Климат и окружающая среда

Научная составляющая образовательного процесса будет базироваться на результатах теоретических, полевых, лабораторных и модельных исследований студентов под руководством ведущих ученых, специалистов по оценке состояния окружающей среды на фоне меняющегося климата, а также оценке взаимного влияния различных компонентов климатической системы с учетом естественных процессов и антропогенного воздействия. В рамках программы планируются следующие направления исследований:

• влияние климатических изменений и антропогенной деятельности в прошлом, настоящем и будущем на проявление современных глобальных и региональных экологических кризисов, в том числе, дефицита воды, загрязнения среды, деградации экосистем, изменения биоразнообразия и продуктивности биоресурсов, появления пандемий, влияния климата на здоровье и др.;
• оценка влияния различных климатообразующих факторов природного и антропогенного происхождения с использованием современных математических моделей земной климатической системы;
• способы предупреждения экологических кризисов, адаптации человечества к ним и смягчения их последствий; стратегическое планирование и управление в условиях изменения климата;
• оценка воздействие глобальных климатических изменений на биологическую продуктивность и биоразнообразие, включая процессы эвтрофирования, образования «зеленых и красных приливов», инвазии чужеродных видов.

Экология и управление биосистемами

Тематическими направлениями научно-исследовательских работ являются:

• исследования структурно-функциональных особенностей организации наземных и водных экосистем различных природных зон и вертикальных поясов в условиях глобальных вызовов последних десятилетий;
• историческая экология — восстановления истории формирования экосистем по остаткам организмов (спорово-пыльцевой анализ, фитолитный анализ и т.п.);
• исследования формирования лесных экосистем, их антропогенной трансформации и изменении структуры при воздействиях болезней и вредителей-фитофагов;
• исследования функционального разнообразия водных и наземных экосистем;
• исследования глобальной экологической проблемы — инвазий чужеродных видов (включая резервуаров, переносчиков и возбудителей болезней);
• разработка методов оценки экологического состояния среды, экологической экспертизы и мониторинга для получения новых знаний о допустимых нагрузках на организмы, популяции и экосистемы воды и суши;
• разработка новых методов по использованию биологических объектов для биотестирования, биоиндикации и ремедиации нарушенных биосистем для выработки концепции регионального нормирования антропогенных воздействий на окружающую среду;
• оценка состояния и методов управления биосистемами урбанизированных ландшафтов.

Создание системы устойчивого управления природными ресурсами в национальном масштабе

Тематическими направлениями научно-исследовательских работ являются:

• формулировка теоретических основ рационального природопользования и сохранения возобновляемых природных ресурсов;
• разработка рекомендаций по приведению отечественного законодательства в соответствие со стратегическими приоритетами рационального природопользования;
• изучение состояния, мониторинга и охраны водных и земельных ресурсов в условиях изменения климата и нарастающего антропогенного воздействия;
• стратегическое планирование и управление природными ресурсами в условиях глобального изменения природной среды;
• исследования цикла углерода в природных и антропогенных системах, разработку низкоуглеродных технологий использования возобновляемых природных ресурсов;
• исследования вопросов оценки, сохранения и воспроизводства биологического разнообразия,
• оценка состояния окружающей среды для разработки способов предупреждения экологических кризисов, адаптации человечества к ним и смягчения их последствий;
• разработка теоретических основ и практических подходов к ремедиации земель и водных объектов, нарушенных в результате нефтедобычи, горных разработок и иных техногенных факторов.

Экодиагностика урбанизированной окружающей среды

Научные исследования будут направлены на разработку современных технологий анализа геохимических потоков вещества в системе «городская атмосфера (аэрозоли, дожди, снег) - биосистемы - педосфера (дорожная пыль, почвы) - городская гидросфера», оценку качества городской среды и опасности ее загрязнения для здоровья населения. Их разработка предполагает развитие междисциплинарного подхода к исследованию миграции микрочастиц и потенциально опасных элементов в компонентах городской среды на основе концепций островов загрязнения и тепла в атмосфере и ландшафтах. В рамках программы планируются:

