WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«АГРОНОМИЯ. МЕЛИОРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВПО “Иркутская государственная сельскохозяйственная академия” ...»

-- [ Страница 2 ] --

– 247 pp.

References

1. Ambrosov V.N. Osenniy nerest bychka Procottus jeittelesii v Baikale [Autumn spawning of the sculpin Procottus jeittelesii in Lake Baikal]. Priroda [Nature]. 1946, no 7, pp. 66.

2. Votintsev K.K. Gidrohimiya ozera Baikal [Hydrochemistry of Lake Baikal]. Moscow, 1961, 311 pp.

3. Kozhova O.M., Sidelev G.N., et al. Nabludeniya planktonnyh i nektobenticheskih soobschestv [Observation of nektobenthic and plankton communities]. Moscow, 1979, pp. 87-91.

4. Matveev A.N., Nehoroshih K.V., et all. Biologiya bol'shoy shirokolobki (Procottus major Taliev, 1944) na Selenginskom melkovodie (oz. Baikal). Irkutsk, 2006, pp.159-168.

5. Pastuhov V.D. Nerpa Baikala [Baikal seal]. Novosibirsk, 1993, 272 pp.

6. Sideleva V.G. Seismosensornaya sistema i ekologiya baikal'skih podkamenschikovyh ryb (Cottoidei). [Seismosensory system and ecology of Lake Baikal sculpin (Cottoidei)]. Novosibirsk, 1982, 152 pp.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

7. Taliev D.N. Osvoim bychkoviy promysel na Baikale [Let us learn sculpin fishing on Lake Baikal]. Irkutsk, 1944, 36 pp.

8. Taliev D.N. Bychki-podkamenschiki Baikala [Sculpins of Lake Baikal]. Moscow-Leningrad, 1955, 603 pp.

9. Sideleva V.G. Endemic fishes of Lake Baikal. Backhuys Publ. Leiden, 2003, 242 p.



Сведения об авторах:

Пастухов Владимир Владимирович – главный специалист, руководитель аквариумной группы. Байкальский музей ИНЦ СО РАН. (6640520, Россия, Иркутская область, р.п. Листвянка, ул. Академическая, 1, тел. +7(3952)453145, e-mail: aquabaikal@mail.ru).

Сиделева Валентина Григорьевна – доктор биологических наук, главный научный сотрудник.

Зоологический институт РАН. (199034, Россия, Санкт-Петербург, Университетская наб., 1, тел.

+7(812)3280612, e-mail: vsideleva@gmail.com).

Information about the authors:

Pastuhov Vladimir Vladimirovich – Chief Specialist, head of the aquarium exposition. Baikal Museum of Irkutsk Scientific Center, SB RAS. (Akademicheskaya st., 1. Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel. +7 (3952)453145, e-mail: aquabaikal@mail.ru).

Sideleva Valentina Grigoryevna – Doctor of Biological Sciences, Principal Research Scientist.

Zoological Institute Russian Academy of Science. (Universitetskaya Emb., 1, Saint-Petersburg, Russia, 199034, tel. +7(812)3280612, e-mail: vsideleva@gmail.com).

–  –  –

Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН, г. Москва, Россия В протерозое и раннем палеозое дефицит кислорода лимитировал максимальный уровень метаболизма и активности организмов. В кембрии исчез дефицит пищевых ресурсов для бентоса, а в ордовике быстро распространились оптимальные для жизни многих донных животных уплотненные грунты из карбонатного детрита, что приводило к ослаблению конкуренции в сообществах и на этой основе к массовому формообразованию и взрывному появлению новых планов строения среди Metazoa. Взрывной характер этих процессов проистекал из возникновения обратной положительной связи между новым сообществом и бывшим до этого дефицитным ресурсом.

Ключевые слова: протерозой, ранний палеозой, дефицит кислорода, ослабление конкуренции, массовое формообразование.





–  –  –

Maximal level of metabolism and animal activity during the Proterozoic and Early Paleozoic was limited by oxygen scarcity. During the Cambrian a food supply become enough for wide benthos development, and during the Ordovician the carbonate detrital grounds, which are optimal for many benthic animals, were spread quickly. It resulted in an anticompetitive effect in communities, and thus in a massive morphogenesis and explosive appearance of new body plans in Metazoa. The explosive Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

character of these processes became possible due to the positive feedback appearance between new community and previously scarce resource.

Key words: Proterozoic, early Paleozoic, the oxygen deficit, weakening competition, mass shaping.

Жизнь на Земле возникла аутигенно или появилась заселением с помощью комет или космической пыли после окончания метеоритной бомбардировки – немного более 4 млрд лет назад [3, 8]. Возникшая биосфера развивалась как биогеохимическая сукцессия в результате взаимодействия биоты с географической оболочкой [3]. До середины раннего протерозоя атмосфера была анаэробной, а биота была представлена только прокариотами. Поэтому Г.А.

Заварзин [1, 2] назвал ее на этом этапе развития прокариотной.

В конце архея или начале протерозоя появились, как показывают молекулярные часы [17], цианобактерии, способные к оксигенному фотосинтезу.

Это не совсем согласуется с данными палеонтологии [7], так как ископаемые биопленки и строматолиты, строителями которых считаются цианобактериальные сообщества, известны с начала архея [9, 13]. Многие данные свидетельствуют, что достаточное для аэробной жизни содержание кислорода в атмосфере в 0.01 от современного его содержания появилось не ранее 2.3 млрд. лет назад [12], а скорее около 2.0 млрд. лет [7] (рис.).

До колонизации суши высшими растениями в девоне основной поток кислорода шел из акваторий эпиконтинентальных морей и океанов [7], тогда как в последевонской биосфере этот поток приблизительно поровну делят сухопутные территории и акватории [4]. Это означает, что в протерозое в акваториях могли существовать кислородные оазисы в местах с мощным оксигенным фотосинтезом и в этих оазисах могли появляться первые формы аэробов, которые в дальнейшем, при повышении содержания кислорода в атмосфере, уравнивающем его содержание в поверхностном слое акваторий, могли широко расселяться [7].

Отсюда возникает мозаичность распределения биоты в древних малокислородных акваториях.

С появлением кислорода возникли условия для развития эукариот, которые, видимо, появились в отдельных кислородных оазисах вскоре после Главного события оксигенизации атмосферы [7]. Но широкое распространение они получили только после достижения содержания кислорода в атмосфере 2%, которое обеспечивало стабильное содержание в поверхностном слое воды морей, озер и океанов растворенного кислорода около 1%, минимально достаточном для жизни примитивных эукариот. Этот момент был приурочен к 1 млрд. лет назад и получил название протерозойской революции [1, 3, 10].

С этого момента прокариотная биосфера стала активно замещаться эукариотной. Это означает не уничтожение прокариотной биосферы, а встраивание эукариот в циклы биогенных элементов, созданных прокариотами [2, 3]. Кислород долгое время был дефицитным ресурсом и определял уровень интенсивности жизни в эукариотных сообществах с момента их возникновения до девона, когда содержание кислорода в атмосфере достигло современного уровня [7]. С увеличением его содержания в атмосфере, определявшим усредненное Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

содержание кислорода в приповерхностных водах, менялся и характер сообществ.

В свою очередь, особенности сообществ влияли на скорость и длительность захоронения органики и через это на поступление свободного кислорода в атмосферу из воды.

Рисунок – Вероятное содержание кислорода в атмосфере на разных этапах додевонской атмосферы. Черными прямоугольниками показаны оледенения [7].

В истории земной биосферы короткие периоды быстрого наращивания содержания кислорода в атмосфере чередовались с периодами относительной стабильности содержания кислорода. Например, современное содержание кислорода, хотя и с некоторыми оговорками, относительно постоянно с девона.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

Стабилизация содержания атмосферного кислорода означает равновесие между притоком свободного кислорода и его поглощением в результате дыхания и посмертного окисления органики.

Периоды увеличения содержания свободного кислорода связаны с увеличением количества органики, захороненной на длительное время.

Увеличение масштабов захоронения органического вещества связано, прежде всего, с изменением биоты и поступлением органики в осадки эпиконтинентальных и окраинных морей, где и происходит в основном ее захоронение. Стабильные периоды маркируются широким распространением животных с максимально высоким уровнем обмена веществ, возможным на тот период. Появление представителей с повышенным уровнем метаболизма и их широкое распространение маркируют периоды повышения уровня кислорода в атмосфере [7].

Хотя начало оксигенизации атмосферы можно связать с появлением первых оксигенных фотосинтетиков – цианобактерий, которое по молекулярным часам относят к концу архея – началу протерозоя [17], стабилизация аэробного состояния атмосферы на нижнем уровне содержания кислорода (0.002-0.003 атм) произошла не ранее 2.0 млрд. лет назад [7]. Это маркируется резкими изменениями в составе, количестве и сохранности микрофоссилий в отложениях моложе 2.0 млрд. лет [10]. Появление акинет (цист цианобактерий в состоянии покоя) и их доминирование в некоторых отложениях интервала 1650-1200 млн.

лет, при весьма ограниченном разнообразии прокариот и эукариот [10], может свидетельствовать о достижении содержания кислорода в атмосфере 1%, но не более. С начала взрывообразного увеличения таксономического разнообразия эукариотных микроорганизмов в интервале 1200-1030 млн. лет, характеризующего протерозойскую революцию [10], содержание свободного кислорода, видимо, стабилизировалось на уровне 1-2%. Данный уровень достаточен, учитывая холодный климат и многочисленные обширные оледенения в то время, для широкого распространения одноклеточных эукариот и появления в отдельных кислородных оазисах некоторых многоклеточных эукариот.

Следующее увеличение содержания в атмосфере кислорода 560 млн. лет назад привело в венде к возможности широкого распространения мягкотелых многоклеточных организмов, среди которых было, видимо, много гетеротрофов [7, 10]. Их широкое распространение требовало содержания кислорода в атмосфере около 2-4%, так как такой уровень обеспечивал равновесное содержание кислорода в воде 1-2 мл/литр, достаточного для выживания многих современных малоактивных животных [18].

Вендские многоклеточные животные обладали низким уровнем метаболизма, так как были малоподвижными организмами без специальных придатков тела и у большинства из них, если не у всех, было внеорганизменное пищеварение. Это позволило определить их уровень организации, как плакозойный в широком смысле, сходный с современным Tryhoplax [6]. Учитывая, что большинство вендских организмов жило в холодной воде и в тесной связи с цианобактериальными пленками на поверхности дна, хорошо насыщавшими кислородом воду в дневное время, содержания кислорода в атмосфере в 2-3% Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

могло быть достаточным для их широкого распространения. Предположение Реталлака [14] о сухопутном образе жизни вендских организмов и о лишайниковой природе многих из них, в связи с этим предполагает резкое преобладание континентальных отложений в венде над морскими, что кажется маловероятным.

Кембрийский эволюционный взрыв обусловлен появлением обратной положительной связи между сообществом планктонных фильтраторов в фотической зоне, количеством органики, поступающей на дно эпиконтинентальных морей и там захороняемой, и содержанием кислорода в атмосфере [7]. Появление морских пелагических фильтраторов среди членистоногих разорвало, так называемую, микробную петлю, из-за которой круговорот биогенов происходил почти исключительно в фотической зоне. В венде, из-за маленьких размеров, погибающие бактерии и одноклеточные организмы не могли опускаться ниже термоклина и поступать на дно в акваториях. Поэтому в этот период бентосная жизнь была сосредоточена на мелководье холодноводных эпиконтинентальных морей, где отсутствовал термоклин и широко развивались биопленки [15]. Поэтому круговорот докембрийской планктонной органики происходил в основном в фотической зоне.

В кембрии среди членистоногих появились первые планктонные фильтраторы. Профильтрованная и переваренная членистоногими планктонная органика, вместе с непереваренными частицами неорганической взвеси, упаковывалась в фекальные пеллеты, размер которых позволял преодолеть термоклин. В результате дно стало быстро обогащаться органикой, на которой быстро стала развиваться бентосная жизнь [5, 11, 15]. С другой стороны, из-за осветления верхнего слоя воды увеличилась фотическая зона и количество обитавшего там планктона. Органика, попадая на дно, могла быстро захороняться, что приводило к увеличению стока кислорода из воды в атмосферу.

В результате равновесие между стоком кислорода и его поглощением установилось на новом уровне, при содержании кислорода в кембрийской атмосфере около 6-8%. Такое содержание кислорода в атмосфере примерно соответствует равновесному содержанию кислорода в воде 3-4 мл/литр, что заметно выше минимально необходимого уровня для простого выживания многоклеточных эукариот. Это и дает возможность вести активный образ жизни с повышенным метаболизмом и расходом кислорода для многих животных, прежде всего членистоногих. Во время кембрийской эволюционной радиации, которую инициировало появление планктонных фильтраторов среди членистоногих, сформировались все основные типы животных [6].

В ордовике произошла следующая крупная эволюционная радиация [6], во время которой резко увеличилось количество и разнообразие таксонов и сформировались, видимо, последние классы морских беспозвоночных [6]. Для протекания ордовикской эволюционной радиации не было особой необходимости в увеличении содержания свободного кислорода в атмосфере, так как по уровню метаболизма представители ордовикской фауны мало отличаются от кембрийской.

Содержание кислорода могло незначительно повыситься до 8-10% в Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

ордовике, благодаря значительному расширению океанических пищевых сетей [16] и изменению грунта морского дна [15]. Оптимальный для развития большинства бентоса уплотненный грунт из кальцитового детрита, бывший в кембрии дефицитным ресурсом, в ордовике резко увеличил свои площади в мелководных эпиконтинентальных морях, из-за возникновения обратных положительных связей между расширением площади такого грунта и увеличением численности и разнообразия жившего на нем сообщества [15].

Триггером ордовикской эволюционной радиации стало резкое увеличение кальцитовой продуктивности прикрепленных иглокожих.

В силуре началась мощная эволюционная радиация челюстноротых с их активным образом жизни и усиленным метаболизмом [19]. Это маркировало, видимо, повышение уровня кислорода до 10-12%, связанного, возможно, с широким распространением на континентах водорослей и лишайников. В девоне массовая колонизация суши сосудистыми растениями и связанное с этим увеличение захороненной органики привелоо к современному уровню содержания кислорода в атмосфере [7].

Выводы. 1. В протерозое и раннем палеозое дефицит кислорода мог лимитировать максимальный уровень метаболизма и активности организмов.

2. Повышение уровня содержания кислорода в атмосфере приводило к быстрому росту численности и скорости формообразования, широкому распространению более активных групп животных, к изменению структуры сообществ и пищевых цепочек.

3. Начиная с кембрия, кислород в воде перестал быть дефицитным для всех бентосных морских животных, живущих на поверхности дна мелководных эпиконтинентальных морей, а с силура его стало достаточно и для всех морских животных, включая высокоактивных пелагических хищников.

4. С девона атмосферного кислорода стало достаточно и для наземных животных. Быстрое исчезновение дефицита пищевых ресурсов для бентоса в раннем кембрии, из-за массового поступления на дно планктонной органики из фотической зоны, и резкое увеличение площади уплотненных грунтов из кальцитового детрита в ордовике, приводило к ослаблению конкуренции в сообществах и на этой основе к массовому формообразованию и взрывному появлению новых планов строения среди Metazoa. Взрывной характер этих процессов проистекал из возникновения обратных положительных связей между новым сообществом и бывшим до этого дефицитным абиогенным ресурсом.

Список литературы

1. Заварзин Г.А. Становление системы биогеохимических циклов / Г.А. Заварзин // Палеонтол. журн. – 2003. – Т. 37. – № 6. – С. 16-24.

2. Заварзин Г.А. Будущее отбирается прошлым / Г.А. Заварзин // Вестник РАН. – 2004. – Т.

74. – № 9. – С. 813-822.

3. Заварзин Г.А. Эволюция прокариотной биосферы. “Микробы в круговороте жизни" 120 лет спустя. Чтение им. С.Н. Виноградского / Г.А. Заварзин – М.: МАКС Пресс. – 2011. – 144 с.

4. Иваненков В.Н. Баланс кислорода и главных биогенных элементов / В.Н. Иваненков // Океанология. Химия океана. Химия вод океана // М.: Наука. – 1979. – Т.1. – С. 417-424.

5. Пономаренко А.Г. Основные события в эволюции биосферы / А.Г. Пономаренко // Проблемы доантропогенной эволюции биосферы // М.: Наука. – 1993. – С. 15-25.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

6. Рожнов С.В. Из венда в кембрий: становление морфологической организации современных типов многоклеточных животных / С.В. Рожнов // Онтогенез. – 2010. – Т.41(6). – С. 425-437.

7. Рожнов С.В. На заре аэробной биосферы: влияние кислорода на развитие биоты в протерозое и раннем палеозое / С.В. Рожнов // Проблемы эволюции биосферы. Серия “Геобиологические системы в прошлом” // М: ПИН РАН. – 2013. – С. 95-118.

8. Розанов А.Ю. Условия жизни на ранней Земле после 4,0 млрд. лет назад / А.Ю. Розанов // Проблемы происхождения жизни // М.: Изд-во ПИН РАН. – 2009. – С. 185-201.

