начиная с микропроцессов в криосфере и постепенно переходя к более понятному космическому масштабу.

Хотелось бы остановиться на новом понятии – криогетеротопия. Оно означает пространственный перенос криогенных образований в природной среде в ледниковой эпохе и в межледниковье. От микропроцессов до глобальных масштабов огромной преобразующей силы.

Известные гляциологи – Владимир Михайлович Котляков и другие под ледниковым периодом понимают относительно длительный этап геологической истории Земли, в течение которого чередуются ледниковые эпохи и межледниковье на фоне общего похолодания климата. Эта смена обязана, прежде всего, внутримантийной конвекции и внутримантийному магматизму, ведущим даже к движению литосферных плит.

Когда мы ищем ответы на вопрос о климате, то по существу мы можем принять солнечное влияние, как некую константу. Для Солнца периоды в десятки, сотни тысяч лет и практически всё время с момента появления и эволюции человека вряд ли могли так уж сильно изменить мощность излучения, чтобы это ощутило небесное тело за 149 млрд метров. Солнце дает нам некую постоянную энергию и изменчивость физических полей во время появления новых пятен.

Так что климат формируется в основном взаимодействием внутренних и иных процессов в приповерхностной части земной коры с тропосферой и нижней частью стратосферы, где основой, определяющей динамику температур, являются фазовые превращения воды и водяного пара – испарения, сублимации и многие другие. А создателем комфортных условий жизни является парниковый эффект и в некоторой степени мерзлота, экранирующая 26%  территории континента от излишнего внутриземного тепла.

В настоящее время многие ученые делают акцент на физико-химической основе естественных наук. Вслед за физикой Земли, физикой океана и физикой атмосферы наша задача сконцентрировать исследования на физике криосферы. Особенность криосферных процессов в том, что объекты криосферы Земли дают нам наглядный опыт движения вещества в широчайшем диапазоне скоростей. От перемещения ледников в ледниковую эпоху, снежных образований в Антарктиде, погружающихся от поверхности ледового щита до подледных озёр за 500-700 тыс лет, до микропроцессов при фазовых превращениях. А между ними – движение айсбергов, охлаждающих воду океана, горных лавин, речных и морских ледоходов и многое другое, подволяющее нам выполнить задачу, поставленную Луи де Бройлем – расширить понятие пространства и времени от микропроцессов в небесных телах до космического пространства и понять огромную преобразующую силу холода во вселенной».