• разработка и реализация методов наблюдений и моделирования городского острова загрязнения и тепла в разных временных и пространственных масштабах, в том числе новых методов сбора и химического анализа микрочастиц аэрозолей, городской пыли, почв, поверхностных вод и других сред;
• изучение процессов формирования, переноса и накопления в городской застройке аэрозолей различного происхождения, а также основных химических компонентов загрязненного воздуха и атмосферных осадков (черный углерод, сульфаты и тяжелые металлы), в условиях изменчивости погодных условий и с учетом эмиссий загрязняющих веществ;
• исследование закономерностей миграции и аккумуляции потенциально токсичных элементов и соединений в компонентах наземных городских ландшафтов на основе количественной оценки фракционно-группового состава поллютантов; оценка биогеохимических потоков поллютантов в ландшафтах;
• оценка вклада возможных источников загрязняющих веществ по химическому составу микрочастиц в городских аэрозолях, атмосферных осадках, снежном покрове, почвах и дорожной пыли; развитие и апробация методов многомерного анализа для определения вклада эмиссий из промышленных, транспортных и природных источников источников;
• развитие научных основ мониторинга и управления биосистемами урбанизированных ландшафтов с оценкой роли биоты в процессах самоочищения воздушной, почвенной и водной среды городов;
• оценка экологического риска, связанного с развитием болезнетворных, вредных и паразитических организмов и накоплением в аэрозолях, почвах и дорожной пыли токсичных веществ, опасных для здоровья городского населения и наносящих ущерб городским биосистемам и здоровью населения.

Природная и социальная среда Арктики

Тематическими направлениями научно-исследовательских работ являются:

• исследование современных изменений природной среды Арктики и факторов, их определяющих;
• прогноз неблагоприятных экологических последствий антропогенного воздействия и (или) климатических изменений в Арктической зоне РФ, анализ рисков возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, меры по адаптации и смягчению последствий этих воздействий для населения и хозяйства;
• сценарии развития промышленной и транспортной инфраструктуры в Арктической зоне, в том числе, в местах традиционного проживания малочисленных народов и их традиционной хозяйственной деятельности;
• научное обоснования развития инфраструктуры морских портов и морских судоходных путей в бассейне Северного Ледовитого океана, прогнозирование рисков эксплуатации ресурсов арктических морей России;
• оценка условий использования рек арктической зоны, включая воздействие изменения климата на гидрологический режим и опасные гидрологические явления;
• анализ и научное обоснования развития сети гидрометеорологических наблюдений и экологического мониторинга, в том числе, с использованием данных дистанционного зондирования;
• оценка вероятности попадания в арктическую зону токсичных веществ и возбудителей опасных инфекционных заболеваний;
• оценка состояния и динамики биопродуктивности и биоразнообразия арктических экосистем в условиях климатических изменений и роста добычи и транспортировки углеводородного сырья. Разработка научных основ охраны и восстановления редких и исчезающих видов и биологической ремедиации экосистем Арктики.

Развитие высокоинформативных и высокотехнологичных методов химического анализа для обеспечения экологической безопасности

Тематическими направлениями научно-исследовательских работ являются:

• разработка новых принципов изучения и анализа многокомпонентных молекулярных и молекулярно-дисперсных ансамблей и континуумов, включая нативные природные системы и системы, подвергнутые антропогенному воздействию;
• методология анализа природного органического вещества: исследования и анализ почвенного органического вещества как единой многокомпонентной системы высокой сложности;
• определение молекулярных маркеров деградации почв в результате сельскохозяйственной деятельности; исследование и контроль восстановления почвенного плодородия путем биологизации земледелия и рекультивации нарушенных промышленных земель (в рамках концепции «зеленой» экономики);
• разработка фундаментальных принципов применения вторичных и побочных продуктов различных технологических процессов в качестве биоадаптируемых почвенных компонентов, удобрений, регуляторов роста и биопрепаратов;
• исследования первичного и «природного» микропластика и других компонент в экосистемах различных типов;
• «аналитическая химия катастроф»: воздействие загрязнений и экологическая оптимизация основных антропогенных сред и возможности управления ими;
• создание инновационных методов обращения с радиоактивными отходами, образующими при выводе из эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов для уменьшения их воздействия на окружающую среду и человека;
• развитие подходов по анализу маркеров нефтепродуктов в окружающей среде и экологического мониторинга чистоты промышленных нефтепродуктов с использованием спектральных методов.