9. Семихатов М.А. Динамика глобального разнообразия протерозойских строматолитов.

Сообщение 2. Африка, Австралия, Северная Америка и общий синтез / М.А. Семихатов, М.Е.

Раабен // Стратиграфия. Геологическая корреляция. – 1996. – Т. 4. – № 1. – С. 26-54.

10. Сергеев В.Н. Основные этапы развития докембрийского органического мира:

Сообщение 2. Поздний протерозой / В.Н. Сергеев, М.А. Семихатов, М.А. Федонкин, Н.Г.

Воробьева // Стратиграфия. Геологическая корреляция. – 2010. – Т. 18. – №6. – С. 3- 34.

11. Butterfield N.J. Ecology and Evolution of Cambrian Plankton // The Ecology of the Cambrian Radiation (ed. by A.Yu. Zhuravlev and R. Riding). New York. – 2001. – P. 200-216.

12. Kump L.R., Fallick A.E., Melezhik V.A. et al. The Great Oxidation Event // Reading the Archive of Earth’s Oxygenation (editor-in-chief Melezhik V.A., eds. Kump L.R., Fallick A.E. et all.

V.3. Global Events and the Fennoscandian Arctic Russia – Drilling Early Earth Project. Springer:

Heldelberg N.-Y. 2013. – P. 1517-1533.

13. Noffke N. Geobiology: Microbial mats in sandy deposits from the Archean era to today // Springer: Berlin. – 2010. – 194 p.

14. Retallack G.J. Ediacaran life on land // Nature, 2013,vol.493. no 7430. P. 89-92.

15. Rozhnov S.V. Development of the trophic structure of Vendian and Early Paleozoic marine communities // Paleontological Journal, 2009, vol. 43. No. 11. P. 1364-1377.

16. Servais T., Lehnert O., Li J. et al. The Ordovician Biodiversification: Revolution in the Oceanic Trophic Chain // Lethaia. – 2008. V. 41. – P. 99-109.

17. Tomitani A., Knoll A. H., Cavanaugh C.M., Ohno T. The evolutionary diversification of cyanobacteria: molecular-phylogenetic and paleontological perspectives // PNAS. – 2006. – Vol. 103. – No. 14. – P. 5442-5447.

18. Vaquer-Sanyer R., Duarte C.M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity // PNAS. 2008.

– V. 105. – No. 40. – P. 15452-15457.

19. Qu Q.-M., Zhu M., Zhao W.-J. Silurian atmospheric O2 changes and the early radiation of gnathostomes // Palaeoword. 2010. - No.19. – P. 146-159.

References

1. Zavarzin G.A. Stanovlenie sistemy biogeohimicheskih ciklov [Formation of the system of biogeochemical cycles]. Paleontologicheskij zhurnal [Paleontological Journal]. 2003, vol. 37, no. 6, pp.

16-24.

2. Zavarzin G.A. Budushhee otbiraetsja proshlym [The future is selected by the past]. Vestnik RAN [Herald of the Russian Academy of Sciences]. 2004, vol. 74, no. 9, pp. 813-822.

3. Zavarzin G.A. Jvoljucija prokariotnoj biosfery. “Mikroby v krugovorote zhizni" 120 let spustja. Chtenija im. S.N. Vinogradskogo [Evolution of the prokaryotic biosphere. “Microbes in the life cycle” 120 years after. Lection in the memory of S. N. Vinogradsky]. Moscow, 2011, 144 p.

4. Ivanenkov V.N. Balans kisloroda i glavnyh biogennyh jelementov [Balance of the oxygen and of the main biogenic elements]. Moscow,1979, vol. 1, pp. 417-424.

5. Ponomarenko A.G. Osnovnye sobytija v jevoljucii biosfery [The basical events in the biosphere evolution]. Moscow, 1993, pp. 15-25.

6. Rozhnov S.V. Iz venda v kembrij: stanovlenie morfologicheskoj organizacii sovremennyh tipov mnogokletochnyh zhivotnyh [From Vendian to Cambrian: the Beginning of Morphological Disparity of Modern Metazoan Phyla]. Ontogenez [Ontogeny]. 2010, vol. 41, no. 6, pp. 357-368.

7. Rozhnov S.V. Na zare ajerobnoj biosfery: vlijanie kisloroda na razvitie bioty v proterozoe i rannem paleozoe [At the dawn of the aerobic biosphere: The oxygen role in the development of biota in the Proterozoic and Early Paleozoic]. Moscow, 2013, pp. 95-118.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

8. Rozanov A. Yu. Uslovija zhizni na rannej Zemle posle 4.0 mlrd. let nazad [Life conditions on the Early Earth after 4.0 Ga]. Moscow, 2009, pp. 185-201.

9. Semikhatov M.A., Raaben M.E. Dinamika global'nogo raznoobrazija proterozojskih stromatolitov. Soobshhenie 2. Afrika, Avstralija, Severnaja Amerika i obshhij sintez [Dynamics of the global diversity of Proterozoic stromatolites. Article 2: Africa, Australia, North America, and general synthesis]. [Stratigraphy and geological correlation]. 1996, vol. 4, no. 6, pp. 26-54.

10. Sergeev V.N., Semikhatov M.A., Fedonkin M.A., Vorob'eva N.G. Osnovnye jetapy razvitija dokembrijskogo organicheskogo mira: Soobshhenie 2. Pozdnij proterozoj [Principal stages in evolution of Precambrian organic world: Communication 2. The late Proterozoic]. Stratigrafija. Geologicheskaja korreljacija [Stratigraphy and geological correlation]. 2010, vol. 18, no. 6, pp. 3-34.

11. Butterfield N. J. Ecology and Evolution of Cambrian Plankton. The Ecology of the Cambrian Radiation, Zhuravlev and R. Riding. Columbia University Press. New York, 2001, pp. 200-216.

12. Kump L.R., Fallick A.E., Melezhik V.A. et al. The Great Oxidation Event.Reading the Archive of Earth’s Oxygenation. V.A. Melezhik (Editor-in-Chief, Kump L.R., Fallick A.E. et al. (Eds.).

vol. 3. Global Events and the Fennoscandian Arctic Russia – Drilling Early Earth Project, Springer:

Heldelberg, N.-Y., Dordrecht, L., 2013, pp. 1517-1533.

13. Noffke N. Geobiology: Microbial mats in sandy deposits from the Archean era to today, Springer: Berlin, 2010, Heidelberg. 194 p.

14. Retallack G.J. Ediacaran life on land. Nature, 2013,vol.493, no 7430, p. 89-92.

doi:10.1038/nature11777.

15. Rozhnov S.V. Development of the trophic structure of Vendian and Early Paleozoic marine communities, Paleontological Journal, 2009, vol. 43, no. 11. Pp. 1364-1377.

16. Servais T., Lehnert O., Li J. et al. The Ordovician Biodiversification: Revolution in the Oceanic Trophic Chain, Lethaia, 2008, 41, pp. 99-109.

17. Tomitani A., Knoll A.H., Cavanaugh C.M., Ohno T. The evolutionary diversification of cyanobacteria: molecular-phylogenetic and paleontological perspectives, PNAS, 2006, vol.103, no. 14, pp. 5442-5447.

18. Vaquer-Sanyer R., Duarte C.M. Thresholds of hypoxia for marine biodiversity, PNAS, 2008, vol. 105, no. 40, pp. 15452-15457.

19. Qu Q.-M., Zhu M., Zhao W.-J. Silurian atmospheric O2 changes and the early radiation of gnathostomes, Palaeoword, 2010, no.19, pp. 146-159.

Сведения об авторе:

Рожнов Сергей Владимирович – доктор биологических наук, член корреспондент РАН, директор. Палеонтологический институт им. А.А. Борисяка РАН. (117997, Россия, Москва, Профсоюзная ул., 123, тел. 84953399888, e-mail: Rozhnov@ paleo.ru).

Information about the author:

Rozhnov Sergey Vladimirovich – D. Sci., Corresponding member of RAS, director, Borissiak Paleontological Institute RAS. (Profsouznaya str., 123, Moscow, Russia, 117997, tel. 84953399888, e-mail: Rozhnov@paleo.ru).

УДК 597. 553.2(069.4/.5):574.91

РАЗРАБОТКА АНИМАЦИОННОЙ ЭКСПОЗИЦИИ

СЕЗОННЫХ МИГРАЦИЙ БАЙКАЛЬСКОГО ОМУЛЯ

В.В. Смирнов, 2Н.С. Смирнова-Залуми, 1В.С. Маслюков, 1И.В. Мельгунова Байкальский музей ИНЦ СО РАН, пос. Листвянка, Иркутская область, Россия Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск, Россия

–  –  –

функционирования пелагической экосистемы Байкала. Анализ материалов по сезонному распределению омуля позволяет говорить о том, что байкальский омуль – не прибрежная рыба, как считали ранее, и кормовые ресурсы эпипелагиали (верхний 300-метровый слой) глубоководных районов используются им не только в течение одного – двух летних месяцев, а на протяжении всего года. Выделено два слоя повышенных концентраций рыб – у верхней и нижней границ глубинного термоклина, наблюдаемого в слое от 100 до 250 м от поверхности воды. Построена анимационная модель, показывающая зависимость сезонного распределения и миграций байкальского омуля от термического режима верхней 300-метровой толщи вод озера.

Ключевые слова: байкальский омуль, термический режим озера, анимационная модель, сезонное распределение омуля.

–  –  –

The study of the structure and functioning of the pelagic ecosystem of Lake Baikal is based on the results of many years research. Analysis of materials on seasonal distribution of omul suggests that the Baikal omul is not a coastal fish, as previously thought, and it uses epipelagial deep-water areas (upper 300 m layer) food resources of Lake Baikal not only for one – two summer months but throughout a year. There are two layers of high concentrations of fish throughout a year located – at the upper and lower boundaries of the deep thermocline observed from 100 m to 250 m from the surface of the water.

The animated model showing the dependence of the Baikal omul of the seasonal distribution and migration on the thermal state of the upper 300 meters of water column of the lake is based on the results of years of research.

Key words: Baikal omul, thermic regime of lake, animation model, seasonal distribution of omul.

Общая схема распределения омуля с сезонными изменениями температуры воды и жизненным циклом зоопланктона в оз. Байкал рассмотрена в работах М.М.

Кожова [3, 4] и К.И. Мишарина [6]. Согласно мнениям ученых в январе-апреле омуль “зимует” в зоне подводного склона мелководных районов озера на глубинах 50-300 м, в мае – июне в массе выходит в прибрежную зону, где вода к этому времени прогревается до 8-12оС и богата зоопланктоном, в июле – сентябре находится в поверхностных слоях воды, где пути его миграций совпадают с районами повышенных концентраций зоопланктона. В октябре-декабре омуль вновь сосредотачивается в области подводных склонов мелководных районов на глубинах 50-300 м. Вместе с тем высказать что-либо определенное по сезонным миграциям омуля было невозможно, т.к. о его распределении судили только по уловам промысловых бригад, дислоцирующихся, в основном, в прибрежной зоне озера.

Цель – показать сезонное распределение байкальского омуля в толще вод глубоководного Байкала, основываясь на результатах многолетних исследований, и создать анимационную экспозицию его сезонных миграций.

Материалы и методы. Проанализированы многолетние (1965-1998 гг.) материалы ихтиологических съемок, проведенных с борта НИС “Г.Ю.

Верещагин”, “Г. Титов”, “Обручев”, “Дыбовский”, “Тресков”. Использовались поверхностные термометры, батитермограф, стандартные 300-метровые порядки разноячейных жаберных сетей, тралы, гидроакустическая аппаратура. В зимний Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

период работы проведены по льду на автомашинах.

Результаты и обсуждение. В данном сообщении на примере байкальского омуля показаны сезонные миграции байкальского омуля в толще вод глубоководного Байкала [5, 7, 9, 10, 11, 12,13]. Анализируя полученные материалы, мы в первую очередь стремились показать влияние на внутригодовое распределение омуля термического режима верхней 300-метровой пелагиали Байкала.

Байкальская зима (январь-май) характеризуется обратной температурной стратификацией водной толщи озера и наличием на глубинах 100-300 м в глубоководных районах Байкала “слоя температурного скачка” [14] или “термоклина” (в морской терминологии) и “слоя мезотермического максимума”.

Наибольшие градиенты температуры в подледный период приходятся на глубины около 150 м [8, 14].

В слоях воды, примыкающих к верхней и нижней границе термоклина, наблюдаются устойчивые скопления омуля. Верхний слой скоплений омуля имеет бльшую толщину (около 50 м), нижний – меньшую (5-10 м). Плотность скоплений рыб в области выхода термоклина в подводный склон значительно выше чем у термоклина, располагающегося в глубоководной области озера [9, 10, 11].

Байкальская весна (май-июнь).

С началом прогрева прибрежной зоны озера и акваторий, примыкающих к устьям крупных рек, имеющих обширные бассейны:

Селенги, Баргузина, Верхней Ангары и Кичери, обратная температурная стратификация байкальских вод сменяется состоянием гомотермии [11].

Практически одинаковая температура от поверхности до дна наблюдается сначала у берегов и в заливах. Затем этот процесс распространяется на участки подводного склона с глубинами до 200-300 м и более. В это время концентрации омуля в прибрежной зоне влияния теплых речных вод и в области подводного склона, по сравнению с подледным периодом, увеличиваются, хотя, как показали гидроакустические съемки, значительная часть средне- и старше-возрастных рыб находится, как и зимой, в пелагиали глубоководных районов озера в слое 100-150 м. Существенно снижается плотность омуля в нижних слоях термоклина (200-300 м) [9, 10, 11].

Байкальское лето (июль-сентябрь). В июле, при ослаблении вертикального водообмена, происходит быстрый прогрев поверхностных вод, устанавливается прямая температурная стратификация, в верхнем 25-метровом слое пелагиали появляется сезонный слой скачка температуры [14]. В июле-августе слой скачка температуры наблюдается на глубинах от 0-5 до 15-25 м, в сентябре от 5-0 до 15м. По характеру прогрева вод озера значительные макронеоднородности наблюдаются и в других зонах деятельного слоя. Прежде всего, это прибрежные воды, отделенные от вод глубоководной области озера вертикальными температурными и плотностными фронтами [1, 14], располагающимися в надсклоновой области.

В июле – первой половине сентября основные косяки омуля рассредотачиваются в верхнем 25-метровом слое эпипелагиали глубоководного Байкала. Менее плотные скопления рыб наблюдаются в верхних горизонтах Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

глубинного термоклина, на глубине около 100 м. В области выхода верхнего слоя глубинного термоклина в подводный склон (глубина около 100-150 м) концентрации омуля существенно выше, чем на глубине около 100-150 м в глубоководных районах озера. Нижние горизонты глубинного термоклина, около 200 м от поверхности, как и весной, характеризуется минимальной плотностью рыб. В конце июля – первой половине августа плотность омуля в области подводного склона снижается в результате выхода половозрелых рыб в мелководные участки, примыкающие к нерестовым рекам [9, 10, 11].

Байкальская осень (октябрь-декабрь). В октябре слой сезонного скачка температуры опускается на глубины от 25-50 до 75 м. В некоторые годы он регистрируется и глубже, на 150-300 м. Даже в ноябре, в условиях развивающейся гомотермии байкальских вод, он не исчезает и наблюдается на глубинах 200-300 м [14].

В октябре – декабре основная масса омуля всех популяций, следуя за перемещением сезонного слоя скачка температуры, постепенно опускается на глубины 100-200 м. В декабре омуль сосредотачивается на глубинах около 100 и 150 м, примыкающих к верхнему и нижнему слоям глубинного термоклина.

Особенно плотные концентрации рыб наблюдаются в придонных слоях воды, где слой скачка температуры выклинивается в подводный склон.

Предлагаемая картина сезонного распределения омуля в верхнем 300метровом слое пелагиали дает общее (среднее) представление о миграциях этой основной промысловой рыбы Байкала. Сезонные перемещения омуля в толще вод и его годовые промысловые уловы в каждый конкретный год определяются нестабильностью термического режима Байкала, зависимой от изменчивости гидрометеорологической ситуации и динамики климата в Байкальском регионе.

Вс вышеперечисленное легло в основу новой анимационной экспозиции в Байкальском музее, представляющей в динамике сезонную миграцию омуля и термический режим вод озера. Анимационная модель является наилучшим средством представления сезонных изменений в озере. Как и остальные экспозиции Байкальского музея, эта экспозиция служит для доходчивого, понятного и запоминающегося представления научных знаний о Байкале и его обитателях.

Основная трудность, с которой столкнулись создатели анимационного ролика для экспозиции, было отсутствие достаточного материала о термическом режиме по всем месяцам года для какого-либо одного профиля. В качестве основного был выбран профиль р. Шумиха – Большая речка.

