Четвертичная геология – наука о самом «молодом» этапе истории Земли, охватывающем последние 2,6 миллиона лет. Это время ледниковых и межледниковых эпох, время появления человека. Именно в четвертичный период геологической истории Земля приобрела тот облик, который мы видим и знаем сегодня. Иван Дмитриевич Зольников, доктор геолого-минералогических наук, более сорока лет занимается этой областью, а также экологической геологией, геоархеологией и геоинформационными системами. Сегодня он ведущий научный сотрудник, и.о. заведующего лабораторией геоинформационных технологий и дистанционного зондирования (284) в ИГМ СО РАН, профессор НГУ.
Иван Дмитриевич рассказал о взаимосвязях между научными дисциплинами и объяснил, как можно разговаривать на одном языке со специалистами совершенно разных направлений. Ученый поделился историями о своем научном пути, педагогической деятельности и любви к юмористической сцене и театру.
— Иван Дмитриевич, с чего начался ваш путь в геологии?
— Начинал я как четвертичный геолог. Моя кандидатская диссертация была посвящена ледниковой геологии севера Западной Сибири. Одиннадцать-двенадцать лет я ездил в экспедиции на Север: по Оби, по Енисею, их притокам. В СССР у геологов были почти неограниченные возможности. В нашем распоряжении были вертолёты, теплоходы. Например, я – вчерашний студент, стажёр, – а в моем распоряжении теплоход «Ярославец», вместимостью человек десять: команда катера 3 человека и научный отряд! И мы ходили по берегам, изучали разрезы. Сегодня жалею, что упустил моменты, когда мог слетать на вертолёте в уникальные места, на южное побережье нашего Серверного Ледовитого океана, например. Сейчас туда безумно сложно попасть. Для ученого когда-то это было бесплатно, сейчас стоимость одной такой поездки стала сравнима с годовым бюджетом лаборатории.
Перестройка сильно изменила условия работы геологических организаций по всей стране. Масштабы исследований сократились в сотни раз. В новых условиях Иван Дмитриевич начал работать по проблемам четвертичной и инженерной геологии нашего города, сотрудничал с ГОРСЭС, экологами.
— Иван Дмитриевич, вы говорили, что начали как четвертичный геолог, а дальше перешли на экологию…
— Нет, не на экологию, а на экологическую геологию. Экология – это биологическая наука, изучающая взаимоотношения организмов друг с другом и с окружающей средой. А экогеология – это наука о жизнеобеспечивающих свойствах геосреды.
— Расскажите, каким образом взаимосвязаны геология четвертичная и экологическая?
— Между четвертичной геологией и экологической геологией существует прямая связь. Потому что вся жизнь на Земле совершенно четко привязана к определенному рельефу, климату, гидро- и влагообеспечению. Породы, отложения, рельеф, почвы, растительность и животные – всё это вместе создают ландшафты, экосистемы. В совместных работах с почвоведами, ботаниками или зоологами я даю свою геологическую составляющую. Зоолог никогда не нарисует карту, если у него нет карты растительности и карты почв. Он не может посчитать все муравейники или все гнезда. Зоолог говорит: «ага, вот в такой растительности существуют такие мыши, в таких местах селятся совы или ещё что-то». Понимая четвертичный рельеф, мы моделируем в виде карт и схем геолого-геоморфологический каркас экосистем. То есть, например, можем точно сказать, что в оврагах живут одни представители фауны, а на холмах другие. А уж понять условия и образ жизни древнего человека, определить места его обитания без знания четвертичной геологии и вовсе затруднительно.
Четвертичная геология, объяснил Иван Дмитриевич, необходимый багаж, который позволяет решать задачи из смежных научных областей. Универсальным же инструментом, способным объединить языки различных дисциплин, в руках ученого стали геоинформационные технологии и системы (ГИС). В частности, с археологами Иван Дмитриевич работал, анализируя цифровые модели рельефа и древние отложения, чтобы понять, когда и как древний человек мог заселять северо-запад Сибири.
