Какими методами сегодня пользуются геологи для поисков
полезных ископаемых? Как открывают новые минералы и почему это важно? Можно ли
заглянуть вглубь Земли? И как это происходит? Об этом рассказывает член-корреспондент
РАН Николай Николаевич Крук, директор Института геологии и
минералогии Сибирского отделения Российской академии наук.
Член-корреспондент РАН Николай Николаевич Крук. Фото из
его личного архива.
– Николай Николаевич, когда и с какой целью был создан ваш институт?
– Наш институт – один из старейших в новосибирском Академгородке. Он был создан
в 1957 г. как Институт геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР, и в
2022 г. нашему институту исполнилось 65 лет.
Цель создания Института геологии и геофизики, как и всего Сибирского отделения
академии наук, двоякая. С одной стороны, это развитие фундаментальной науки в
Сибири, с другой – научное обеспечение масштабных процессов развития Сибирского
региона, которые шли в 1950-60-х гг. Я говорю о развитии экономики, наращивании
минерально-сырьевой базы региона, развитии социальной сферы. В этот процесс
институты Сибирского отделения активно включились с самого момента своего
создания. И наш институт не был исключением.
За прошедшие годы наши ученые принимали участие в поиске и открытии
месторождений алмазов Якутии и в Архангельской алмазоносной провинции, в
прогнозе месторождений золота, серебра и платиноидов в разных регионах Сибири,
в изучении уникальных рудных объектов Арктической зоны, в решении ряда
важнейших экологических проблем Южной Сибири. За эти годы институт превратился
в мощный центр фундаментальной науки. Сегодня ИГМ СО РАН – это 22 лаборатории,
которые ведут исследования по широкому кругу проблем в науках о Земле и смежных
дисциплинах. У нас мощный кадровый потенциал – около 300 научных сотрудников,
из них пять членов РАН, 84 доктора и более 170 кандидатов. Ежегодно мы
публикуем более 300 научных статей, из них больше трети – в высокорейтинговых
международных журналах.
Видеоверсия интервью на сайте ВК →
– Каков ваш личный круг интересов как ученого?
– Свою научную деятельность я начал с исследования олово-вольфрамоносных
гранитов Южного Памира. Затем было изучение гранитоидного магматизма Алтая.
Постепенно круг научных интересов расширялся, и сейчас наша группа в основном
сконцентрирована на изучении процессов формирования и преобразования
континентальной коры.
Так, на примере юга Сибирского кратона и прилегающих областей
Центрально-Азиатского складчатого пояса нам удалось показать, что изучение
гранитоидов позволяет, образно говоря, заглянуть в глубины Земли и установить
природу и состав пород, находящихся на глубинах в несколько десятков
километров. Это я считаю главным достижением нашей гранитной школы за последние
десять лет.
В этом направлении постоянно возникают новые идеи, которые хочется проверять и
развивать. Например, сейчас мы занимаемся исследованием механизмов образования
лейкократовых гранитов, обогащенных кварцем. В прошлом году нам удалось
получить грант Российского научного фонда для изучения магматизма Алтая,
Забайкалья и Восточного Казахстана, где с такими породами связаны
многочисленные рудные месторождения.
– Какие новые методы вы применяете в своей работе?
– Мы применяем достаточно широкий спектр методов. Прежде всего, основа любого
исследования в науках о Земле – это хорошая надежная геологическая база. Очень
важно тщательно изучить объект «в поле», зафиксировать соотношение
геологических тел в пространстве и времени, их связь между собой,
последовательность формирования и отношения с вмещающими породами. Без этой
основы все генетические построения и петрологические модели могут оказаться
ненадежными.
Любой геологический объект существует в треугольнике «структура – состав –
возраст». Структура исследуется в основном в «поле», состав и возраст
анализируются в лабораториях. Для таких исследований мы применяем разное
оборудование. Самое простое – обычные петрографические микроскопы и бинокуляры,
позволяющие производить оптическое изучение горных пород в образцах и шлифах.
Затем производятся элементный анализ пород, изучение состава, внутреннего
строения и структуры минералов. Здесь используются комплекс рентгеновских
методов, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, электронная и
сканирующая микроскопия.
Третья вершина треугольника – возраст тех или иных горных пород и минеральных
ассоциаций. Для решения этих проблем у нас также есть необходимое оборудование
и высококвалифицированные сотрудники. В нашем институте действует единственный
на всю Россию центр изотопной геохронологии, в котором соединены возможности
U/Pb- и Ar/Ar-датирования. Дело в том, что для того, чтобы узнать историю
горной породы (неважно – гранита, сланца или руды), недостаточно выяснить
только возраст ее образования. В природе геологические тела и породы имеют
длительную, многоэтапную историю, в ходе которой в них происходят трансформация
исходных и даже образование новых минералов. Именно комплексное датирование по
набору минералов, соответствующих разным этапам истории, с использованием комплекса
методов позволяет реконструировать всю историю пород, включая их формирование,
преобразование с исходной глубины к земной поверхности.
Очень важным при исследованиях рудных месторождений оказался разработанный в
нашем институте подход к определению возраста 40Ar/39Ar-методом по серициту,
«законсервированному» в рудном кварце. С помощью этого подхода удалось
расшифровать историю формирования многих месторождений благородных металлов.
Это подтверждается нарастающим потоком публикаций. В качестве примера можно
привести опыт изучения уникального по запасам (более 1500 тыс. т) золоторудного
месторождения Олимпиада Енисейского кряжа. История формирования этого
месторождения длилась более 100 млн лет и насчитывала не менее шести этапов,
обусловленных геологическими процессами разной природы – метаморфизмом,
магматизмом, тектоническими деформациями.
Конечно, не все аналитические исследования мы можем провести у себя, но у нас
налажено активное сотрудничество со многими институтами из разных городов:
Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Иркутска, Улан-Удэ, Владивостока,
Апатитов. Мы очень плотно работаем практически со всей Россией.
– Есть ли в вашем институте что-то оригинальное, уникальное?
– К уникальным достижениям, полученным в нашем институте, нужно отнести
результаты по экспериментальной минералогии и росту кристаллов. В нашем
институте создан уникальный комплекс оборудования для экспериментов при высоких
температурах и давлениях. В его основе – разработанные нашими учеными аппараты
БАРС (беспрессовый аппарат «разрезная сфера»).
Станция высоких давлений на базе установок БАРС в ИГМ СО
РАН. Фото из личного архива Н. Н. Крука.
По совокупности характеристик и возможностей комплекс не имеет аналогов в
мировой практике. С его помощью специалисты института решают задачи по
моделированию процессов мантийного минералообразования и экспериментальному
обоснованию механизмов образования алмаза в природе. Результаты этих работ
опубликованы в самых высокорейтинговых международных журналах.
Другой класс задач связан с исследованием процессов роста алмаза. В свое время
сотрудники института впервые в отечественной практике решили проблему
выращивания крупных высококачественных кристаллов алмаза. Сейчас
разрабатываются методы создания функциональных алмазов для
высокотехнологических задач. Доказана реальная перспективность применения
полученных кристаллов в качестве алмазных наковален, алмазного инструмента для
офтальмологии и нейрохирургии, детекторов ионизирующих излучений, элементов
квантовой электроники, рентгеновской и инфракрасной оптики. В настоящее время
создаются алмазные рентгенооптические элементы, которые будут использованы на
Сибирском кольцевом источнике фотонов (СКИФ).
В области аналитических исследований, помимо центра изотопного датирования, о
котором я уже говорил, это группа, которая занимается определением
микроэлементного состава горных пород и минералов. По своим компетенциям она,
безусловно, лучшая за Уралом. Здесь важно отметить, что ее уникальность
заключается не столько в наборе оборудования (оно, впрочем, вполне
соответствует высоким мировым стандартам), сколько в исключительности тех
методических подходов, которые разработаны нашими специалистами-аналитиками.