Анимационный разрез Байкала предполагает уточнение и разрешение нескольких технических анимационных проблем:

I. Необходимо показать температурные переходы в слоях воды Байкала таким образом, чтобы они одновременно изменяли свою форму и цвет. Форма показывает движение температурных слоев, а цвет привязан к обозначению самой температуры, согласно принятому графику температур. Для решения этой задачи не подходила ни одна анимационная программа 2д графики, т.к. не подходила анимация “наплыв”, когда одно изображение постепенно, через вытеснение, заменяется другим. Необходим был постоянный переход одной формы Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

температурного слоя в другую, без всякого наложения или затемнения. Для решения этой задачи была выбрана программа трехмерного моделирования 3Ds MAX AutoDesk, в которой созданные трехмерные объекты при помощи виртуальной камеры “снимали” во фронтальной проекции, чтобы получить “плоскую” двухмерную картинку. Изначально был использован подход, в котором каждый из температурных слоев (всего 12) был представлен как стандартный объект-plane (объект – плоскость) с низкой топологией, сконвертирован в редактируемый патч (редактируемая часть плоскости). Были анимированы крайние точки каждого патча. Однако при проверке анимации этот подход оказался нулевым: в результате анимации форма патчей искажалась, во фронтальной проекции трехмерного изображения возникли артефакты, картинка не воспринималась, как нечто единое. Более того, из-за недостаточного количества промежуточных данных о температурах, переходы между месячными градациями оказались слишком прямолинейными и резкими. Поэтому возникла идея использовать модификатор Morpher, обычно применяемый в профессиональной анимации лица персонажа для плавного перехода между мимическими выражениями. В случае использования Morpher происходит процедурное достраивание промежуточных стадий анимации для плавного перехода одной формы в другую, при условии общности топологии объектов, и существует возможность коррекции промежуточных стадий анимации, без вмешательства в исходную форму анимируемого объекта. Было повторно создано 12 температурных слоев и к каждому из них, согласно графику предоставленных температур, присоединяли Morpher, в тело которого было зашито еще по 12 модификаций каждого слоя. Таким образом, у каждого из двенадцати температурных слоев образовалось по 12 объектов ссылок анимации (всего 144 объекта в данном слое структуры), процентное влияние которых было анимировано на протяжении 6500 кадров всего анимационного цикла. Несмотря на большое количество объектов-ссылок и общую сложность композиции сцены, получена необходимая ясность компоновки анимации и плавность формообразующих переходов.

II. Температурные слои должны менять свой цвет несколько раз – порядка 12-ти раз в течение преобразования графика. Наложение анимированных карт не дало бы возможности четкой синхронизации перехода формы и перехода цвета.

Использованы анимированные композитные процедурные карты, послойная структура которых позволяет, хоть и весьма трудомко, управлять переходами цвета анимированного слоя. Для анимации цветов карт-слоев создана отдельная анимационная последовательность кадров, совпадающая с анимацией движения температурных слоев. Сложность состояла в неравномерном распределении цветовых переходов в разных температурных слоях, в их неравномерном появлении на экране. Но последовательная тонкая настройка и коррекция на нескольких тестовых рендерах, показавших недостатки, позволила, наконец, выкристаллизовать правильную цветовую последовательность.

III. Показать движение омуля в температурных слоях воды Байкала. Решение задачи тоже не лежало на поверхности. Если бы было предложено анимировать условно 10 объектов-рыб, то совершенно правильно напрашивалось решение Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

поштучной анимации каждого объекта. Однако количество не ограничилось десятком. При необходимости дифференцированной анимации различно ведущих себя групп омуля, числом более 150, мы столкнулись с необходимостью, вопервых, группировки и определения направления движения для каждой отдельной группы. При том рыбы должны двигаться не хаотично, а иметь обоснованное ихтиологами направление, скорость и положение в трехмерном пространстве. Вовторых, была необходима синхронизация движения-миграции рыб с движением температурных слоев воды Байкала по времени и месту. К сожалению, было невозможно воспользоваться ссылочным принципом работы с системами частиц, типа “Облако” – часть рыб просто плавала бы кверху брюхом, поскольку при таком способе нет привязки типа “верх-низ”. Поместить объекты-рыб в условный контейнер показалось достойным решением, но только на первый взгляд.

Статическое положение контейнера не давало возможности гибкой трансформации формы, протяженности косяка. Поэтому было принято решение прибегнуть к принципу “анимации по пути”, когда каждый из объектов-рыб запускается по заданной траектории движения. Одновременно использованы анимации-деформации самого пути, с помощью модификатора FFD, что позволяло изменять форму ссылочного сплайна, для синхронизации с температурным слоем. Цикличность движения объектов-рыб по сплайну компенсировалась движением формы самого сплайна, а возможность продвигать с помощью коэффициента движения отдельных объектов-рыб позволила оживить картинку, создав некоторую видимость живой “хаотичности” плавания. По тому же принципу созданы и циклы анимации голомянки. На рыбах использованы фотографические текстуры, полностью достоверные.

Интересным стало решение с переменой времен года. Эта часть анимации не бросается в глаза, однако трехмерные модели деревьев снабжены листьями, зеленеющими, желтеющими и “опадающими” в соответствии со временем года.

Особенностью выходного видео ролика проекта “Разрез Байкала” стал его нестандартный формат. Для нетипичного разрешения 1080х1920 пикселей нам пришлось привязывать виртуальную камеру к середине фронтального вида по оси z, что лишило нас возможности видеть сцену целиком и корректировать е через камеру. Для корректного отображения картинки в конечном пересчете сцены (рендере) был использован нестандартный подход. Чтобы избежать искажения перспективы, т.е. “зауженности” объектов сцены внизу, все объекты были наклонены на 10 градусов на камеру.

Выводы. 1. Анализ материалов по сезонному распределению омуля позволяет говорить о том, что байкальский омуль – не прибрежная рыба, как считали ранее, а кормовые ресурсы эпипелагиали (верхний 300-метровый слой) глубоководных районов используются им не только в течение одного-двух летних месяцев, а на протяжении всего года.

2. На основе полученных материалов по сезонному распределению омуля была создана модель динамической анимации его сезонных миграций.

Полученный опыт может быть использован при моделировании аналогичных систем.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

Список литературы

1. Верболов В.И. Гидрометеорологический режим и тепловой баланс озера Байкал / В.И.

Верболов, В.М. Сокольников, М.Н. Шимараев – М.-Л., 1965. – 371 с.

2. Верещагин Г.Ю. Основные черты вертикального распределения динамики водных масс на Байкале / Г.Ю. Верещагин // Акад. В.И. Вернадскому, к 50-летию научной и педагогич.

деятельности, II. – Изд-во АН СССР. – 1936. – С. 1207-1230.

3. Кожов М.М. Вертикальное распределение планктона и планктоноядных рыб оз. Байкал / М.М. Кожов // Вопр. Ихтиологии. –1954. – Вып. 2. – С. 7-20.

4. Кожов М.М. Биология оз. Байкал / М.М. Кожов – М.: Изд-во АН СССР. – 1962. – 315 с.

5. Мельник Н.Г. Гидроакустический учет ресурсов байкальского омуля / Н.Г. Мельник, Н.С.

Смирнова-Залуми, В.В. Смирнов и др. – Новосибирск: Наука. – 2009. – 244 с.

6. Мишарин К.И. Байкальский омуль / К.И. Мишарин // Рыбы и рыбное хозяйство в бассейне озера Байкал. – Иркутск. – 1958. – С. 130-287.

7. Сиделева В.Г. Оценка ресурсов байкальского омуля гидроакустическим методом / В.Г.

Сиделева, В.В. Смирнов, Н.С. Смирнова-Залуми и др. // Рыбное хозяйство. – 1996. – № 6. – С. 37Россолимо Л.Л. Температурный режим озера Байкал / Л.Л. Россолимо // Тр. Байкал.

лимнол. ст. АН СССР. – 1957. – 16. – 551 с.

9. Смирнов В.В.. Омули Байкала / В.В. Смирнов, И.П. Шумилов – Новосибирск: Наука. – 1974. – 160 с.

10. Смирнов В.В. Микроэволюция байкальского омуля Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) / В.В. Смирнов, Н.С. Смирнова-Залуми, Л.В. Суханова – Новосибирск: Изд-во СО РАН. – 2009. – 245 с.

11. Смирнова Н.С. Распределение и сезонные миграции посольского омуля / Н.С.

Смирнова // Динамика продуцирования рыб Байкала // Новосибирск: Наука. – 1983. – С. 110Смирнова-Залуми Н.С., Смирнов В.В. Популяции омуля в экосистеме озера Байкал / Н.С. Смирнова-Залуми, В.В. Смирнов // Круговорот вещества и энергии в озерах и водохранилищах. – Иркутск: Ирк. книж. изд-во. – 1973. – С. 92-95.

13. Смирнова-Залуми Н.С. Сезонное распределение омуля (Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) в Байкале / Н.С. Смирнова-Залуми, Н.Г. Мельник, В.В. Смирнов и др. // Advanc. Limnol., 2007, vol. 60, pp. 237-246.

14. Шимараев М.Н. Элементы теплового режима озера Байкал / М.Н. Шимараев – Новосибирск: Наука. – 1977. – 150 с.

References

1. Verbolov V.I., Sokolnikov V.M., Shimaraev M.N. Gidrometeorologicheskij rezhim i teplovoj balans ozera Bajkal [Hydrometheorological conditions and thermal balance of Lake Baikal]. MoscowLeningrad, 1965, 374 p.

2. Vereshchagin G.Yu. Osnovnye cherty vertikal'nogo raspredelenija dinamiki vodnyh mass na Bajkale [Main features of vertical distribution of water in Baikal]. Mosсow, 1936, pp. 1207-1230.

3. Kozhov M.M. Vertikal'noe raspredelenie planktona i planktonojadnyh ryb oz. Bajkal [Vertical distribution of plankton and plankton-feeding fish of Lake Baikal].Vopr.Ikhthiol [Ichthyology]. 1954, no. 1, pp. 7-20.

4. Kozhov M.M. Biologija ozera Bajkal [Biology of Lake Baikal]. Moscow, 1962, 315 p.

5. Melnik N.G., Smirnova-Zalumi N.S., Smirnov V.V. et all. Gidroakusticheskij uchet resursov bajkal'skogo omulja [Hydroacoustic Inventory of the Resources of Baikal omul]. Novosibirsk, 2009, 244 p.

6. Misharin K.I. Bajkal'skij omul' [Baikal omul]. Irkutsk, 1958, pp. 130-287.

7. Sideleva V.G., Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S. et all. Ocenka resursov bajkal'skogo omulja gidroakusticheskim metodom [Estimation of resources of Baikal omul with hydroacoustic method]. Rybnoe hozjajstvo [Fishery management]. 1996, no. 6, pp. 37-38.

8. Rossolimo L.L. Temperaturnyj rezhim ozera Bajkal [Temperature condition of Lake Baikal].

Mosсow, 1957, 552 p.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

9. Smirnov V.V., Shumilov I.P. Omuli Bajkala [Omul of Lake Baikal]. Novosibirsk, 1974, 160 p.

10. Smirnov V.V., Smirnova-Zalumi N.S. and Sukhanova L.V. Mikrojevoljucija bajkal'skogo omulja [Microevolution of Baikal omul]. Novosibirsk, 2009, 245 p.

11. Smirnova N.S. Raspredelenie i sezonnye migracii posol'skogo omulja [Distribution and seasonal migrations of Posolsky omul]. Novosibirsk, 1983, pp. 110-122.

12. Smirnova-Zalumi N.S. and Smirnov V.V. Populjacii omulja v jekosisteme ozera Bajkal [Omul populations in the Lake Baikal ecosystem]. Irkutsk, 1973, pp. 92-95.

13. Smirnova-Zalumi N.S., Melnik N.G., Smirnov V.V., et all. Sezonnoe raspredelenie omulja (Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) v Bajkale [Seasonal distribution of omul (Coregonus autumnalis migratorius (Georgi) in Lake Baikal: implications for acoustics assessment]. 2007, vol. 60, pp. 237-246.

14. Shimarayev M.N. Jelementy teplovogo rezhima ozera Bajkal [Elements of the Thermal condition of Lake Baikal]. Novosibirsk, 1977, 150 p.

Сведения об авторах:

Смирнов Василий Васильевич – доктор биологических наук, главный научный сотрудник.

Байкальский музей ИНЦ СО РАН. (664520, Россия, пос. Листвянка, Иркутская область, ул.

Академическая, 1, тел. +7(3952)453145, e-mail: bmsmirnov@mail.ru).

Смирнова-Залуми Наталья Сергеевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник. Лимнологический институт СО РАН. (664520, Россия, пос. Листвянка, Иркутская область, ул. Академическая, 1, тел. +7(3952)453145, e-mail: e-mail: kir@lin.irk.ru).

Маслюков Василий Сергеевич – главный специалист по ГИС и Web-технологиям.

Байкальский музей ИНЦ СО РАН. (664520, Россия, пос. Листвянка, Иркутская область, ул.

Академическая, 1, тел. +7(3952)453145, e-mail: vasyamas@gmail.com).

Мельгунова Инна Валентиновна – художник компьютерной графики. Байкальский музей ИНЦ СО РАН. (664520, Россия, пос. Листвянка, Иркутская область, ул. Академическая, 1, тел.

+7(3952)453145, e-mail: inna_melgunova@list.ru).

Information about the authors:

Smirnov Vasily Vasilievich – Ichtiologist, Sc.D. in Biology, Chief Scientific Officer of the Baikal Museum of Irkutsk Science Center, SB RAS. (1, Akademicheskaya st., Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel. +7(3952)453145, e-mail: bmsmirnov@mail.ru).

Smirnova-Zalumi Natalia Sergeevna – Ichthyologist, Ph.D. in Biology, Senior Researcher of the Limnological Institute of the Russian Academy of Science. (1, Akademicheskaya st., Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel. +7(3952)490168, e-mail: kir@lin.irk.ru ).

Maslyukov Vasily Sergeevich – senior specialist in GIF and Web-Technology at the Baikal Museum of Irkutsk Science Center, SB RAS. (1, Akademicheskaya st., Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel. +7(3952)453145, e-mail: bmm@isc.irk.ru ).

Melgunova Inna Valentinovna – computer graphics artist at the Baikal Museum of Irkutsk Science Center, SB RAS. (1, Akademicheskaya st., Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel.

+7(3952)453145, e-mail: inna_melgunova@list.ru ).

–  –  –

Cretaceous, about 120-135 Ma ago. In the past decades, a large amount of exquisite fossils of this biota has been found, including the feathered dinosaurs Sinosauropteryx, primitive birds Confuciuornis, early mammals Eomaia, the earliest known flowering plants Archaefructus, associated with various amphibians, reptiles, fish, bivalves, ostracods, conchostracans, and insects, which are mainly recorded in the Yixian Formation of western Liaoning, NE China (ca. 125-135 Ma). The new discoveries of the earliest well-documented records of angiosperms such as Archaefructus, as well as Hyrcantha decussata and Leefructus, provided fresh knowledge for a possible aquatic origin of angiosperms, and some new hypotheses such as “The Asian centre of angiosperm origin”, and “Early acceleration of angiosperm evolution” were suggested, which put forward the study of angiosperm origin and early evolution in progress.

Key words: advance; study; Jehol Biota; early angiosperms; NE China.

–  –  –

Джехольская биота является древней и уникальной биотой Северо-Восточной Азии раннего мела, около 120-135 млн. лет назад. В последние десятилетия было обнаружено большое количество тонких окаменелостей этой биоты, в том числе пернатых динозавров Sinosauropteryx, примитивных птиц Confuciuornis, ранних млекопитающих Eomaia, самого раннего из известных цветковых растений Archaefructus, ассоциированных с различными амфибиями, рептилиями, рыбами, такими двустворчатыми моллюсками, как остракоды и конхостраки, и насекомыми, которые, в основном, зафиксированы в формации Исянь западной провинции Ляонин, Китай NE (125-135 млн. лет). Последние открытия древнейших хорошо документированных отпечатков покрытосеменных растений, таких как Archaefructus, а также Hyrcantha decussata и Leefructus, предоставили данные новых выводов о возможном водном происхождении покрытосеменных, а также некоторых новых гипотез, таких как “Азиатский центр происхождения покрытосеменных” и “Раннее ускорение эволюции покрытосеменных”, которые продвинули вперед исследования происхождения покрытосеменных и ранней эволюции.

Ключевые слова: достижение, исследования, Джехольская биота, ранние покрытосеменные; Северо-восточный Китай.

1. Introduction. The Jehol Biota which is an ancient and unique biota living in Northeast Asia, covering NE China, eastern Mongolia, Korean Peninsula, even a part of Transbaikal region of Russia during Early Cretaceous, about 120-135 million years ago (Figs. 1, 2). In the past decades, a large amount of exquisite fossils of this biota has been found, represented by the feathered dinosaurs Sinosauropteryx and Microraptor, primitive birds Confuciuornis (Fig. 3), early mammals Zhangheotherium and Eomaia (Fig. 4), and the earliest known flowering plant.

Archaefructus, Hyrcantha and Leefructus, associated with various amphibians, reptiles, fish, bivalves, ostracods, conchostracans, insects, etc. which are mainly recorded in the Yixian- and Jiufotang formations of western Liaoning, Northeast China [3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 17, 18, 19, 20].