— ГИС – это инструмент, который позволяет пространственно сопоставлять самые разные данные, привязывать их к конкретным местам. Зачем, например, археологам ГИС? Предположим, нужно узнать, откуда мог прийти человек в определенное место. А это можно выяснить при помощи анализа цифровой модели рельефа. На севере Западной Сибири мы нашли самый древний памятник человека современного типа в низовьях Оби, недалеко от Салехарда – возраст сорок тысяч лет. Как он туда попал? К западу от Урала тоже есть палеолитические памятники, а через Урал – троги, корытообразные долины. То есть, человек мог 40000 лет назад по этим трогам просто ходить из Печоры на север Западной Сибири и обратно. У них (древних людей), как мы предполагаем, была единая ойкумена, и жили они как пешие кочевники. Они собиратели, охотники и поэтому ходили за крупными стадами. Соответственно, пути миграции древнего человека приурочены к кормящим ландшафтам. Изучая древние палеоландшафты можно понять, благоприятно было человеку жить на определенных территориях или нет. Мы можем определить, что где-то древний человек вообще не мог жить, потому что на той территории был ледник, или, например, ледниково-подпрудное озеро, растекающееся на тысячи кв.км. – ну не мог тут человек жить в эпохи оледенений, значит и не нужно организовывать в этих местах дорогостоящие исследования.
— В 90-е я сотрудничал с геофизиками. Коллеги из ИНГГ СО РАН тогда разрабатывали аппаратуру, чтобы анализировать, как электромагнитные характеристики приповерхностной толщи четвертичных отложений в Новосибирске связаны с инженерно-геологическими проблемами. Руководил этой разработкой академик Эпов Михаил Иванович. Я же занимался геологической интерпретацией геофизических данных. В эти годы у нас сформировалась и лаборатория экологической геологии. Поскольку я работал в лаборатории экологической геологии, писал статьи по этой проблеме, выступал на конференциях, меня интересовали вопросы геоинформационной обработки пространственно привязанных геологических объектов. Возникали вопросы создания баз геоданных, их обработки и визуализации. Очевидно, что, если мы имеем огромный массив данных в таблице, то что-то проанализировать в ней не просто. Из таблицы нужно взять интересующие данные и поместить их на карту в виде условных знаков или же построить трёхмерную модель, тогда появляется совсем другой взгляд на проблему. А в нашем случае очень важным является еще и привязка не только к дневной поверхности, но и к геологическому пространству. Поэтому, когда только начала создаваться разработка первой в Сибирском Отделении РАН ГИС «СократГЕО», ориентированной на решение типовых геологических задач, руководителем которой был Николай Николаевич Добрецов, я активно подключился к этой работе.
Сегодня ГИС стали неотъемлемой частью нашей жизни. Иван Дмитриевич рассказал подробнее про то, что из себя представляют ГИС и ДЗ в научной работе. В отличие от «нарисованных» карт, простых картинок, геоинформационная система обеспечивает строгую пространственную привязку каждого элемента данных. Каждый объект – будь то геологический контур или точка наблюдения – в ГИС закреплен на геоиде с помощью системы координат. Благодаря этому, оказалось возможным говорить на одном языке с геологами, медиками, археологами:
— Если имеется огромный массив данных, то без ГИС нет возможности разобраться, какой точке геологического пространства какие данные соответствуют, как их сравнивать, как их пространственно анализировать. Например, мы работаем с геофизиками, которые делают электромагнитный разрез. И у них свой тип данных и своя картинка в своих параметрах. А моя задача каким-то образом перевести их в свойства четвертичных отложений. У нас так бывает, что несводимые типы данных. И тогда что позволяет нам найти общий язык? Совмещение разнородных данных в пространстве и их сопряженный анализ. Это же позволяет работать со специалистами из других сфер. Например, медики говорят, что в такой-то области повышенная заболеваемость среди населения какой-то определенной болезнью. А геолог находит на этом участке геохимическую аномалию, которая и вызывает это заболевание. Пространственное совмещение разных данных позволяет прослеживать причинно-следственные связи событий и явлений. Вот поэтому геоинформационные технологии интересовали меня ещё и как средство междисциплинарного общения.
