Обоснование. Плотная сеть магнитно-вариационных станций на Ямале была создана в рамках Международного проекта «Геомагнитный меридиан» в 1972-1980 гг., который был поддержан специальной резолюцией МАГА на Ассамблее в Киото в 1972 году. Затем это направление работ было продолжено в рамках программы International Magnetospheric Study (IMS, 1976-1986), а затем работа магнитных меридианов стала основой большого числа космических экспериментов. По мере развития цифровой регистрации и систем сбора вариаций магнитного поля развивались способы обработки и представления данных и их практического использования. Большой шаг был сделан при создании системы INTERMAGNET, которая начала свою работу в 1985 году. Главное достижение системы INTERMAGNET – сбор данных и доступ к ним в реальном времени.

На сегодняшний день использование магнитных данных стало массовым средством при проведении всех видов наземных и космических работ и научных исследований.

В последние десятилетия космических исследований выявлено определяющее влияние космической среды на состояние околоземного пространства во всех его сферах. Имеются убедительные доказательства, что состояние и динамика процессов в атмосфере, озоносфере, ионосфере, магнитосфере контролируются во многих отношениях воздействием излучений нашей звезды – Солнца, – в атмосфере которой (гелиосфере) движется наша Земля. В период 2012-2014 гг. будет достигнут очередной 24-й максимум солнечной активности.

Эффекты магнитных бурь проявляются на земле и в космосе самым различным образом, в том числе в виде мощных индукционных токов в газопроводах и энергетических сетях, наличии помех при точной GPS навигации, приводят к существенным ошибкам при наклонном бурении, при реализации электромагнитных методов геофизической разведки. Отсюда возникает проблема точного описания состояния магнитного поля в виде открытой справочно-информационной системы, используемой как для научных изысканий, так и для практических работ. Ввиду того, что регион Ямала представляет собой стратегический ресурс России на ближайшие несколько десятилетий, представляется особо важным учитывать эффекты космической погоды именно в этом регионе, так как здесь имеются особые геофизические условия. Именно поэтому назрела необходимость создания открытой справочно-информационной системы «Полярная геофизика Ямала» как инструмента контроля возможных рисков под воздействием космической погоды.

Для предприятий нефти и газа внешние воздействия в первую очередь будут проявляться в нарушениях энергоснабжения, при работе геофизических приборов, в том числе приборов для навигации бурового инструмента при наклонном бурении. Не следует упускать из виду воздействие космических бурь (геомагнитных возмущений) на биосферу, в том числе и на человека. Хотя такое воздействие не является катастрофой для большинства людей, но сотрудники, которые находятся в экстремальных полярных условиях, которые страдают сердечной недостаточностью, депрессивными (психическими) расстройствами и т.п. будут проявлять вполне заметную реакцию на магнитные бури, которая иногда становится фатальной.

Содержание. Ввиду универсальной потребности сведений о состоянии электромагнитного поля Земли как для науки, так и для практики, в рамках проекта «Полярная геофизика Ямала» предусмотрено в первую очередь решение задач по использованию данных в реальном времени для точных геофизических измерений и оценки влияния магнитных возмущений на работу высокотехнологических систем. При этом получаемая информация служит основой для выявления факторов космических воздействий на все объекты – от геофизических приборов до состояния здоровья человека. Ввиду этого проект «Полярная геофизика Ямала» включает развитие работ по следующим направлениям.

1. Научно-исследовательская работа. Проблема передачи энергии в системе солнечный ветер – магнитосфера – ионосфера – атмосфера до сих пор остается предметом активных исследований. Помимо выяснения физических процессов, необходимо детальное знание состояния среды при его практическом освоении как для ближнего космоса – авиация, пилотируемая космонавтика, так и для удаленных областей, где работают специальные спутниковые системы связи, дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и навигации. Без этих систем невозможно обеспечить работу высокотехнологичных приложений на Земле. Детальные данные по территории Ямала дадут новую информацию по физике геомагнитных возмущений и токовых систем и их связи с внешней космической средой. Одновременно может быть решена задача перехода от суточных прогнозов космической погоды к прогнозам состояния космической среды за более короткие интервалы, вплоть до предупреждений в пределах нескольких часов.

2. Прикладные исследования эффектов воздействия космической среды на технологические системы. Освоение новых участков месторождений на Ямале, в Обской губе и на шельфе Карского моря включает разведку и бурение месторождений методами наклонно-направленного бурения. При этом навигация бурового инструмента проводится с помощью магнитометров. Эффекты магнитных возмущений приводят к существенным ошибкам при бурении, а их исключение становится важной задачей. Эффекты воздействия магнитных возмущений также проявляются в виде наличия помех при точной GPS навигации, приводят к сильным индукционным токам в газопроводах и энергетических сетях, что необходимо учитывать при геофизической разведке, при других точных измерениях. Открытая справочно-информационная система, охватывающая территорию Ямала, в которой информация о состоянии электромагнитного поля собирается в режиме реального времени, позволит учесть факторы внешнего космического воздействия и их влияния на технологические системы. Для создания такой системы необходимо установить цифровую магнитно-вариационную станцию (ЦМВС) в ключевых точках Ямала. Реализация этих работ проводится в рамках договоров между ИЗМИРАН и Администрацией ЯНАО, а также договоров с ООО «Газпром добыча Ямбург» и ООО «Газпром добыча Надым».