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

Up to now, over 30 species of 25 genera of fossil birds have been found, representing the first rapid diversification in avian early evolution. The exquisitely preserved feathered theropod Sinosauropteryx has provided convincing evidence for the birds originated from dinosaurs. Numerous pollinating insects provide the co-evolution of early insects with early flowering plants.

–  –  –

The discovery of the earliest known angiosperms, Archaefructus, and the hypothesis “The Asian centre of angiosperm origin” put forward the study of angiosperm origin and early evolution in progress. All the new discoveries in the Jehol Biota from the East Asia indicate that the Biota was probably living a warm and luxurious ecological environment during the Early Cretaceous, which brought us better understanding of evolution of the organisms and their geological background in this region.

Fig.4 – Early mammals: Eomaia (left, reconst.), and Juchilestes(right)

2. Recent advance in study of early angiosperms. The angiosperms (flowering plants) represent the most diverse and widely distributed group in the plant kingdom today, consisting of over 300.000 species in the world. However, the origin of flowering plants and their early diversity have been a puzzle for about 150 years, for which Charles Darwin (1879) called it as “an abominable mystery” [4]. The time, place and nature of the origin of the angiosperms have intrigued scientists, and the lack of a complete resolution to these questions causes them to continue to search for answers.

2.1. New discoveries of early angiosperms. The recent discoveries of the early angiosperms in the Jehol Bota in China has helped us to begin to solve the above mystery. During 1998-2002, the earliest known angiosperm megafossils, Archaefructus (including A. liaoningensis and A. sinensis), were found from the lower Yixian Formation (ca.125-130 Ma) in Beipiao and Lingyuan of western Liasoning, China, respectively [16, 18] (Figs. 5, 6).

–  –  –

Archaefructus has simple axillary determinate axes bearing helical conduplicate carpels enclosing several ovules in each.

Fig.6 – Archaefructus sinensis. left: holotype, mid: reconstruction; right: paper cover (2002) The axes bearing helical carpels, paired stamens containing monosulcate pollen, which characters set Archaefructus apart, as basal to all other basal angiosperms. On the other hand, their simple root system, delicate stems bearing highly dissected leaves and absence of perianth, imply Archaefructus as aquatic and herbaceous in nature. Moreover, the phylogenetic study with combined multiple genes and morphological characters supports Archaefructus as one of the “basal angiosperms” and a sister taxon to all extant flowering plants including the “ANITA” group (Amborella, Nymphaeales, Illicium, Tricolpates and Austrobaileya) [18] (Fig. 7).

Fig. 7 – Consensus cladogram of most parsimonious trees for analysis of 173 living taxa of seed plants, plus the fossil Archaefructus (after Sun et al., 2002) The other discoveries of the early angiosperms including Hyrcantha decussata (=Sinocarpus decussatus) [6, 13] and Leefructus [20] from western Liaoning (Fig. 8), both show the primitive characters for the early evolution of the flowering plants, also.

Besides, some studies of early angiosperm pollen from the lower Yixian Formation in the western Liaoning, are also in progress. Wang et al. [23] reported three types of early Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

angiosperm pollen, including inaperturate-, protomonosulcate- and prototricolpate pollen grains.

–  –  –

2.2. Considerations of a possible aquatic origin of angiosperms. For over a century, most paleobotanists and botanists have considered that angiosperms probably had a terrestrial origin such as shrubby, land-herbaceous, even tree-like woody plants.

However, the recent unexpected findings of Archaefructus and other early angiosperms from NE China suggest the possibility of aquatic origin for angiosperm origins though the terrestrial origin is still not excluded in these considerations [18, 20]. Archaefructus has long and slender stems bearing highly dissected and thin leaves and the reproductive axes are long then thin, terminating in comparatively heavy follicles (carpels), which would most probably require water supporting them just above the surface of the water especially during flowering, pollination and seeds dispersal (Fig. 9). The characters may appear to be similar to some extant aquatic angiosperms, e.g. Cabombaceae in the Nymphales [18]. It was suggested that Archaefructus may have two aquatic habits, including one living in medium shallow water such as A. sinensis as its larger size suggests, and the other species probably living very near the lake bank in very shallow water as the smaller size of A. liaoningensis might suggest [22].

–  –  –

2.3. Hypothesis of the Eastern Asian origin of angiosperms. For nearly a century many paleobotanists have considered the low latitude tropical areas of the world as the place of origin or the center of dispersal for ancient angiosperms. This is based on the fact that some extant “basal” flowering plant families live in tropical regions, e.g.

Magnoliaceae, possess more or less primitive characters of angiosperms [1, 2, 21] (Axelrod 1959; Takhtajan, Takhtajan 1969; Burger, 1990). However, since the earliest known angiosperms, e.g. Archaefructus, etc. with very primitive characters of ancient angiosperms, are found in western Liaoning and its neighboring areas in the East Asia at northern middle latitudes, logically then the place of origin (or one of the places) with the earliest diversification of ancient angiosperms should include western Liaoning in East Asia. Sun et al. [16, 18] proposed the hypothesis “Eastern Asian origin of angiosperms” which indicates that the ancient angiosperms might first occur at the middle latitudes of East Asia, (covering the territory of western Liaoning, mid-eastern Monglolia, and maybe Russian Baikalia and Far-East). This region probably contained some difficult paleoenvironmental challenges under which plants might live, such as volcanic activity, arid or semiarid climates, often isolating plant populations during preCretaceous time [17, 18]. These data mentioned above provided new perspectives for the study of angiosperm origins.

2.4. Early acceleration of angiosperm evolution (EAAE). Over a century, a common concept for the rapid radiation of early angiosperms is happened during the mid-Cretaceous time (112-100 Ma), such as in Portugal, Potomac of US, and Dalazi of Jilin, China. However, during the last decade, the several taxa of the early angiosperms have been found from the lower-middle Yixian Formation in NE China, such as Archaefructus liaoningensis (ca.125-127 Ma), and Archaefructus sinensis and Hyrcantha decussata, associated with the earliest known eudicot megafossil Leefructus (ca.124-125 Ma). The occurrences of four taxa of early angiosperms reveal that the early flowering plants, must have experienced an earlier, perhaps rapid, evolution and diversification (i.e. a rapid radiation or “burst”) preceeding the Yixian Formation time, which is earlier than the previous idea of the early angiosperm radiation by about 10-15 Ma.

Currently an estimate for the origin and diversification of this major clade of flowering plants is based upon molecular analysis. While the newly found fossil data from NE China suggest ages 10-15 Ma prior to the date suggested by molecular analysis. The eudicot pollen Prototricolpites was described from the Jianshangou Bed (125.2-127.4 Ma) of the Yixian Formation which extends both the age and distribution of the basal eudicots. In order to emphasize this rapid evolution the author and his research group have suggested the hypothesis of the Early Acceleration of Angiosperm Evolution (EAAE) for the flowering plants, occurred before 125 Ma. The early acceleration (radiation) in the evolution of the early angiosperms was probably caused by an increased variety of insect pollinators, and by the paleoclimatic and paleoenvironmental changes during the early Early Cretaceous. These pollinators must have transferred to the new angiospermous plants for sources of pollen and nectar easily and rapidly [14, 15, 20].

The authors would thank Dr. S. Anisimova (IEC, SB RAS) for encouraging this paper contributed and giving editorial assistance for the manuscript. Many thanks are also to Prof. D.L.Dilcher, (IU, US) and Prof. S.L Zheng (SGSC, China) for their contributions to this study. Thanks are extended to the Project 111 of China (No. B6008) for their financial support.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

БИОЛОГИЯ. ОХРАНА ПРИРОДЫ

References

1. Axelrod D. I. Poleward migration of early angiosperm floras. Science, 1959, vol. 130, pp. 203Burger D. Early Cretaceous angiosperm from Queesland, Australia. Rev. Palaeobot. Palyn., 1990, vol. 65, pp. 153-163.

3. Chen P J, Dong Z M, Zhen S N. An exceptionally well-preserved theropod dinosaur from the Yixian Formation of China. Nature, 1998, vol. 391, pp. 147-152.

4. Darwin F, Seward A C. More letters of Charles Darwin. London: John Myrray, 1903. pp. 20Dilcher D L. Toward a new synthesis: major evolutionary trends in the angiosperm fossil record. Proc. Nat. Amer. Sci, USA, 2000. vol. 97(13). pp. 7030-7036.

6. Dilcher D.L., G. Sun, Q. Ji, H.Q. Li. An early angiosperm Hyrcantha decussata (com. nov.) from northeastern China. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007. vol. 104. pp. 9370-9374.

7. Hu Y M, Wang Y Q, Luo Z X, Li C K. A new symmetrodont mammal from China and its implications for mammalian evolution. Nature, 1997. vol. 390(6656). pp. 137-142.

8. Hu Y M, Meng J, Wang Y Q, Li C K. Large Mesozoic mammals fed on young dinosaurs.

Nature, 2005. vol. 433. pp. 149-152.

9. Hou L H, Zhou Z H, Gu Y, Zhang H. Description of Confuciusornis sanctus. Chinese Science Bulletin, 1995. vol. 10. pp. 61-63.

10. Ji Q, Ji S A. On discovery of the earliest bird fossil in China and the origin of birds. Chinese Geology, 1996. vol. 10(233). pp. 30-32.

11. Ji Q, Luo Z X, Ji S A. A Chinese triconodont mammal and mosaic evolution of the mammalian skeleton. Nature, 1999. vol. 398(6725). pp. 326-330.

12. Ji Q, Luo Z X, Yuan C X, Wible J R, Zhang J P, Georgi J A. The earliest known eutherian mammal. Nature, 2002. vol. 416(6883). pp. 816-822.

13. Leng Q, Friis E M. Sinocarpus decussatus gen et sp. nov., a new angiosperm with basally symcarpous fruits from the Yixian Formation of Northeast China. Plant Syst. Evol., 2003. vol. 241. pp.

77-88.

14. Ren D. Flower-associated Brachycera flies as fossil evidence for Jurassic angiosperm origins.

Science, 1998. vol. 280. pp. 85-88.

15. Ren D. Nonmarine Jurassic strata and Neuropteran assemblages from NE China.

Mahasarakham Univ J., 2003. vol. 22(spec.). pp.253-255.

16. Sun G. Eastern Asian centre of angiosperm origin. Proc. 1st Int’l Symp. Geoenvir. Chang.

Biodivers. NE Asia, Seoul., 1998. pp. 245-253.

17. Sun G, Dilcher D L, Zheng S L, Zhou Z K. In search of the first flower: a Jurassic angiosperm, Archaefructus, from Northeast China. Science, 1998. vol. 282. pp. 1692-1695.

18. Sun G, Ji Q., Dilcher D L, Zheng S L, Nixon K., Wang X.F. Archaefructaceae, a new basal angiosperm family. Science, 2002. vol. 296. pp. 899-904.

19. Sun G., Zheng S.L., Dilcher D L, Wang Y.D., Mei S.W. Early angiosperms And their associated plants from western Liaoning, China. Shanghai Sci. Techn. Educ. Publ. House, 2001. vol. 1.

227 P.

20. Sun G, Dilcher D.L., Wang H.S., Chen Z.D. An eudicot of Early angiosperms from China.

Nature, 2011. vol. 1234. pp. 1156-1159.

21. Takhtajan A. Flowering plants. Origin and dispersal. Edingburgh: Oliver & Boyd., 1969. vol.

1. 135 P.

22. Terada K, Nishida H, Sun G. 3D models of two species of Archaefructus, one of the earliest angiosperms, reconstructed taking account of their ecological strategies. Mem Fukui Pref Dinosaur Mus., 2005. vol. 4. pp. 35-44.

23. Wang X Z, Ren D, Wang Y F. First discovery of angiosperm pollen from Yixian Formation of western Liaoning. Act Geol Sin, 2000. vol. 74 (3). pp. 265-272.

–  –  –

Huanghe Str. 253, tel.:+862486593169, fax:+862486593116, mobile: 13998895209, sunge@synu.edu.cn, sunge@jlu.edu.cn).

Zhang Yi – Associate Professor, Doctor of Paleobotany, Head of Division of Paleontology, College of Paleontology, Shenyang Normal University (110034, Shenyang, China, North Huanghe Str. 253, tel.:+862486593186, fax:+862486593116, zhangyihzlmh@163.com).

Yang Tao – Lecturer, Doctor of Paleobotany, College of Paleontology, Shenyang Normal University.

(110034, Shenyang, China, North Huanghe Str. 253, tel.:+862486598595, fax:+862486593116, monster.yang@yahoo.com.cn).

Сведения об авторах:

Сун Ге – профессор, доктор палеоботанических наук, директор палеонтологического музея в провинции Ляонинь в Китае, декан палеонтологического колледжа. Шеньянский педагогический университет. (110034, Китайская народная республика, Шеньян, улица Северная

Хуанхэ, 253, тел. +862486593169, факс. +862486593116, моб. 13998895209, e-mail:

sunge@synu.edu.cn, sunge@jlu.edu.cn) Жанг Уи – доцент, доктор палеоботанических наук, глава кафедры палеонтологии палеонтологического колледжа. Шеньянский педагогический университет. (110034, Китайская Народная Республика, Шеньян, улица Северная Хуанхэ, 253, тел. +862486593186, факс.

+862486593116, e-mail: zhangyihzlmh@163.com) Янг Тао – лектор, доктор палеоботанических наук, палеонтологический колледж, Шеньянский педагогический университет. (110034, Китайская народная республика, Шеньян, улица Северная Хуанхэ, 253, тел. +862486598595, факс. +862486593116, e-mail: monster.yang@yahoo.com.cn)

–  –  –

В статье представлены результаты использования комплексной методики компьютерного моделирования геологических явлений и процессов в терминах конструктивных схем объектноориентированного подхода (ООП), используемого в создании современных компьютерных программных средств. Моделируемые явления и процессы описаны в виде совокупности взаимосвязанных характеристик (свойств, событий, методов), для которых определены критерии оценки - параметры корректности моделей.

Рассмотрены этапы комплексного моделирования:

геометрический, физический, физико-химический и динамический. Методика использована при создании модели коллизии литосферных плит и модели магматогенно-гидротермальной системы.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, геологические явления, объектноориентированный подход.

–  –  –

The report shows a complex method of computer modeling of geological phenomena and processes presented in terms of constructive schemes of the concept of the object-oriented approach (OOA), used in the creation of modern computer software. From the position of the OOA the report shows representation of the modelled phenomenon or process in the form of a set of interconnected characteristics (properties, events, and methods), on the basis of which the criteria for evaluation (parameters of the model correctness) are determined. The stages of complex simulations: geometrical, physical, physical-chemical and dynamic are considered. Application of the method is shown by examples of models of lithospheric plates collision and model of magmatogenic-hydrothermal system.

Key words: computer modeling, geological phenomena, object-oriented approach.

Процессы формирования и развития реальных геологических объектов обусловлены многостадийными превращениями веществ, кинетические характеристики которых не всегда известны с достаточной степенью надежности и достоверности. В связи с этим построение детерминированной модели в рамках изначально заданной системы дифференциальных уравнений с учетом всего многообразия обратимых и необратимых физических и химических взаимодействий на существующем уровне познания не представляется возможным.

В то же время наибольшие успехи в построении моделей природных процессов получены с помощью методов термодинамического моделирования, которые позволяют производить расчет компонентного и фазового состава моделируемых систем без рассмотрения траекторий перехода систем в конечное Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

равновесное состояние [5]. Дальнейшее развитие методов термодинамического моделирования в геологии направлено на преодоление главного ограничения аппарата химической термодинамики – отсутствие пространственно-временных координат – и связано с разработкой подходов, объединяющих динамические и физико-химические модели в рамках единых вычислительных схем [10].

В настоящей работе показана комплексная методика компьютерного моделирования, представленная в терминах конструктивных схем концепции объектно-ориентированного подхода (ООП), используемого в создании современных компьютерных программных средств.

Материалы и методы. Компьютерные и математические модели реальных геологических объектов должны отображать основные закономерности поведения исследуемого природного прототипа и использовать максимальное количество известных, экспериментально определенных или предполагаемых, эмпирических характеристик.

Материалом для исследования (в нашем случае, моделирования) служит природный объект, под которым будем понимать совокупность характеристик рассматриваемого явления.

Каждый объект имеет следующие характеристики:

– свойства – размеры, цвет, положение в пространстве и т.д.;

– методы – способы изменения свойств объекта;

– события – внешние воздействия, на которые объект может реагировать определенными для него методами.

Конкретный набор характеристик объекта, учитываемых при построении модели, зависит от направления исследования (так называемый принцип абстрагирования в ООП). Итак, построение модели объекта – это описание необходимых свойств, потенциальных событий и методов, которыми объект будет реагировать на эти события. В идеале необходимо стремиться к тому, чтобы модель была наиболее приближена к исследуемому природному прототипу на основе учета максимального количества его характеристик. Однако на практике, безусловно, всегда неизбежна потеря или недостаток информации, приводящие, в определенной мере, к упрощению модели.

Следовательно, точность и полнота модели определяется отношением учтенных характеристик к их общему количеству и может быть оценена тремя параметрами, характеризующими ее корректность: описательным, событийным и функциональным.

Допустим, что физический (природный) объект обладает множеством свойств P {1…p} и множеством событий E {1…e}, на которые он может реагировать множеством методов M {1…m}. Модель этого объекта может учитывать не более pm свойств, em событий и mm методов, где, как правило, pmp, eme и mmm. Тогда описательная корректность модели KP, равная отношению pm/p учтенных в модели свойств к их реальному количеству, будет определять статическое соответствие модели реальному объекту. Событийная корректность KE = em/e оценивает в модели учет влияния внешних факторов, а функциональная корректность KM = mm/m позволяет оценить соответствие динамики модели поведению реального объекта (эволюции объекта). Стремление Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

параметров корректности к единице свидетельствует о том, что сложность модели приближается к сложности природного объекта.

На основе ООП базируется комплексная методика компьютерного моделирования [2], которая позволяет максимально увеличить величины параметров корректности на этапе перехода от эмпирической модели к компьютерной и рассматривать природное явление или процесс как целостный объект; как совокупность нескольких разнотипных объектов – зон (принципиальных природных обособлений в составе моделируемого явления или процесса); как совокупность множества однотипных объектов (подсистем в системе моделируемого природного явления или процесса).

Методика включает в себя четыре взаимосвязанных этапа моделирования:

геометрический, физический, физико-химический и динамический.

Геометрический этап. Начальным этапом создания модели является разработка геометрической схемы, которая наглядно передает свойства объекта как в пространственном, так и в понятийном аспекте, обеспечивая высокий уровень описательной корректности. При создании геометрической схемы соблюдается определенная последовательность действий. Во-первых, выбор геометрической размерности модели. Во-вторых, определение конечного количества подсистем модели, как мегасистемы [5]. Геометрические соотношения между подсистемами также необходимо предусмотреть. В-третьих, для соблюдения соответствия модель-объект на макроуровне, необходимо произвести дискретизацию пространства, разделив все имеющееся модельное пространство на зоны, состоящие из конечного количества подсистем. Данные зоны должны соответствовать принципиальным природным обособлениям в составе моделируемого объекта.

Физический этап предусматривает расчет физических параметров каждой подсистемы, а также физические аспекты взаимодействия подсистем между собой. Рассмотрим суть физического этапа на примере моделирования тепломассопотоков в гидротермальной системе. Набор физических характеристик подсистем в этом случае должен включать массу, плотность, объем, пористость, а также теплофизические свойства их сред. Начальными и граничными условиями физического этапа являются начальные градиенты температуры и давления, проницаемость границ и режим теплообмена подсистем и модели в целом и т.д. В качестве расчетных параметров, как правило, выступают температура и давление.

Предлагается следующий метод расчета распределения температурных полей в двумерном модельном пространстве. Вначале на основе стандартных дифференциальных уравнений рассчитывается кондуктивная составляющая теплопереноса [1]. Коэффициент теплопроводности при температуре T для пород магматического состава можно рассчитывать по зависимости Тихомирова [7]. Для расчета теплоемкостей подсистем удобно использовать стандартное ступенчатое уравнение, описывающее зависимость теплоемкости от температуры T [9]. При расчетах необходимо учитывать поправку на изменение теплоемкости, обусловленную эффектом разупорядочения в зависимости от температуры для подсистем, содержащих ряд минералов, таких как калиевый полевой шпат, доломит, геленит [9]. При необходимости после расчета стационарного Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

кондуктивного распределения температуры можно перейти к расчету конвективного теплопереноса, имеющего место при движении поровых растворов. Для пористой водонасыщенной среды система дифференциальных уравнений, описывающих процессы конвективного теплопереноса, однозначно определена в работах [8]. Для ее решения необходимо задать соответствующие начальные и граничные условия и использовать численные методы, позволяющие рассчитать значения искомых функций в каждой подсистеме модельной плоскости. В нашем случае для численной реализации поставленной задачи можно использовать абсолютно устойчивый локально-одномерный метод решения [8] с последующим методом установления с нижней релаксацией [6].

Литостатическое давление в моделируемых подсистемах можно рассматривать как линейную функцию количества геометрически вышележащих подсистем и плотностей их сред. Гидростатическое давление раствора (флюида) входит в набор учитываемых физических величин в случае наличия в составе подсистемы протяженных по вертикали трещин, где раствор находится в объемной фазе, и рассчитывается аналогично.

Физико-химический этап предусматривает расчет исходных равновесных составов подсистем, которые рассматриваются как физико-химические резервуары, изначально не взаимодействующие друг с другом. Входными данными для таких расчетов будут являться рассчитанные на предыдущем этапе температура и давление в каждом резервуаре, а также набор и концентрации независимых компонентов. Список независимых компонентов формируется, исходя из общей тематики моделирования. За основу принимается набор основных петрогенных элементов, входящих в состав оксидов стандартного силикатного анализа с добавлением компонентов, поведение которых необходимо исследовать в модели. Концентрации независимых компонентов каждой зоны (вектор b) определяются следующим образом. Сначала выбирается соответствующий зоне эмпирический вещественный состав, полученный в результате анализов проб или по литературным данным.

В случае моделирования глобальных объектов (например, в случае геодинамических моделей) необходимо выбирать наиболее общий исходный состав (статистически усредненный из представительной выборки). В случае же построения модели локального геологического объекта с достаточно хорошо изученным вещественным составом, последний должен быть отражен наиболее полно. К базовому составу добавляются содержания необходимых в модели компонентов в той химической форме, в какой они анализировались. Если температура и давление каждой подсистемы индивидуальны, то набор независимых компонентов должен быть постоянным для всей мегасистемы в целом, тогда как их концентрациями можно варьировать, исходя из принятых химических составов выбранных зон.

Расчет равновесных составов резервуаров предлагается производить методом минимизации потенциала Гиббса – G(T, P) на основе программного обеспечения, содержащего достаточно полные базы термодинамических данных зависимых компонентов, необходимых в модели. В качестве программного средства, реализующего физико-химический аспект моделирования, оптимален программный комплекс “Селектор” [5, 9], с помощью которого доступно решение Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

широкого круга задач, связанных с изучением физико-химических процессов в геологии, геохимии, петрологии и других областях. Результатом этого этапа моделирования должны являться расчетные равновесные химические составы каждого резервуара (подсистемы).

Динамический этап. Начальными и граничными условиями на этом этапе являются элементы дискретизации временной области. Главное из рассматриваемых событий при исследовании динамики объекта – это временные изменения, поэтому в первую очередь важно предусмотреть методы объекта как функции вектора времени. При этом учитываемые методы можно разделить на две категории по масштабу приложения: межзонные методы, контролирующие изменение свойств зон модели, и межрезервуарные методы, описывающие взаимодействие резервуаров и изменение их свойств.

При определении межзонных методов должен соблюдаться принцип полиморфизма (в ООП – наличие одинакового интерфейса объектов в системе), реализуемый в нашем случае через общие свойства объектов.

В межрезервуарных методах должен реализоваться принцип однотипности взаимодействия подсистем между собой вне зависимости от внутренних свойств подсистем (принцип инкапсуляции в ООП).

Результаты и их обсуждение. В качестве примера применения межзонных методов рассмотрим 2D-модель коллизии литосферных плит. В основу идеи модели заложено простое распределение поступающего с движением плиты вещества в виде четырех зон (рис.

1):

- треугольной верхней (гора, зона 1);

- треугольной нижней (погружаемая в мантию часть, зона 2);

- треугольной правой (сносимый с горы материал, зона 3);

- прямоугольной центральной (мощность движущейся плиты).

Модельная система симметрична относительно оси c, поэтому можно рассматривать только полуплоскость. Если скорость движения плиты равна U, то площадь S поступающего за период времени t плитного вещества равна S a M, где a U t и M – мощность плиты.

Общими свойствами объектов (зон) будут исключительно размеры сторон фигур: H, D, L, F и B, поэтому только их и можно изменять при моделировании динамики взаимодействия данных объектов. Напротив, исходная мощность плиты (свойство M) не является общим свойством, следовательно, изменяться она не должна.

Примером применения межрезервуарных методов может служить модель массопереноса в магматогенно-гидротермальной системе [3, 4]. Модель имеет вид проточного физико-химического реактора (рис. 2) с расчетным начальным равновесным магматическим флюидом, который в процессе линейного движения просачивается через конечное число резервуаров, каждый из которых имеет собственный химический состав, температуру и давление. Модель может усложняться притоком внешнего вещества в некоторые резервуары. Вне зависимости от внутренних свойств отдельных резервуаров от одного резервуара к другому или из внешней среды в резервуар передается одна и та же группа Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

подвижных фаз “раствор + газ” (один метод взаимодействия). Заметим, что значения свойств группы подвижных фаз (масса, объем, состав, наличие или отсутствие одной из фаз) могут быть разными, но набор свойств – одинаков.

–  –  –

Рисунок 2 – Схема массопереноса в модели магматогенно-гидротермальной системы (проточный реактор). МО – магматический очаг; Р1, Р2, …, РN – физико-химические резервуары; ФИ – исходный флюид, равновесный с веществом очага в его P-T условиях; ФК

– конечный флюид на выходе из последнего резервуара; ФП – привносимое в некоторый резервуар внешнее вещество Выводы. 1. Объектно-ориентированный подход к компьютерному моделированию природных явлений диктуется, во-первых, универсальностью представленной методики в отношении любого объекта, независимо от его природы и поведения, во-вторых, максимальным удобством в визуализации Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

модели и, в-третьих, полной “совместимостью” с концепцией современного программирования.

2. Особое внимание, несомненно, нужно уделять динамике моделей (применению принципов полиморфизма и инкапсуляции), что успешно показано на примерах параметрической модели коллизии литосферных плит и многорезервуарной модели магматогенно-гидротермальной системы.

Список литературы

1. Аверкин И.А. Динамика массообмена в гидротермальных системах на температурном геохимическом барьере // И.А. Аверкин, В.Н. Шарапов – Новосибирск: ИГИГ. – 1986. – 46 с.

2. Васильев В.И. Комплексное компьютерное моделирование геологических объектов на примере разреза зоны субдукции // В.И. Васильев, К.В. Чудненко К.В., Н.С. Жатнуев, Е.В.

Васильева // Геоинформатика. – 2009. – №3. – C. 15-30.

3. Васильев В.И. Массоперенос и минералообразование в магматогенно-гидротермальных системах по результатам численного физико-химического моделирования // В.И. Васильев, Н.С.

Жатнуев, С.Н. Рычагов, Е.В. Васильева, Г.Д. Санжиев // Литосфера. – 2010, №3. – C. 145-152.

4. Жатнуев Н.С. Влияние реологических свойств земной коры на локализацию рудообразующих гидротермально-магматических систем // Н.С. Жатнуев, С.Н. Рычагов, В.И.

Васильев, Е.В. Васильева // Вулканология и сейсмология. – 2012 – №3. – С. 59-72.

5. Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии // И.К. Карпов – Новосибирск: Наука. – 1981. – 247 с.

6. Тарунин Е.Л. Численный эксперимент в задачах свободной конвекции // Е.Л. Тарунин – Иркутск: ИГУ. – 1990. – 223 с.

7. Теплофизические свойства горных пород – М.: Недра. – 1987. – 156 с.

8. Тихонов А.Н. Уравнения математической физики // А.Н. Тихонов, А.А. Самарский – М.:

Наука. – 1975. – 735 с.

9. Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии. // К.В. Чудненко – Новосибирск: ГЕО. – 2010. – 287 с.

10. Шарапов В.Н. Геокатализ и эволюция мантийно-коровых магматогенных флюидных систем // В.Н. Шарапов, К.Г. Ионе, М.П. Мазуров, В.М. Мысов, Ю.В. Перепечко Ю.В. – Новосибирск: ГЕО. – 2007. – 192 с.

References

1. Averkin I.A., Sharapov V.N. Dinamika massoobmena v gidrotermal'nyh sistemah na temperaturnom geohimicheskom bar'ere [Dynamics of mass transfer in hydrothermal systems on the temperature geochemical barrier]. Novosibirsk, 1986, 46 p.

2. Vasiliev V.I., Chudnenko K.V., Zhatnuev N.S., Vasilieva E.V. Kompleksnoe komp'juternoe modelirovanie geologicheskih ob'ektov na primere razreza zony subdukcii [The computer modeling of geological objects by the example of subduction zone profile]. Geoinformatika [Geoinformatics]. 2009, no.3, pp. 15-30.

3. Vasiliev V.I., Zhatnuev N.S., Rychagov S.N., Vasilieva E.V., Sanzhiev G.D. Massoperenos i mineraloobrazovanie v magmatogenno-gidrotermal'nyh sistemah po rezul'tatam chislennogo fizikohimicheskogo modelirovanija [Mass-transfer and mineral formation in magmatogene-hydrothermal systems by result of the numerical physical-chemical modeling]. Lithospere [Lithosphere]. 2010, no.3, pp. 145-152.

4. Zhatnuev N.S., Rychagov S.N., Vasiliev V.I., Vasilieva E.V. Vlijanie reologicheskih svojstv zemnoj kory na lokalizaciju rudoobrazujushhih gidrotermal'no-magmaticheskih sistem [The influence of rheologic crustal properties of the crust on the location of the ore-forming hydrothermal magmatic systems]. Volcanology and sejsmology [Proceedings and seismology]. 2012, no.3, pp. 59-72.

5. Karpov I.K. Fiziko-himicheskoe modelirovanie na JeVM v geohimii [Physical-chemical modeling on the electronic computer in geochemistry]. Novosibirsk, 1981, 247 p.

6. Tarunin E.L. Chislennyj jeksperiment v zadachah svobodnoj konvekcii [Numerical experiment Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

in problems of free convection]. Irkutsk, 1990, 223 p.

7. Teplofizicheskie svojstva gornyh porod [Thermophysical properties of rocks]. Moscow, 1987, 156 p.

8. Tihonov A.N., Samarsky A.A. Uravnenija matematicheskoj fiziki [Equations of mathematical physics]. Moscow, 1975, 735 p.

9. Chudnenko K.V. Termodinamicheskoe modelirovanie v geohimii [Thermodynamic modeling in geochemistry]. Novosibirsk, 2010, 287 p.

10. Sharapov V.N., Ione K.G., Mazurov M.P., Mysov V.M., Perepechko J.V. Geokataliz i jevoljucija mantijno-korovyh magmatogennyh fljuidnyh sistem [Geocatalysis and evolution of the mantle-crust magmatic fluid systems]. Novosibirsk, 2007, 192 p.

Сведения об авторе:

Васильев Владимир Игоревич – кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник лаборатории геодинамики. Геологический институт СО РАН. (670047, Россия, УланУдэ, ул. Сахьяновой, 6а, тел. 89021625994, e-mail: geovladi@mail.ru).

Information about the author:

Vasiliev Vladimir Igorevich – Ph.D., researcher of the Laboratory of geodynamics. Geological Institute, Siberian branch of the Russian Academy of Sciences. (6а, Sakhyanovoi, Ulan-Ude, Russia, 670047, tel. 89021625994, e-mail: geovladi@mail.ru).

–  –  –

Выставочная деятельность биологического отдела Музея БНЦ СО РАН позволяет значительно дополнить разделы действующей экспозиции, активней демонстрировать фондовые коллекции и сотрудничать с другими музеями и организациями.

Успех и восприятие любой экспозиции – в убедительной аргументации и доступной информации. Жизненность и долговечность музея должна проявляться в том, что музейные предметы необходимо рассматривать не только как предмет пассивного созерцания, но и как материал для активного наблюдения и опыта в самых различных экспозициях.

Ключевые слова: музей, музейный предмет, музейная экспозиция, цифровые технологии, коммуникация.

–  –  –

Exhibition activity of biological department of the museum can significantly supplement the existing sections of the exposition, the active display stock collection and collaborate with other museums and organizations.

The success and the perception of any exposure to the persuasive arguments and information available. The vitality and longevity of the museum should be manifested in the fact that museum exhibits should be viewed not only as an object of passive contemplation, but also as a material for active observation and experience in a variety of exposures.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Key words: the Museum, a Museum exhibit, the Museum exposition, digital technology, communication.

Создание единого экспозиционно-информационного пространства с новым витринным, световым, цифровым и звуковым оборудованием – цель наших исследований.

Материалы и методы. Биологический фонд музея Бурятского научного центра Сибирского отделения Российской Академии наук (БНЦ СО РАН) занимается последовательным сбором и накоплением фондового материала с 1994 года.

На сегодняшний день основной научный биологический фонд музея БНЦ составляет 801 единицу хранения и включает следующие группы: зоология, ботаника, лекарственное сырь тибетской медицины, слайды, карты, фотографии.

Ежегодно фонды пополняются в среднем на 5-10 новых натурных образцов.

80% предметов находятся в действующих экспозициях “Проблемы охраны озера Байкал и экологический мониторинг в Байкальском регионе” и “Тибетская медицина: история и современность”.

Стационарная экспозиция “Тибетская медицина: история и современность” отдела биологии Музея БНЦ освещает историю медико-биологических исследований в Бурятии и их основные результаты. Экспозиция с данной тематикой – единственная среди музеев РАН и является одной из самых посещаемых (35 – 40 экскурсий в год). Ныне действующий вариант экспозиции был открыт в феврале 2008 года после существенной научной доработки.

Экспозиция занимает площадь 30 кв. м и включает следующие разделы:

– история и развитие Бурятской школы тибетской медицины;

– лекарственное сырь;

– итоги изучения наследия т.м. и преемственность поколений;

– пульсовая диагностика в тибетской медицине;

– ритуальные предметы эмчи-лам.

При компоновке разделов данной экспозиции использованы научный, тематический, хронологический принципы. Без их соблюдения невозможно чтко выразить логическую связь между разделами, при подаче и совмещении столь различного биологического и историко-архивного материала. Такой способ подачи материала значительно восполняет недостатки исторического изучения наследия тибетской медицины в Бурятии, но сам материал довольно сложно описывать, ввиду его разнородности.

В Байкальском зале музея БНЦ СО РАН с 1994 года действовала стационарная экспозиция “Проблемы охраны оз. Байкал и экологический мониторинг в Байкальском регионе”. Она содержала научные коллекции, разработки и материалы, предоставленные учными Института общей и экспериментальной биологии и Байкальского института природопользования БНЦ СО РАН. Базовыми в данной экспозиции являлись разделы “Байкальские эндемики”, “Насекомые как часть биогеоценоза”, “Байкал – Объект всемирного наследия”. После реэкспозиции в 1998 г. появились разделы “Особо охраняемые природные территории”, “Система экологического мониторинга бассейна оз.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Байкал”, “Проект Байкал – Бурение” и другие.

Результаты и обсуждение. На сегодняшний день после капитального ремонта в зале готовится масштабная реэкспозиция, главной задачей которой является создание единого экспозиционно-информационного пространства с новым витринным, световым, цифровым и звуковым оборудованием.

Сотрудники музея, совместно с учными, дизайнерами, художниками и программистами стараются создать музей, экспозиции которого были бы понятны и доступны посетителям на разных уровнях восприятия: слуховом, зрительном, осязательном. Условия восприятия экспозиционного материала различны для каждой из приведенных форм подачи информации и формируют свои требования к качественной пространственной организации выставок.

В построении новой экспозиции должны найти отражение конечные результаты научно-исследовательской работы, проводимой в БНЦ СО РАН.

Экспозиция в данном случае – особый, нетрадиционный вид практического применения результатов НИР, посредством которой объективно раскрываются важнейшие вопросы взаимодействие человека и среды его обитания и отображается деятельность практически всех подразделений Института общей и экспериментальной биологии СО РАН и Байкальского института природопользования СО РАН.

Новая экспозиция “Естественнонаучные исследования в БНЦ СО РАН” должна обеспечить своевременное и комплексное отражение непрерывно накапливающихся научных данных по проблемам слежения за состоянием природных комплексов Байкала и всего Байкальского региона.

Она состоит из следующих разделов:

Байкал как объект Всемирного природного наследия

1. Эндемики Байкала.

2. “Миры” на Байкале.

3. Проект “Байкал-Бурение” и его основные результаты.

4. Пути решения байкальских проблем.

Паразитология гидробионтов и комплексные ихтиологические исследования

1. Место и роль паразитических организмов в пресноводных экосистемах.

2. Виды-вселенцы.

3. Республиканская целевая программа: “Пространственное распределение, численность и мероприятия по сохранению редких и исчезающих видов рыб”.

Сообщества наземных животных Байкальского региона

1. Млекопитающие.

2. Орнитофауна.

3. Энтомофауна. Териофауна.

4. Земноводные и пресмыкающиеся.

Почвы Байкальского региона

1. Генетическое разнообразие, факторная диагностика почв.

2. Органическое вещество и биологическая активность пойменных почв.

Плодородие и создание удобрений нового поколения.

Растительные сообщества Республики Бурятия

1. Особенности географии и популяционной организации редких растений.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

2. Лишайники и лихеноиндикация.

Природные комплексы как среда обитания общества

1. Банк картографических материалов.

2. ГИС мониторинг и дистанционные методы исследований.

3. Приграничные территории Азиатской России и сопредельных стран.

Мониторинг речных дельт и р. Селенга

1. Биолого-географический.

2. Гидрохимический (хлорфенолы и т.д).

3. По биотическому индексу.

Микробные сообщества

1. Функциональное разнообразие.

2. Меромиктические водомы.

Химические аспекты рационального природопользования Биологически активные вещества из природного возобновляемого сырья

1. Пористые материалы, полученные модифицированием глинистых минералов.

2. Научные основы получения новых сложнооксидных соединений и материалы на их основе.

3. Химические соединения в природных и искусственных средах.

Тематико-экспозиционный план в данном контексте является отражением масштабности каждого отдельного раздела экспозиции и составляющих ее экспонатов и оборудования, в том числе:

– предметно-стендовых элементов экспозиции, объемно-пространственных компонентов (экспонатов и стендов) организации выставочного пространства;

– электронных элементов экспозиции – мультимедийных средств подачи визуально-графической, текстовой, аудио- и видеоинформации, включающих интерактивные компоненты.

Использование цифровых технологий в музейной экспозиции подразумевает размещение комплекса цифрового оборудования, позволяющего за счет современных технических средств расширить выставочное и информационное пространство музейной экспозиции. Одна из главных причин популярности цифровых средств при создании музейной экспозиции заключается в том, что они предоставляют реальные формы интерактивности, способы творческого использования компьютерной техники и информационного потенциала музейного предмета [1]. Качественное внедрение цифровых технологий в музейное пространство – это не размещение цифровых технологий в экспозиционном предметном ряду, а включение цифровых технологий в “контент” экспозиции, ее идейный ряд, замысел, что представляется наиболее возможным на этапе разработки и монтажа экспозиции Байкальского зала Музея БНЦ СО РАН.

Существуют три основных направления использования цифровых технологий в музейном пространстве: техническое, концептуальное и коммуникационное.

В техническом плане для организации пространства экспозиции Байкальского зала, на наш взгляд, возможно использование следующих видов цифрового оборудования:

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

– средства отображения информации (проекторы, плазменные и ЖК-панели, фоторамки для электронных фотографий, светодиодные экраны и др.);

– средства озвучивания помещения.

С помощью вышеперечисленного оборудования представляется возможным создание атмосферы присутствия на озере Байкал. Включение цифрового оборудования в сценарный замысел экспозиции позволит посетителю получить законченный образ экспозиции Байкальского зала.

В концептуальном плане следует отметить ряд преимуществ мультимедийного способа подачи музейной информации перед традиционными бумажными носителями информации: возможность представления большего объема информации, система поиска и навигации по ресурсу, выразительная визуализация предложенных материалов (что в случае показа сухой научной информации становится актуальным, так как представляется возможным оживление экспозиции).

В соответствии с концептуальным аспектом можно выделить следующие направления использования цифровых технологий в Байкальском зале Музея БНЦ

СО РАН:

– информационное, дополняющее материалы экспозиции виртуальными материалами либо позволяющее наилучшим образом воспринимать музейный предмет (точечное, светодиодное освещение отдельно выбранных экспонатов);

– маркетинговое, ориентированное на продвижение имиджа музея, предоставление информации о музее и музейных коллекциях (виртуальные информационные справочники, сайты турагентств);

– образовательное, сфокусированное на обучении через синтез цифровых технологий и музейных средств работы;

Коммуникационные особенности использования цифрового оборудования.

Цель коммуникации достигается посредством музейных экспонатов и произведений искусства с помощью использования графической и письменной информации в форме текстовых панелей и этикетажа. Конечная цель должна состоять в передаче послания, которое несет в себе показ или выставка. Цифровые технологии, в свою очередь, также содействуют выражению главной идеи выставки, передаче послания, расширению информационного поля музейного предмета и музейной экспозиции. Коммуникационный аспект подразумевает степень участия цифровых технологий в информационном обмене между экспозицией и посетителем музея [1].

В данном случае можно выделить:

– демонстрационный тип (экспозиция – посетитель: происходит монолог, посетитель “читает” экспозицию). Возможно использование цифровых рамок для электронных фотографий;

– интерактивный тип (экспозиция – посетитель: происходит диалог, посетитель взаимодействует с экспозицией). На плазменной панели в непрерывном режиме транслируются короткие фильмы, посвященные озеру Байкал.

В настоящий момент в музейном пространстве можно наблюдать все более возрастающий интерес к использованию цифровых технологий как на этапах проектирования, так и создания экспозиций. Безусловно, согласимся с точкой Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

зрения Т.П. Полякова о том, что “музей будущего” не сводится к виртуальному музею [2]. Однако современные тенденции развития музея ставят перспективы дальнейшей интеграции цифровых технологий в практику как музейной экспозиции, так и других направлений повседневной фондовой и экспозиционной музейной деятельности.

Выводы. Выставочная деятельность биологического отдела музея позволяет значительно дополнить разделы действующей экспозиции, активней демонстрировать фондовые коллекции и сотрудничать с другими музеями и организациями.

Список литературы

1. Смирнова Т.А. Цифровые технологии в пространстве музейной экспозиции:

технические, концептуальные и коммуникационные возможности // Т.А. Смирнова // Культура:

управление, экономика, право // М.: Изд-во Юрист. – 2010. – №1. – С. 16-18.

2. Поляков Т.П. Мифология музейного проектирования, или “Как делать музей?” // Т.П.

Поляков – М.: Изд-во ПИК ВИНИТИ. – 2003. – С. 218.

References

1. Smirnova T.A. Cifrovye tehnologii v prostranstve muzejnoj jekspozicii: tehnicheskie, konceptual'nye i kommunikacionnye vozmozhnosti [Digital technologies in the space of the Museum exposition: the technical, conceptual and communication capabilities of the]. Moscow, 2010, no.1, pp.

16-18.

2. Polyakov T.P. Mifologija muzejnogo proektirovanija, ili “Kak delat' muzej?” [The mythology of the Museum design, or “How to do a museum?”]. Moscow, 2003, p. 218.

Сведения об авторах:

Васильев Владимир Митапович – хранитель фонда. Музей Бурятского научного центра СО РАН. (670047, Россия, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 8, тел. +7(3012)433080, e-mail: vl.mitapovich@mail.ru).

Синицына Елена Константиновна – хранитель фонда. Музей Бурятского научного центра СО РАН. (670047, Россия, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 8, тел. +7(3012)433080, e-mail: esin62@mail.ru).

Information about the authors:

Vasilyev Vladimir Mitapovich – the curator of the fund, the Museum of the Buryat scientific center of the SB RAS. (str. Sakhyanovoy, 8, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, Russia, 670047, tel.

+7(3012)433080, e-mail: vl.mitapovich@mail.ru).

Sinitsyna Elena Konstantinovna – the curator of the fund, the Museum of the Buryat scientific center of the SB RAS. (str. Sakhyanovoy, 8, Ulan-Ude, Republic of Buryatia, Russia, 670047, tel.

+7(3012)433080, e-mail: esin62@mail.ru).

УДК 54-482;543.064

ВЫСТАВКА-КОЛЛЕКЦИЯ ВЕЩЕСТВ ОСОБОЙ ЧИСТОТЫ – НАУЧНЫЙ

ПРОЕКТ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЙ МУЗЕЙ

Е.Н. Волкова, О.П. Лазукина, К.К. Малышев, М.Ф. Чурбанов Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, г. Нижний Новгород, Россия

–  –  –

химии и наук о материалах РАН. Коллекция насчитывает более 650 образцов из 115 организаций России и стран СНГ. Это простые вещества (элементы), летучие соединения и постоянные газы, сложные твердые вещества (оксиды, галиды, стекла), изотопнообогащенные вещества. На основе образцов выставки-коллекции реализована программа метрологической аттестации стандартных образцов состава веществ с низкой концентраций примесей в условиях ограниченного межлабораторного эксперимента. Аттестован химический состав 33 образцов высокочистых простых веществ и оксидов в форме компактных материалов и нанопорошков.

Ключевые слова: высокочистые вещества, примеси, химический анализ, стандартные образцы состава.

–  –  –

The work of extra pure extractives exhibition at Department of Chemistry and Matter Science of Russian Academy of Science has been charactarised. The collection counts about 650 samples from 115 organizations of Russia and CIS countries. There are simple matters (elements), volatile compounds and fixed gases, complex soild materials (oxides, halides, glass), isotopically treated extractives. On the base of these samples exhibited the program of metrological certification of chemical references substance of matter composition with low concentration of impurities in condition of limited interlaboratory experiment has been carried out. The chemical composition of 33 samples of extra pure elementary substance and oxides has been certified in form of compact materials and nanopowders.

Key words: high purity substances, impurities, chemical analyses, reference materials.

Выставка-коллекция веществ особой чистоты работает при Отделении химии и наук о материалах РАН и является научным подразделением Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых РАН. Работа выставки посвящена одной из областей естествознания – химии высокочистых веществ и связана с решением фундаментальной проблемы исследования примесного состава чистых веществ и достигнутого уровня их чистоты.

Высокочистое вещество получается в результате целенаправленного освобождения от примесей всех других элементов, а в случае моноизотопных – и от примесей других изотопов этого же элемента. Чем выше достигаемая чистота веществ, тем больше возможностей установить их истинные свойства, обусловленные собственной физической и химической сущностью элементов [2].

Чистоту вещества можно рассматривать как одно из основных свойств, характеризующих вещество как химический индивид.

Основная задача выставки-коллекции – оценка современного состояния проблемы получения и анализа высокочистых веществ в России и за рубежом, информационное обеспечение координационной деятельности Научного совета РАН по химии высокочистых веществ.

Материалы и методы. Исследовательская программа выставки-коллекции включает сбор образцов наиболее чистых веществ; их анализ в ведущих аналитических центрах страны для получения максимально полных и достоверных данных по содержанию примесей; аттестацию образцов. На сегодняшний день коллекция насчитывает более 650 образцов из 115 организаций России и стран СНГ: это простые вещества (элементы), летучие соединения и Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

постоянные газы, сложные твердые вещества (оксиды, галиды, стекла), изотопнообогащенные вещества.

Последние несколько лет поступление новых образцов на выставкуколлекцию в среднем составляет около пяти в год. Исследование примесного состава и свойств вновь поступивших и уже имеющихся на выставке образцов осуществляется в ряде организаций (ИХВВ РАН, ИПТМ РАН, ИНХ СО РАН, ОАО “Гиредмет”, НЦВО РАН, ИФМ РАН, ННГУ им. Н.И. Лобачевского).

В качестве основного критерия степени чистоты используется величина суммарного содержания примесей по результатам анализа и оценочная величина полного примесного состава (прогнозируемое суммарное содержание 81 элементов-примесей).

Вся имеющаяся на выставке информация в виде баз данных, объединенных с системами расчета, составляет информационно-расчетную систему “Высокочистые вещества и материалы”. Проводится оценка полноты и правильности данных анализа; оценка полного примесного состава высокочистого вещества [3, 4]. Исследуются закономерности примесного состава высокочистых веществ.

Разработан аппарат функций распределения примесей по концентрации, позволяющий рассчитать величины интегральных характеристик (среднее значение концентрации и суммарное содержание всех или определенной группы примесей в образце или выделенной группе образцов) по экспериментальным данным о концентрации ограниченного числа примесей и пределов обнаружения [3].

Статистический подход к описанию примесного состава веществ позволил выявить ряд закономерностей примесного состава высокочистых веществ, обобщенных в монографии [5]. Следует отметить, что подобный статистический аппарат применяется также для описания материалов и сред как естественного, так и техногенного характера, в том числе для решения экологических задач [6].

Результаты и обсуждение. В таблице 1 обобщены полученные в последние годы результаты: степень чистоты и некоторые особености примесного состава простых веществ, летучих соединений, оксидов, в том числе в виде микро- и нанопорошков.

Простые вещества (элементы). Приведены данные о суммарном содержании примесей в наиболее чистых образцах простых веществ (элементов) “Выставки-коллекции” (табл. 1). Образцы были аттестованы на максимально широкий круг примесей. Основной вклад вносят газообразующие и распространенные примеси, а также примеси элементов-аналогов. К наиболее чистым образцам экспозиции по примесям металлов относятся кремний, германий, алюминий, галлий, сурьма, ртуть, ниобий, вольфрам; серебро, олово, индий и висмут. Элементы различных групп обследованы на содержание, в среднем, 37-63 примесей, установлена концентрация от 11 до 31 примеси.

–  –  –

Наиболее чистые образцы простых веществ выставки-коллекции (37 из 76) сопоставимы с современным мировым уровнем. Основное количество образцов простых веществ представили на выставку-коллекцию, в основном, академические и отраслевые институты и их опытные производства: Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ “Харьковский физикотехнический институт” НАН Украины, Институт проблем технологии микроэлектроники РАН, Институт физики твердого тела РАН, ОАО “Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности”. Среди предприятий, получающих наиболее чистые вещества – Красноярский химико-металлургический завод, Красноярский завод цветных металлов, Новосибирский завод химконцентратов.

С учетом данных выставки-коллекции зарубежных и российских предприятий, оценен достигнутый уровень чистоты простых веществ (табл. 2).

Для простых твердых образцов выставки учтена только сумма примесей металлов.

Достигнутый уровень чистоты по примесям металлов в настоящее время не ниже 5N (99.999%). В наиболее чистом состоянии по этому классу примесей получены элементы 11, 12, 13, 14, 15 групп Периодической системы.

Таблица 2 – Достигнутый уровень чистоты простых веществ (элементов) (5N=99.999%)

–  –  –

Летучие соединения. На выставке-коллекции веществ особой чистоты представлено 185 образцов 82 летучих соединений: хлоридов, бромидов, фторидов, гидридов, металлоорганических соединений, постоянных газов (свыше 9000 примесь-определений). Примесный состав летучих соединений описан двумя типами примесей: находящимися в элементной и в молекулярной форме. Развит единый подход к представлению данных о примесном составе летучих соединений, учитывающий элементный состав обеих групп примесей и позволяющий оценить суммарное содержание примесных элементов с учетом того, что концентрация элементов, входящих в состав молекулярных примесей, характеризует нижнюю границу уровня их содержания [7]. С использованием данного подхода рассчитан полный элементный состав и суммарное содержание примесных элементов в образцах высокочистых летучих веществ, что позволило уточнить концентрационную область присутствия элементов-примесей и оценить суммарную концентрацию примесей в форме элементов, исходя из более полного их перечня.

По результатам статистической обработки результатов анализа выставочных образцов всеми использованными методами, средняя концентрация найденных Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

примесей в летучих веществах составляет 510-2 мол. %; среднее значение суммарного содержания найденных примесей – 210-5 мол. %; теоретическая оценка величины суммарного содержания – 810-3 мол. %. Примесями, вносящими основной вклад, в исследованных летучих веществах являются элементы, входящие в состав определявшихся примесных молекулярных соединений – O, H, C, Si, B, P.

Оксиды. По результатам статистической обработки результатов анализа выставочных образцов оксидов всеми использованными методами, средняя концентрация найденных примесей в оксидах составляет 810-5 мас. % (в выставочных образцах девяти элементов, образующих данные оксиды – 610-6 мас. %); среднее значение суммарного содержания найденных примесей – 210-2 мас. % (1.510-2 мас. %); теоретическая оценка величины суммарного содержания

– 1.510-2 мас. % (310-3 мас. %). В среднем уровень чистоты выставочных образцов оксидов несколько ниже, чем достигнутый для образующих их элементов.

Наноматериалы (НМ). Проведена оценка степени чистоты 17 образцов микро- и нанопорошков (аттестованные образцы Cu, Re, оксидов Ta, Te, Ti, Mo, Zn, Bi и девяти редкоземельных элементов) с учетом влияния различных групп примесей. Выделение отдельных классов примесей позволяет уточнить оценку суммарного содержания примесей в образцах НМ.

Создание стандартных образцов состава (СОС). На основе образцов простых твердых веществ и оксидов выставки-коллекции веществ особой чистоты реализована программа метрологической аттестации стандартных образцов состава в условиях ограниченного межлабораторного эксперимента в области низких концентраций примесей. Участники программы – ИХВВ РАН, ОАО “Гиредмет”, ИПТМ РАН, ИНХ СО РАН. Алгоритм обработки результатов эксперимента основан на применении статистических методов обработки для цензурированных выборок. С применением комплекса методов анализа, включающего атомно-эмиссионную спектрометрию, в том числе с концентрированием примесей, лазерную масс-спектрометрию, искровую массспектрометрию, масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой, аттестован химический состав 33 образцов высокочистых простых веществ и оксидов в форме компактных материалов и нанопорошков. Число определявшихся примесей превышало 70. Диапазон аттестованных содержаний составил 3.10-7-8.10-3 мас. % при относительной стандартной неопределенности логарифма содержания отдельных примесей менее 0.25. Это первый опыт создания метрологического обеспечения для аналитического контроля наноматериалов.

Выводы. 1. Выставка-коллекция веществ особой чистоты при Отделении химии и наук о материалах РАН не имеет аналогов в стране и мире.

2. Выставка-коллекция – важный научный ресурс, необходимый для исследований новых областей применения высокочистых веществ, для выявления неизвестных свойств, для изучения химических и физических закономерностей.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Список литературы

1. Девятых Г.Г. Развитие понятия “Высокочистое вещество” / Г.Г. Девятых, М.Ф.

Чурбанов // Высокочистые вещества. – 1987. – № 2. – С. 5-11.

2. Чурбанов М.Ф. Современные задачи химии высокочистых веществ / М.Ф. Чурбанов // “Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение”: Тез. докл. XIII конф.

(Нижний Новгород, 28-31 мая 2007 г.) // Н. Новгород: Изд-во. Ю.А. Николаев. – 2007. – С. 3-9

3. Девятых Г.Г., Оценка полного примесного состава простых твердых веществ /Г.Г.

Девятых, И.Д. Ковалев, Ю.Б. Макаров / Высокочистые вещества. – 1992. – №5-6. – С. 54-63.

4. Девятых Г.Г. Оценка достоверности и полноты данных по примесному составу высокочистых летучих соединений / Г.Г. Девятых, И.Д. Ковалев, В.А. Крылов, К.К. Малышев, Л.И. Осипова / Неорганические материалы. – 2001. – Т 37. – №3. – С. 371-375.

5. Девятых Г.Г. Выставка-коллекция веществ особой чистоты / Г.Г. Девятых, Ю.А.

Карпов, Л.И. Осипова – М.: Наука. – 2003. – 265 с.

6. Степанов В.М. Методологические основы системного анализа примесей в средах и материалах: Учебное пособие / В.М. Степанов – Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И.

Лобачевского. – 1997. – 426 с.

7. Лазукина О.П. Оценка степени чистоты летучих соединений по элементному составу примесей / О.П. Лазукина, Е.Н. Волкова, К.К. Малышев, М.Ф. Чурбанов // Неорганические материалы. – 2008. – Т.44. – №11. – С.1402-1407.

References

1. Devyatykh G.G., Churbanov М.F. Razvitie ponjatija “Vysokochistoe veshhestvo” [Development of the notion “high-purity substance”]. Vysokochistye Veshchestva [High-purity substances]. 1987, no. 2, p. 5-11.

2. Churbanov М.F. Sovremennye zadachi himii vysokochistyh veshhestv [Modern problems in chemistry of high-purity substances.]. N. Novgorod, 2007, p. 3-9.

3. Devyatykh G.G., Kovalev I.D., Makarov Yu.B. et all. Ocenka polnogo primesnogo sostava prostyh tverdyh veshhestv [Estimation of complete impurity composition in solids]. Vysokochistye Veshchestva [High-purity substances]. 1992, no. 5-6, p. 54-63.

4. Devyatykh G.G., Kovalev I.D., Krylov V.А., Malyshev К.К., Osipova L.I. Ocenka dostovernosti i polnoty dannyh po primesnomu sostavu vysokochistyh letuchih soedinenij [Estimation of reliability and completeness of data on impurity composition in high-purity volatile compounds].

Neorganicheskie Materialy [Inorganic materials]. 2001, vol. 37, no. 3, pp. 371-375.

5. Devyatykh G.G., Karpov Yu.А., Osipova L.I. Vystavka-kollekcija veshhestv osoboj chistoty [Exhibition-Collection of Special-Purity Substances]. Мoscow, 2003, 265 р.

6. Stepanov V.М. Metodologicheskie osnovy sistemnogo analiza primesei v sredah i materialah [Methodological bases of the system analysis of impurities in the media and materials]. Nizhny Novgorod, 1997, 426 р.

7. Lazukina О.P., Volkova Е.N., Malyshev К.К., Churbanov М.F. [An Evaluation of purity of volatile compounds on the elemental composition of impurities]. Neorganicheskie Materialy [Inorganic materials]. 2008, vol.44, no. 1. pp. 1402-1407.

Сведения об авторах:

Волкова Елена Нагимовна – научный сотрудник. Институт химии высокочистых веществ им.

Г.Г. Девятых РАН. (603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Тропинина, 49, РАН, тел. +7(831) 4627585, e-mail: expo@ihps.nnov.ru).

Лазукина Ольга Петровна – доктор химических наук, ученый секретарь. Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН. (603950, Россия, Нижний Новгород, ул.

Тропинина, 49, тел. +7(831)4629626, e-mail : lazo@ihps.nnov.ru).

Малышев Константин Константинович – кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН. (603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Тропинина,49, тел. +7(831)4627585, e-mail : expo@ihps.nnov.ru).

Чурбанов Михаил Федорович – академик, директор, Институт химии высокочистых веществ Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

им. Г.Г. Девятых РАН. (603950, Россия, Нижний Новгород, ул. Тропинина,49, тел.

+7(831)4627750, e-mail: churbanov@ihps.nnov.ru).

Information about the authors:

Volkova Elena Nagimovna – researcher, G.G. Devyatykh Institute of Chemistry of High-Purity Substances of Russian Academy of Science. (49, Tropinin st., Nizhny Novgorod, Russia, 603950, tel.

+7(831)4627585, e-mail: expo@ihps.nnov.ru).

Lazukina Olga Petrovna – Dr.Sc. (Chem.), The Learned Secretary, G.G. Devyatykh Institute of Chemistry of High-Purity Substances of Russian Academy of Science. (49, Tropinin st., Nizhny Novgorod, Russia, 603950, tel. +7(831)4629626, e-mail: lazo@ihps.nnov.ru).

Malyshev Konstantin Konstantinovich – Ph.D. in chemistry, senior researcher, G.G. Devyatykh Institute of Chemistry of High-Purity Substances of Russian Academy of Science. (49, Tropinin st., Nizhny Novgorod, Russia, 603950, tel. +7(831)4627585, e-mail: expo@ihps.nnov.ru).

Churbanov Mikhail Fedorovich – Academician of RAS, director, G.G. Devyatykh Institute of Chemistry of High-Purity Substances of Russian Academy of Science. (49, Tropinin st., Nizhny Novgorod, Russia, 603950, tel. +7(831)4627750, e-mail: churbanov@ihps.nnov.ru).

–  –  –

Байкальский музей ИНЦ СО РАН, пос. Листвянка, Иркутская область, Россия Дендропарк Байкальского музея требует особого подхода, как к проведению экскурсий, так и к благоустройству территории дендропарка.

Различаются несколько типов экскурсий:

для школьников и студентов; для основной массы посетителей; для специалистов. Каждый тип экскурсии имеет свои особенности: экскурсии для школьников и студентов соответствуют образовательной программе по ботанике, экологии и байкаловедению, имеют обязательные практические занятия как на природе, так и в образовательном классе, прививают навыки работы с определителями. Экскурсии для основной массы посетителей носят более развлекательный характер. Экскурсии для узких специалистов имеют характер диалога и более научны.

Ключевые слова: дендропарк, уникальные растительные ландшафты, эндемики, редкие и исчезающие растения, водные растения.

–  –  –

Dendrological Park of Baikal museum requires a special approach, both to conduct excursions and to refine the park. There are several types of excursions in the park: for students, for professionals and for any visitors to the museum. Each type has its own characteristics tours.

Excursions for school children and students satisfy educational program on botany, ecology and baykalovedenie, have mandatory practical exercises on nature as well as in the educational classroom and instill skills determinants. Excursions for the most visitors are usually entertaining.

Guided tours for specialists have a dialogue and more scientific.

Key words: dendrological park, unique plant landscapes, endemic, rare and endangered plant species, water plants.

Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Дендропарк Байкальского музея организован в 2002 г. на средства Глобального Экологического фонда, 4 га земли, находящиеся вблизи территории, принадлежащей Академии наук выделено под дендропарк совместно с Прибайкальским национальным парком [2, 3, 5].

Основной задачей деятельности дендропарка Байкальского музея заключается в том, чтобы проводить экскурсии с учетом возрастных групп посетителей и степени их подготовки.

Обсуждение результатов. Экскурсии по дендропарку существенно отличаются от экскурсий в здании музея. Растительная экспозиция дендропарка динамична, ее содержание меняется в летний период несколько раз в зависимости от цветения растений. В зимний период рассказ экскурсовода, в основном, касается древесной растительности, затрагиваются вопросы зимования различных пород деревьев, обращается внимание на зимне-зелные породы деревьев: сосна (Pinus sylvestris L.,) кедр (Pinus sibirica Du Tour), пихта и на другие породы деревьев. Большое внимание уделяется птицам, зимующим на территории дендропарка, а также таким млекопитающим как белки, которые живут на этой территории.

В летний период времени содержание экскурсий изменяется в течение одной-двух недель. Это связано с особенностями и изменением растительного покрова, а также с появлением и постоянной сменой разных видов животных.

Весной появляются первоцветы: прострелы (Pulsatilla), несколько видов фиалок (Viola), медуница (Pulmonaria), расцветает рододендрон даурский (Rhododendron dauricum L.), в народе его называют – “багульник”, затем появляется чемерица Лобеля (Veratrum lobelianum Bernh.). Среди древесных растений в первую очередь зацветают ивы (Salix), затем чермуха (Padus), рябина (Sorbus), берза (Betula).

Позже появляются цветочные побеги у сосны и ели (Picea). В начале июня начинает развиваться травянистая растительность. Еженедельно одни цветущие растения сменяются другими и экскурсовод должен вносить новую информацию в содержание лекции.

На экспериментальной площадке дендропарка растут реликты байкальской растительности абрикос (Prunus) и миндаль (Prunus), которые сохранились в естественных условиях небольшой территории вблизи пос. Селендум (Республика Бурятия) и были привезены из экспедиции.

Особый интерес представляют лугово-степные растения, которые произрастают на склоне, обращнном к оз. Байкал. Фактически, здесь можно создать ландшафтные экспозиции из чабреца (тимьяна ползучего) (Thymus sibiricus (Serg.) Klokov et Shost), шлемника о (Scutellaria scordiifolia Fischer ex Schrank), эфедры (Ephedra), аконитов (Aconitum), некоторых видов астрагалов (Astragalus) и остролодочников (Oxytropis), нескольких видов лилий (Lilium), что будет представлять не только научный, но познавательный интерес.

Не менее интересным объектом следует считать экспозицию, расположенную у водоема (ручей), где произрастают такие влаголюбивые виды, как, например, горечавки (Gentina), вахта трхлистная (Menyanthes trifoliate L.).

Содержание экскурсий различаются в зависимости от контингента посетителей (школьники, студенты; туристы, специалисты разного профиля Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

(лесоводы, ботаники, экологи, географы и т.д.).

Экскурсии для младших школьников отличаются живостью общения, диалогами, имеют чаще всего, форму игры. Для старших школьников, слушателей курсов по байкаловедению, кроме общих ботанических понятий необходимо включать информацию о типах растений и их адаптациях к различным условиям окружающей среды, включая различия в питании водных и наземных растений.

Во время экскурсии важен постоянный контакт с аудиторией, позволяющий закреплять и сопоставлять полученные сведения. Интересным и запоминающимся может быть продолжение занятий на побережье озера, с использованием элементов самостоятельного сбора растений в прибрежной полосе. Здесь уместно перечислить основные отличия высших водных растений и водорослей, сравнить видовое разнообразие. Более основательные сведения экскурсанты получают в Экологическом образовательном центре музея, где они рассматривают в цифровые микроскопы собранные в дендропарке или на берегу озера водоросли.

Для детализации материала ведущий может использовать гербарий водорослей макрофитов, знакомить слушателей с определением некоторых видов.

Экскурсии для взрослых носят иной характер. Первоначально предоставляется информация о самом дендропарке, его территории, значении, количестве видов растений и т.д. [1, 3, 4, 5]. Это необходимо с целью восприятия той информации, которая будет изложена на протяжении экскурсии.

Существенным моментом будет информация о рельефе, окружающих оз. Байкал, горах, истоке р. Ангара, истории возникновения пос. Листвянка. Далее необходима дать информацию об особенностях произрастающих деревьях, относящихся к группе кедрача. При этом следует подчеркнуть, что речь идет не о настоящих кедрах, а о сосне сибирской (Pinus sylvestris L.,), т.к. настоящие кедры растут только в трх местах на Земле: ливанский кедр (Cedrus libani var. libani) – на Средиземном море, атласский кедр (Cdrus atlntica) – на западе Африки и гималайский кедр (Cedrus deodara) – в Гималаях. Уместно проинформировать слушателей о том, что сосна сибирская живт до 850 лет, начинает плодоносить только в 30 лет, а промышленный урожай дат только с 80-ти лет. Здесь необходимо указать на роль таких млекопитающих, как белки и бурундуки, которые принимают активное участие в “посадках” кедра. Учитывая уникальные свойства сосны сибирской, важно отметить использование растения людьми.

Изложение информации может носить не только научно-познавательный характер, но и включать элементы фольклора и устного народного творчества.

Важно упомянуть о первом описании кедра, сделанном казаками, которые обратили внимание на дерево, найдя его описание в Библии.