Новые материалы и технологии для устойчивости экосистем

Тематическими направлениями научно-исследовательских работ являются:

• новые полимерные материалы как структурообразователи для почв и грунтов, полимерные рецептуры для получения биоцидных покрытий и пленок; полимерные рецептуры для реабилитации загрязненных территорий;
• биоразлагаемые полимерные материалы;
• новые, экологически чистые технологии получения полимерных материалов;
• исследование супрамолекулярной организации природных гуминовых систем и направленный дизайн природоподобных структур, материалов и технологий для охраны окружающей среды, медицины и сельского хозяйства,
• развитие «зеленых технологий» в нефтехимии и нефтепереработке;
• развитие каталитических, фотокаталитических, электрохимических методик очистки и конверсии продуктов химического синтеза, приводящих к снижению нагрузки технологического загрязнения окружающей среды;
• развитие современных подходов и оригинальных технологий создании тонкопленочных и тандемных солнечных батарей;
• электрохимическое материаловедение как фундаментальная основа экологически чистых технологий (неорганические мембраны, материалы для металл-ионных аккумуляторов и топливных элементов, вторичные источники тока);
• разработка методов получения одномерных фотонных кристаллов для оптических сенсоров, перестраиваемых светофильтров, новых светоотражающих покрытий и светопрозрачных конструкций.

Полученные в ходе исследований результаты могут быть использованы для создания научных основ комплексной системы мониторинга качества окру­жающей среды, а также для разработки стратегии рационального природопользования в условиях меняющегося климата. В частности, для:

• организации и проведения мониторинга природных экосистем;
• оценки и прогноза состояния окружающей среды и ее биоресурсного по­тенциала;
• прогноза динамики морских и пресноводных экосистем при наблюдаемых климатическом тренде и антропогенных нагрузках;
• разработки концепции регионального нормирования антропогенных воз­действий на окружающую среду;
• совершенствования методов оценки экологического состояния водной и наземной среды по результатам ее биотестирования и биоиндикации в ла­бораторных и натурных условиях;
• реконструкции экологических и климатических условий прошлого;
• создания новых «зеленых» материалов и технологий.

Для развития научной и инновационной деятельности школы предполага­ется провести следующие мероприятия:

1. организация серии установочных семинаров и конференций для формиро­вания общей научной и инновационной повестки Школы;
2. разработка детального плана исследований по комплексным темам НИР, составление технического задания и подбор кадрового состава участников из числа сотрудников подразделений — участников Школы;
3. открытое обсуждение предложенных проектов НИР с учётом всех заинте­ресованных лиц, в том числе представителей органов власти, бизнеса и НГО;
4. поиск дополнительных источников финансирования для реализации про­ектов;
5. обеспечение постоянного контроля со стороны Международного совета за выполнением НИР и достижением индикаторных показателей;
6. организация конференций, семинаров и круглых столов для информацион­ной поддержки и распространения результатов выполнения НИР, как в научном сообществе, так и среди лиц, принимающих решения;
7. обеспечение производства результатов интеллектуальной деятельности в ходе выполнения НИР и их своевременной регистрации;
8. планомерные усилия по внедрению в производство РИД, полученных в ходе реализации НИР;
9. активное участие коллектива школы в ЦКП МГУ, создание при участии коллектива Школы;
10. создание многофункционального лабораторного научно-учебного ком­плекса (НУК) на базе современных приборов исследовательского класса и оригинальных приборных разработок коллектива школы, позволяющих многостороннюю структурную диагностику различных материалов, при­родных и биологических объектов и их взаимодействия с окружающей сре­дой и живыми системами.

НУК на базе современных приборов исследовательского класса и оригинальных приборных разработок будет использо­ван для:

• подготовки квалифицированных специалистов, имеющих практический опыт работы;
• дистанционного обучения, обеспечивающего образовательный и исследо­вательский процесс в режиме удаленного доступа;
• проведения научных исследований в том числе в режиме удаленного до­ступа), как в рамках образовательного процесса, так и в интересах решения научных и прикладных задач;
• предоставления экспертных услуг (в том числе в режиме удаленного до­ступа) по получению, обработке и оценке экспериментальных результатов.