3. Эколого-медицинское направление. Как известно, у лиц сменной и вахтовой работы наблюдаются нарушения деятельности организма, в том числе возникающих под воздействием магнитных бурь. В недавних исследованиях (С.И.Рапопорт) было показано, что одним из самых главных механизмов такого воздействия является нарушение продукции мелатонина (гормона эпифиза). Очевидно, что оперативная информация о состоянии магнитного поля может быть использована для профилактики нарушений деятельности организма человека, возникающих под воздействием магнитных бурь, особенно у лиц сменной и вахтовой работы, что позволит повысить их адаптивные возможности, улучшить состояние здоровья, что в конечном итоге принесет существенный экономический эффект. Первые положительные результаты были получены в Институте медицинских проблем Крайнего Севера (г. Надым) в 2007-2009 гг., где был установлен магнитометр для оценки состояния магнитного поля Земли. Очевидно, что такая же информация будет п олезна и для других городов и поселков Ямала. Нужная информация должна поступать через открытую региональную справочно-информационную систему «Полярная геофизика Ямала».

4. Образование и просвещение (Public Outreach and Education). В качестве первого шага по данному направлению с поддержкой Администрации ЯНАО в 2009 году была установлена цифровая магнитно-вариационная станция (ЦМВС) в пос. Сеяха в школе-интернате. Администрация ЯНАО взяла на себя финансирование расходов, связанных с изготовлением и транспортировкой ЦМВС, приобретением иного необходимого оборудования, приглашением специалистов по настройке прибора и т. п. ИЗМИРАН подготовил научно-образовательный проект «Возмущения магнитного поля как проявления космической погоды». Следующим шагом является работа по освоению в школах ЯНАО образовательной программы с использованием получаемых данных, методическое сопровождение проекта на долгосрочной основе и использование данных по ЦМВС в пос. Сеяха в реальном времени для мониторинга магнитного поля Земли. В дополнение к этому предлагается использовать базу данных магнитометров на Ямале, выставленных в сети Интернет. Кроме магнитных данных предлагается использовать данные по полярным сияниям.

Направление «просвещение» связано с большим интересом к магнитным бурям и полярным сияниям со стороны рядовых жителей Ямала. Эту функцию выполняют средства массовой информации и телевидение. Предлагается передавать информацию о состоянии магнитного поля на Ямале в виде регулярных сообщений, а также вести разъяснительную работу среди населения.

Инструменты. Плотные сети магнитометров являются наиболее простым, надежным и информативным способом исследований воздействия Солнца на магнитосферу Земли. Солнечная плазма в виде солнечного ветра проникает в околоземное пространство, формирует токовые системы в магнитном поле Земли и влияет на всю цепочку процессов в системе магнитосфера-ионосфера-атмосфера. В полярных широтах это воздействие приводит к возникновению мощных ионосферных токов. Характерным явлением становится появление полярных сияний, отражающих быстрое изменение пространственно-временных характеристик токовых систем. Исследование этих характеристик и мониторинг полярных геомагнитных возмущений является важной научной и прикладной задачей.

В Арктике сложилось несколько полигонов, где расставлено большое количество магнитометров. В Скандинавии их число достигает более 40, причем значительная часть данных доступна в реальном времени по сети INTERMAGNET. Это сервер в Тромсе, Норвегия и в Финляндии. Кроме систем сбора магнитных данных работают система контроля ионосферы с помощью радаров SuperDARN, система контроля поглощения в ионосфере по риометрам, проект Университета в Ланкастере, Англия, наземная сеть съемки полярных сияний с помощью камер всего неба в Канаде. Отдельно надо упомянуть радары некогерентного рассеяния, работающие в Тромсе, на Шпицбергене, в Гренландии, на Аляске которые дают новые исследовательские данные по физике ионосферы. Вся эта армада наземных установок и приборов действует согласованно с инструментами в космосе, где на разных орбитах действуют спутниковые платформы с которых ведется мониторинг всех электромагнитных параметров космической среды от высот в 500 км до орбиты Луны. Несколько спутников ведут съемку полярных сияний, так что имеется возможность исследовать их динамику во время развития магнитных возмущений.

Все станции вели аналоговую регистрацию. Аналоговые записи на магнитно-вариационной станции «ИЗМИРАН-4» сданы в Мировой центр данных (МЦД) по Солнечно-Земной физике в Москве и продублированы в других МЦД за рубежом.
С 1985 года часть станций вела цифровую регистрацию. Эти данные находятся сайте ИКИ РАН.

На карте-схеме красным цветом выделены станции, составляющие основу проекта «Полярная геофизика Ямала». Вся сеть делится на две части: