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:
- организация серии установочных семинаров и конференций для формирования общей научной и инновационной повестки Школы;
- разработка детального плана исследований по комплексным темам НИР, составление технического задания и подбор кадрового состава участников из числа сотрудников подразделений — участников Школы;
- открытое обсуждение предложенных проектов НИР с учётом всех заинтересованных лиц, в том числе представителей органов власти, бизнеса и НГО;
- поиск дополнительных источников финансирования для реализации проектов;
- обеспечение постоянного контроля со стороны Международного совета за выполнением НИР и достижением индикаторных показателей;
- организация конференций, семинаров и круглых столов для информационной поддержки и распространения результатов выполнения НИР, как в научном сообществе, так и среди лиц, принимающих решения;
- обеспечение производства результатов интеллектуальной деятельности в ходе выполнения НИР и их своевременной регистрации;
- планомерные усилия по внедрению в производство РИД, полученных в ходе реализации НИР;
- активное участие коллектива школы в ЦКП МГУ, создание при участии коллектива Школы;
- 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.