«То же самое: геоинформационные технологии, зачем для них четвертичная геология?» — тут же задается вопросом ученый. В ходе рассказа Иван Дмитриевич объяснил, почему именно знание четвертичной геологии важно при интерпретации других геоданных:
— Возьмем космические снимки, прежде всего на них что отражается? Конечно, есть территории, где растительности очень мало и где геология видна невооруженным глазом – это опустыненные степи, например, или другие области с разреженной растительностью, тогда мы можем видеть коренную геологию. Но мы чаще всего видим четвертичные отложения, видим рельефообразующий комплекс. Знание четвертичной геологии и геоморфологии необходимы при интерпретации космических снимков. Очень плотные взаимосвязи расшифровки снимков и с экологической геологией. Мы можем, например, понять откуда и куда может поступить загрязнение. Берём источник и анализируем дренажную сеть или строение подземных коллекторов (проницаемых пород и отложений): куда может пойти загрязнение вместе с подземными водами, или наземными (дождевыми, талыми). Моделируем пути. Или смотрим: вот здесь загрязнение, откуда? Ищем источники. Или можем найти источник сноса золота, например. Или по определенным признакам выявить возможные залежи других полезных ископаемых. Вот здесь знание рельефообразующего комплекса позволяет верно интерпретировать данные. ГИС и ДЗ инструмент такой же, как микроскоп. Если ты не знаешь минералогии и петрографии, то, когда будешь смотреть на горную породу, что ты там увидишь? Что-то беленькое, что-то красненькое, что-то жёлтенькое, что-то чёрненькое? И какие в результате ты сможешь сделать выводы из увиденного? Поэтому, чтобы грамотно пользоваться методами ГИС и ДЗ, в нашей профессии необходимо иметь знания из геологии, геофизики, геохимии и ряда других дисциплин в области наук о Земле.
Современные методики ГИС используют множество алгоритмов. Задача специалиста – интегрировать их в готовое решение для конкретной предметной области.
— Какие сейчас перспективные направления существуют в области ГИС и что развивается у нас в Институте?
— В нашей жизни как? Как только происходят какие-то качественные прорывы в технологиях, в области методик исследования сразу появляется новый продукт, которого раньше не было. Например, появился в определенный момент времени сервис Google Maps, и соответственно появилась возможность работать с растровой информацией. Можно во всём мире посмотреть снимки с увеличением, и это всё быстро работает. Раньше такое представить было абсолютно невозможно. Или, например, справочные системы. Сотрудники нашего ГИС центра принимали участие в разработке 2ГИС. Уже потом они ушли из Института в коммерциализированное наукоемкое производство. У нас сейчас развивается направление анализа космических снимков различными методами машинного обучения с использованием облачных сервисов, таких как Google Earth Engine. В нашей лаборатории Андрей Акакиевич Картозия конкретно этим занимается. Это очень перспективное направление. Не меньшие перспективы имеет обработка данных радарной съёмки Земли из космоса, позволяющая оперативно определять малоамплитудные просадки или наоборот воздымания дневной поверхности.
— ГИС – это инструмент. Есть софт, например, пространственный анализ, и ему абсолютно всё равно, что анализировать: геологию, войну, медицину, экономику, он не заточен под что-то. Это процедуры пространственного анализа, пространственной обработки данных растровых изображений, векторных изображений. И есть тематические задачи, которые мы реализуем. Например, задача создать цифровую основу космических снимков разных масштабов от детального до среднего масштаба для поиска золота, или для геологической съёмки, или для оценки воздействия от народохозяйственных объектов на окружающую среду. И необходимо: сделать предобработку данных ДЗ, избавиться от артефактов и улучшить космические снимки – например, когда сигнал проходит через атмосферу, он меняется, необходима коррекция, и это очень сложная кухня – предобработка снимка.
— Есть типовые технологии, как на снимках определить загрязнения. Мы работали с Норильском и там определяли очень многие вещи. Радарная съёмка позволила в свое время Николаю Николаевичу Добрецову понять, что ещё один бак медленно смещается [работы велись после аварии на одном из резервуаров, приведшей к утечке около 21 тысячи тонн дизельного топлива. Крупнейшая экологическая катастрофа в Арктике случилась в 2020 году]. И мы сообщили в Норильск. Когда геофизики проверили наши данные, они подтвердили, что еще с одним баком, могла повториться эта катастрофа, из-за деградации подземной мерзлоты. «Норникель» принял меры, бак разгрузили, содержимое вывезли, и не произошло повторение катастрофы.
— Какие существуют проблемы в работе специалистов в области ГИС и ДЗ?
— Мы сейчас сталкиваемся с очень сильными ограничениями, когда работаем с большими территориями. Необходимо изучать космические снимки, обрабатывать цифровые изображения. Мы получаем растровые изображения, которые снимаются в определенном спектральном домене. То есть не только в видимом диапазоне, но и в ближнем инфракрасном, дальнем инфракрасном, тепловом и так далее, и так далее. Соответственно, чем больше изучаемая территория, тем тяжелее её обрабатывать, требуются огромные вычислительные мощности. В этом нам помогает информационный сектор Института. Сейчас мы обрабатываем растровую информацию, цифровые модели рельефа, космические снимки на больших серверах, вычислительных машинах с повышенным быстродействием и с большим объемом памяти, которые есть у нас в ИГМ СО РАН.
— Нас касаются и проблемы, связанные с санкционной политикой – софт практически весь зарубежный. Есть указания президента, чтобы военные, МЧС и государственные организации переходили на отечественное ПО, а здесь у нас все слабо развито, к сожалению, т.к. в свое время отказались от разработок отечественных операционных систем и программных пакетов. Считалось, что их купить дешевле у других стран.
Интерпретация данных с космических снимков, задачи составления баз геоданных, моделирование геологических тел, распознавание образов для поиска полезных ископаемых или загрязнений и многие другие задачи, которые решает специалист ГИС и ДЗ требует от ученого знаний в различных областях геологии.
— Я преподавал студентам НГУ на алтайской практике долгое время, а там не только четвертичная геология, там вся геология. Вел группы на практике в Шира порядка десяти лет. В Хакассии со студентами мы отрабатывали геологическое картирование, а там геологические комплексы девонского периода, то есть четвертичных отложений там вообще почти нет. Шира – это полигон, где студенты должны видеть всю геологию, коренную. Поэтому я развивался не только как четвертичный геолог, но и как геолог вообще.
Профессор Иван Дмитриевич Зольников пользуется большой популярностью среди студентов НГУ. Харизматичный, увлеченный своими предметами, он способен вовлечь любую аудиторию в темы, которые ведет. Зольников И.Д. преподает не только геологам, но и студентам других факультетов. А значит выстроить лекционный материал и подать его так, чтобы его смогли усвоить студенты других специальностей, очень важно.
— Главная моя задача – это рассказать сложные вещи доступным языком. На геолого-геофизическом факультете НГУ я читаю четвертичную геологию, экологическую геологию, введение в ГИС и ДЗ. Помимо того, что преподаю на ГГФ профильные дисциплины, я читаю курс археологам магистрантам, в котором даю геоморфологию и четвертичную геологию с элементами ГИС. Археологи должны понимать, что из себя представляла палеосреда, в которой жил человек, оставивший после себя артефакты. Археологи должны понимать, как человек жил, какие условия были оптимальны для его проживания, а какие нет, где искать археологические объекты, а где такие поиски безперспективны.
Каждое выступление Ивана Дмитриевича – это спектакль. Не важно, читает ли ученый научно-популярную лекцию, ведет занятие для студентов или делает доклад на научной конференции: его артистизм и эмоциональная подача будут погружать слушателя в самую суть проблемы.
— У меня пристрастие к специфической сцене, юмористической. Когда я был студентом и молодым преподавателем, участвовал в капустниках, ставил юмористические спектакли. Мой любимый жанр – это фарс, у меня каждая лекция – стендап. Не всем это нравится, некоторые считают, что преподаватель должен быть строг и «застёгнут на все пуговицы». Тем не менее, на моих лекциях почти стопроцентная посещаемость. При этом я не играю в популизм. Строго контролирую освоение пройденного материала, и на выездных практиках у меня жёсткая дисциплина.
— Меня как-то спросили: «Вот вы же с ними на одной волне?». Нет! Я со студентами не на одной волне! Моя задача, как преподавателя – чтобы студенты были на моей волне. Чтобы они научились предмету и научились вести себя в поле так, как положено геологу. Нотации я никогда не читаю. Есть правила, и, если студент их не выполняет, будет так, так и так по степени нарушения. И, конечно, студент должен видеть, что преподаватель сам следует этим правилам, которые обусловлены жёсткой производственной необходимостью. Преподаватель должен быть в научном отношении авторитетом. У меня и контрольные каждую неделю, и баллы считаются прозрачно. Я могу, например, не любить человека, но если он написал на пятерку – будет пятерка. А бывает и наоборот. Мы со студентом играем на сцене, а он приходит на следующий день и пишет контрольную на два – будет два. И что? Мы друзья, но 2 балла получи. И по-другому нельзя.
«Весь мир – театр»: эту фразу можно убежденно сказать о творческом пути Ивана Дмитриевича. Уже более 40 лет ученый на театральной сцене: режиссирует спектакли, выступает как актер. С особой теплотой он говорит о своем участии в постановке и ведении спектаклей в театре-реабилитации «Инклюзион».
— Иван Дмитриевич, как в вашей жизни сочетаются научная работа и игра на сцене?
— ГИС и ДЗ, они глубоко вошли в нашу жизнь. По многим направлениям мы востребованы, очень многих консультируем, из этого общения рождаются контакты, хоздоговора по совместной работе. И то, что я самостийный любительский режиссер и актер, помогает мне в коммуникации с людьми, которые ничего не понимают в ГИС технологиях.
— Какое-то время я работал в «Инклюзионе», это театр-реабилитация, психологическая поддержка ментальников. Как правило – это дети или юноши и девушки с различными нарушениями: аутизм, синдром Дауна и др. Это особенные люди, при общении с ними порой приходится «углублять восприятие» как-бы до уровня машинных кодов. В спектакле нужно создать каркас, внутри которого ребята смогут реализоваться, получить внимание зрителей, получить ощущение самодостаточности, которое им гораздо больше нужно, чем другим. И вот наработанное на сцене умение разговаривать, подстраиваться под способности человека, оно помогает найти язык и со студентом, и с академиком, и с доктором наук. Это позволяет мне объяснять дичайше сложные вещи очень простым языком.
В продолжении всей беседы удивляешься, насколько умело Иван Дмитриевич выстраивает мосты между такими разными: людьми, науками, сферами деятельности. В своем напутствии ученый напоминает, важно любить свое дело и быть в диалоге с планетой, на которой живем и которую называем своим домом.
— Иван Дмитриевич, дайте, пожалуйста, короткий совет всем будущим геологам.
— Геологам? Дам не очень короткий совет. Как-то я услышал одно поздравление с Новым Годом. В нем мои коллеги написали такое пожелание: "желаем вам в Новом году жирных грантов". Это меня покоробило. Надо желать не жирных грантов, а Любви к своей работе и интереса к жизни, интереса к природе. Деньги – это только средство для каких-то достижений. Любви к геологии прежде всего я бы пожелал будущим геологам. Если нет этой любви – лучше сразу же бросать геологию и оправляться в прагматичный поход за жирными бонусами.