По разработанным экскурсионным тропам необходимо привлечь внимание туристов к таким растениям, как иван-чай узколистный (Chamerion angustifolium (L.) Holub.) семейства кипрейных, отметив, что ранее пух от семян кипрея (Epilobium palustre L.), шл на подушки и одеяла, цветы являются медоносами, листья можно использовать как чайную заварку. Важно отметить произрастание на территории дендропарка и других видов растений, например, багульника болотного (Ledum palustre L.), грушанки круглолистной (Pyrola rotundifolia L), чемерицы Лобеля, а также сибирских ягод: брусники (Vaccinium vitis-idaea L), Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

черники (Vaccnium myrtllus), клюквы (Vaccinium oxycoccus L.), костяники (Rubus saxatilis L), княженики (Rubus arcticus L), голубики (Vaccinium uliginosum L.) и дать информацию о их уникальных свойствах. Например, варенье из брусники и клюквы не поддается брожению, благодаря тому, что в ягодах находится высокое содержание природного консерванта – бензойной кислоты.

На территории дендропарка зарегистрировано несколько видов папоротников (Dryopteris sp., Gymnocarpium sp., Pteridium sp.), которые привлекают посетителей своим декоративным видом. Высокая эстетическая ценность этих споровых растений дат возможность с успехом применять их в ландшафтном дизайне, а некоторые из них употребляются в пищу, например, орляк (Pteridium aquilina L.). Японцы активно употребляют это растение и считается, что оно выводит из организма человека стронций и тяжлые металлы.

Важным элементом всех экскурсий, проводимых в дендропарке, является информация о типах байкальских ландшафтов, почвах, эндемичных и реликтовых растениях, произрастающих вблизи оз. Байкал, создании отдельных экспозиций редких и исчезающих растений [5, 6].

Выводы. 1. Дендропарк – важный и необходимый раздел в программах экологического образования и просвещения, проводимых в Байкальском музее для населения России и зарубежья.

2. Для научных, образовательных и просветительских целей необходимо постоянное пополнение экспозиции дендропарка новыми растениями.

3. Для развития тем наземной флоры и фауны, ландшафтов и охраны природы Прибайкалья в системе образования и просвещения Байкальского музея первостепенное значение приобретает разработка и издание методических пособий для занятий в Дендропарке, ориентированных на разные возрастные группы.

Список литературы

1. Вотякова Н.Е. Особенности представления живых экспозиционных коллекций широкой публике / Н.Е. Вотякова, В.И. Галкина, Т.Л. Трошкова // Матер. междунар. науч. конф.

“Актуальные вопросы деятельности акад.естеств.-науч. музеев” (3-7 февраля 2010 г., пос.

Листвянка Иркутской обл.) // Новосибирск: Акад. изд-во “ГЕО”. – 2010. – С. 232-235.

2. Глызин А.В. Дендропарк Байкальского музея Иркутского научного центра Сибирского отделения РАН и его роль в сохранении видового разнообразия / А.В. Глызин, Г.В. Матяшенко, О.Ю. Глызина // Матер.VIII междунар. науч.-практ.конф. “Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии” (Барнаул, 12-22 октября 2009 г.) // Барнаул: Изд-во Азбука. – 2009. – С. 9-13.

3. Глызин А.В. Дендропарк Байкальского музея Иркутского научного центра СО РАН / А.В.

Глызин, Н.Е. Вотякова, О.Ю. Глызина // Матер. междунар. науч. конф. “Актуальные вопросы деятельности академических естественно-научных музеев” (3-7 февраля 2010 г., пос. Листвянка Иркутской обл.) // Новосибирск: Акад. изд-во “ГЕО”. – 2010. – С. 78-81.

4. Клименко К.Н. Особенности проведения сезонных экскурсий в дендропарке Байкальского музея // Матер. междунар. науч. конф. “Актуальные вопросы деятельности академических естественно-научных музеев” (3-7 февраля 2010 г., пос. Листвянка Иркутской обл.) // Новосибирск: Акад. изд-во “ГЕО”. – 2010. – С. 257-260.

5. Мельников Ю.И. Дендрологический парк Байкальского музея ИНЦ СО РАН:

дальнейшие пути научных исследований / Ю.И. Мельников, Н.Е. Вотякова, Т.Л. Трошкова, К.Н.

Клименко // Матер. междунар. науч. конф. “Актуальные вопросы деятельности академических естественно-научных музеев” (3-7 февраля 2010 г., пос. Листвянка Иркутской обл.) // Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

Новосибирск: Акад. изд-во “ГЕО”. – 2010. – С. 120-123.

6. Мельников Ю.И. Дендрологический парк Байкальского музея ИНЦ СО РАН, как научный центр по сохранению редких видов растений Прибайкалья и объект природного и культурного наследия / Ю.И. Мельников, Н.Е. Вотякова, Т.Л. Трошкова, К.Н. Клименко // Матер. междунар. науч.-практ. конф. “Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов” (17-21 мая 2010 г., г. Москва, Россия). – М.: Изд-во МГУ. – 2010. – С. 250-256.

References

1. Votyakova N.E, Galkin V.I., Troshkova T.L. Osobennosti predstavlenija zhivyh jekspozicionnyh kollekcij shirokoj publike [Peculiarities presentation of live exposure collections to the public]. Novosibirsk, 2010, pp. 232-235.

2. Glyzin A.V. Matyashenko G.V., Glyzina O. Yu. Dendropark Bajkal'skogo muzeja Irkutskogo nauchnogo centra Sibirskogo otdelenija RAN i ego rol' v sohranenii vidovogo raznoobrazija [Baikal Museum’ Dendrological Park of the Irkutsk Scientific Center, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences and its role in the preservation of species diversity]. Barnaul, 2009, pp. 9-13.

3. Glyzin A.V. Votyakova N.E., Glyzina O.Yu. Dendropark Bajkal'skogo muzeja Irkutskogo nauchnogo centra SO RAN [Baikal Museum’ Dendrological Park of the Irkutsk Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. Novosibirsk, 2010, pp. 78-81.

4. Klimenko K.N. Osobennosti provedenija sezonnyh jekskursij v dendroparke Bajkal'skogo muzeja [Peculiarities of seasonal excursions in the Dendrological Park of the Baikal Museum].

Novosibirsk, 2010, pp. 257-260.

5. Melnikov Y.I., Votyakova N.E., Troshkova T.L., Klimenko K.N. Dendrologicheskij park Bajkal'skogo muzeja INC SO RAN: dal'nejshie puti nauchnyh issledovanij [Baikal Museum’ Dendrological Park ISC SB RAS: further ways of research]. Novosibirsk, 2010, pp. 120-123.

6. Melnikov Y.I., Votyakova N.E., Troshkova T.L., Klimenko K.N. Dendrologicheskij park Bajkal'skogo muzeja INC SO RAN, kak nauchnyj centr po sohraneniju redkih vidov rastenij Pribajkal'ja i ob#ekt prirodnogo i kul'turnogo nasledija [Baikal Museum’ Dendrological Park ISC SB RAS, as a research center for the conservation of rare species of Baikal plants and the object natural and cultural heritage]. Moscow, 2010, pp. 250-256.

Сведения об авторе:

Вотякова Наталья Евгеньевна – кандидат биологических наук, учный секретарь.

Байкальский музей ИНЦ СО РАН (664520, Россия, пос. Листвянка Иркутской области, ул.

Академическая, 1, тел. +7(3952)490152, e-mail:bmc@isc.irk.ru).

Information about the author:

Votyakova Natalia Evgenievna – Ph.D. in Biology, Scientific Secretary, Baikal Museum of Irkutsk Science Center, SB RAS (Akademicheskaya st., 1, Listvyanka, Irkutsk Region, Russia, 664520, tel.

+7(3952)490152, e-mail:bmc@isc.irk.ru).

–  –  –

Результаты проведенных исследований позволили пересмотреть ряд общепризнанных гипотез, касающихся роли Сибирского кратона в истории эволюции докембрийских суперконтинентов. На интервале времени около 1.9 млрд лет Сибирский кратон вошел в Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

структуру суперконтинента Пангея-I. После частичного распада этого суперконтинента, он в ассоциации с другими кратонными блоками (Лаврентия, Гренландия) стал “ядром” мезонеопротерозойского суперконтинента Родиния. С распадом Родинии прекратил свое существование и этот долгоживущий транспротерозойский (1.9-0.7 млрд лет) суперконтинент, после чего Сибирский кратон начал свое автономное развитие, вплоть до его трансформации в Сибирский континент в позднем палеозое - мезозое.

Ключевые слова: суперконтиненты Родиния и Арктика, Сибирский кратон, Пангея-I.

–  –  –

The results of conducted researches, allowed to reconsider a number of conventional hypotheses concerning a role of the Siberian craton in the history of Precambrian supercontinents evolution. On the time interval about 1.9 billion years the Siberian craton was included into structure of supercontinent Pangaea-I. After partial disintegration of this supercontinent, it's with association with other craton blocks (Lavrenti, Greenland) became the “kernel” of the meso-neoproterozoic supercontinent of Rodiny. With Rodiniya's disintegration, this long-living transproterozoic supercontinent (1.9-0.7 billion years) stopped the existence and then Siberian craton began the autonomous development, up to its transformation in the Siberian continent in the late Paleozoic – Mesozoic.

Key words: supercontinents Rodiniy and Arctic, Siberian craton, Pangaea-I.

Сибирский кратон, по своей сути, является своеобразным “геологическим музеем”, хранящим в своих “запасниках” свидетельства трех с половиной миллиардной истории развития Земли. На протяжении всего этого периода лик планеты многократно преображался благодаря общей тенденции к увеличению площади консолидированной континентальной литосферы, а также за счет перемещения отдельных геоблоков относительно друг друга, согласно основным закономерностям тектоники литосферных плит, основными факторами которой являются процессы спрединга и субдукции. Благодаря этой перманентной (по крайней мере, на протяжении последних 2 млрд. лет) миграции плит, отдельные континенты время от времени соединялись друг с другом, образуя крупные общепланетарные структуры, получившие название “суперконтиненты”. Распад суперконтинентов, отражающий отделение континентов друг от друга и от некогда общего для всех их суперконтинента, в свою очередь, приводил к открытию новых океанических бассейнов. В своей совокупности процессы образования и распада суперконтинентов характеризуют так называемые “суперконтинентальные циклы” [1], которые, главным образом, контролируют геодинамическую эволюцию Земли. Наиболее важный стимул направление, изучающее процессы образования и распада суперконтинентов, получило в 1991 г. после обоснования факта существования на Земле единого суперконтинента Родиния (названного от русского слова “Родина”) на рубеже 1 млрд. лет [2, 9, 11].

В последующем Дж. Роджерс [15], проследив эволюцию континентов на протяжении трех последних млрд. лет, обосновал выделение в раннем докембрии таких суперконтинентов, как Ур (Ur), Арктика (Arctica), Атлантика (Atlantica) и Нуна (Nena). Согласно этой концепции, наиболее древний архейский континент Ур образовался приблизительно 3 млрд. лет назад. Более молодой Научно-практический журнал “Вестник ИрГСХА”. Выпуск 57

УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

палеопротерозойский континент Арктика (2.5-2.0 млрд. лет) включал в свою структуру архейские террейны Канадского и Сибирского щитов, а также Гренландию. Распад этого суперконтинента привел к раскрытию между Сибирью, Канадой и Гренландией Палеоарктического океана. Однако время существования этого океана в полном объеме оказалось достаточно непродолжительным, и после его частичного закрытия на рубеже 2.0-1.9 млрд лет был образован новый палеопротерозойский континент Пангея-I. В то же время еще один раннедокембрийский континент Атлантика, образовавшийся 2 млрд лет назад, составляли кратоны, которые ныне представлены в пределах Западной Африки и на востоке Южной Америки. Предполагается, что мезопротерозойский континент Нуна (или Коламбия) сформировался 1.5 млрд лет назад после присоединения к континенту Арктика Западной Антарктики, Балтийского и Украинского щитов.

Согласно общепризнанным воззрениям (обзор и синтез в [10]), считается, что на рубеже 1 млрд. лет произошло объединение всех существовавших к тому времени на Планете континентов в единый суперконтинент Родиния. Рифтинг Родинии на интервале 1.0-0.5 млрд. лет привел к формированию трех континентов: Восточной Гондваны, Западной Гондваны и Лавразии. Единая Гондвана была образована на рубеже 0.5 млрд. лет путем амальгамации ее западной и восточной частей. После этого, приблизительно 0.3 млрд. лет назад, коллизия Лавразии и Гондваны привела к образованию суперконтинента Пангея, распавшегося около 130 млн лет назад.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
Похожие работы:

«"Стандартизация и сертификация сельскохозяйственных объектов и продукции"Вопросы для семинаров: Семинар 1 по теме: "Показатели качества и безопасности растительных кормов: характеристика, пути загрязнения и методы определения показателей".1. Назовите показатели качества растительных кормов.2. Понятие "сырой протеин",...»

«РЕСПУБЛИКА КРЫМ КРАСНОПЕРЕКОПСКИЙ РАЙОН АДМИНИСТРАЦИЯ ОРЛОВСКОГО СЕЛЬСКОГО ПОСЕЛЕНИЯ ПОСТАНОВЛЕНИЕ 15 июня 2016года № 77 Об утверждении муниципальной Программы комплексного развития систем транспортной инфраструктуры на территории Орловского сельского поселения на 2016-2020 годы В соответствии со статьей 179 Бюджетного код...»

«Задания Региональной открытой предметной олимпиады КГУ по обществознанию 2009-2010 учебный год Раздел 1 Вариант 1 1. Закрытое общество характеризуется А) критицизмом В) индивидуализмом С) ограниченной мобильно...»

«Щерба В.Н., Веселова М.Н., Литвинова А.В. Практико-ориентированная подготовка выпускника в области землеустройства и кадастров // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2016. Спецвыпуск...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Методические рекомендации для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине Философия Направление подготовки 35.03.06 "Агроинженерия" Профиль образовательной программ...»

«82 Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. –2014. –1(33) УДК 628.1; 44.1 С.П. ВЫСОЦКИЙ, докт. техн. наук, зав. каф., АДИ ДонНТУ, г. Горловка, С.Е. ГУЛЬКО...»

«ТАНАХ (ИЗРАИЛЬСКИЙ СКЛАД) Показано 1 287 (всего 287 позиций) [01001000] Танах. 3 тома Большой формат, подарочное издание.Тора. Пророки. Писания.. Издательство: Шамир Обложка: hard Формат: 17x11x24cm Вес: 3.30kg Нет в на...»

«Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Ярослава Мудрого Институт сельского хозяйства и природных ресурсов Кафедра географии...»

«Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 83. УДК 632.934 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГИДРОЛОГИИ ПОЧВ В ТРУДАХ А.А. РОДЕ И СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОПИСАНИЮ ДВИЖЕНИЯ И РАВНОВЕСИЯ ВЛАГИ В ПОЧВАХ © 2016 г. Е. В. Шеин1,2 МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, 119991 Москва, Ленинские горы Почвенный институ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра "Организация работы с молодежью...»

«1. Цели освоения дисциплины Целью дисциплины "Энергосбережение в электротехнологиях" является формирование у обучаемых навыков по характерным электротехнологи...»

«Новый метод и средство измерения расходов воды для открытых каналов гидромелиоративных систем У.Р. Расулов, И. Ибрагимов В связи с проводимыми реформами в области сельского и водного хозяйства, пер...»

«СОВЕТ ДЕПУТАТОВ НОВОСВЕТСКОГО СЕЛЬСКОГО ПОСЕЛЕНИЯ ГАТЧИНСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ РЕШЕНИЕ №63 от 25 декабря 2015 года О бюджете Новосветского сельского поселения Гатчинского муниципального района на 2016 год В с...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИ Дознание по пожарам (код и наименование дисцип...»

«Информационный листок Wheat Letter Американской пшеничной ассоциации 22 октября 2015 г. Исследование твердозерной краснозерной озимой пшеницы урожая 2015-2016 сельскохозяйственно...»

«Валентина Широкова ОНИ ВЕРНУЛИСЬ С ПОБЕДОЙ [Участники Великой Отечественной войны села Широковското! Шадринск ББК 63.3 Ш64 Широкова В.А. Они вернулись с Победой. (Участники Великой Отечественной войны села Широковского Далм...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮ...»

«РОССЕЛЬХОЗНАДЗОР ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР Ветеринарно-эпидемиологическая обстановка в Российской Федерации и странах мира №97 17.05.11 Официальная Тунис: чума мелких жвачных информация: МЭБ Россия: африканская чу...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ЗАОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ "УТВЕРЖДЕНО" РекторВ.А. Ду...»

«Сергей Будылин Тезисы к круглому столу о крупных сделках и сделках с заинтересованностью (06.02.2014) Крупные сделки и сделки с заинтересованностью в Великобритании Резюме 1. В Великобритании и в других англосаксонских юрисдикциях многие нормы права о крупных сделках и сделках с заинтересованностью имеют прец...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Кафедра "Физика" Методические рекомендации для самостоятельной работы обучающихся по дисциплине Современная научная картина мира 39.03.02 Социальная работа Напр...»

«СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ОПЛАТЫ ТРУДА В АГРАРНОМ СЕКТОРЕ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ Кремянская Елена Владимировна канд. экон. наук, доцент, Кубанский ГАУ, РФ, г. Краснодар E-mail: kreml3010@mail.ru Кремянский Владислав Франтишекович канд. техн. наук, доцент, Кубанск...»








 
2017 www.net.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.