Иными словами, уникальность сосредоточена в тех руках и головах, которые
используют наши приборы и получают высококлассные результаты.
– О чем идет речь?
– Заведующий лабораторией рентгено-спектральных методов анализа, кандидат
геолого-минералогических наук Николай Семенович Карманов – действительно
уникальный специалист, способный выжать из оборудования максимум возможностей.
Чтобы поработать на сканирующих электронных микроскопах в его подразделении,
очередь стоит на месяцы. Причем это не только ученые нашего института. Работать
с Николаем Семеновичем считают за счастье научные сотрудники всех рангов из
научных и научно-производственных организаций всей России.
– Почему?
– Дело в том, что зачастую наши умельцы способны делать даже то, для чего
оборудование, вообще говоря, не предназначено. Например, электронная
сканирующая микроскопия по регламенту производителей оборудования может быть
использована для качественного, в лучшем случае полуколичественного химического
анализа. Наши специалисты подумали и нашли подходы, которые позволяют
использовать это же самое оборудование для количественного анализа. Полученные
результаты поначалу вызывали вопросы и сомнения, но сегодня их уже с
удовольствием принимают к публикации весьма уважаемые научные издания. Эти
результаты позволяют решать сложные вопросы минералогии и петрологии, включая и
открытие новых минералов.
– Каковы перспективы развития вашего института?
– Планов у нас очень много, и связано это с тем, что институт у нас
разноплановый. Например, у нас есть лаборатории, где занимаются изучением
магматизма и рудоносности. Существует группа лабораторий, изучающих общие
закономерности геологического и тектонического развития территорий и отдельных
геологических структур. Об экспериментальных исследованиях и выращивании
алмазов я уже говорил. Есть лаборатория, занимающаяся выращиванием нелинейных
оптических кристаллов, которые применяются для детекторов в самом разнообразном
оборудовании, начиная от медицинских приборов и заканчивая различной
спецтехникой, используемой силовыми структурами. Большая группа исследователей
занимается изучением современной геологии, эволюцией рельефа, климата. У нас
очень дружный и квалифицированный коллектив, где почти у каждого сотрудника
есть масса планов и идей, которые хотелось бы воплотить в жизнь.
– Какую научную идею вы лично хотели бы реализовать?
– Здесь, наверное, стоит говорить не о моих личных желаниях, а о проблеме «на
злобу дня». Сейчас российская геологическая служба, к сожалению, находится в
тяжелом положении. Она понесла тяжелые потери в 1990-е гг. Да и в последующие
годы ситуация для геологических экспедиций складывалась не лучшим образом. Как
следствие, возникли большие проблемы с ресурсами, в первую очередь со
стратегическими металлами. В последние лет десять у нас было принято считать,
что не надо искать новые месторождения: запасов еще много, а чего не хватит,
купим. Но сейчас введены санкции и стало ясно: не купим, не продадут. Многие
виды минерального сырья нам нужны «еще вчера», а их нет и сегодня, и завтра
утром пока не видно.
В то же время потенциал академических институтов удалось сохранить. Я говорю в
первую очередь о сибирских институтах: не только о нашем, но и о тех, что
находятся в Иркутске, Якутске, Улан-Удэ. Накопленные нашими специалистами
знания и опыт могут помочь решить проблему прогноза и поиска новых
месторождений, дать в руки геологов новые инструменты. Но для этого нужна
большая государственная программа, которая объединила бы академические и
отраслевые институты, геологические экспедиции и горнодобывающие компании. Мы
пытаемся работать в этом направлении, находим контакты с рядом крупным
добывающих компаний. Однако это почти чистый энтузиазм. Крупная программа – это
другие возможности, более сжатые сроки, более высокая эффективность и
масштабные результаты.
– Знаю, что некоторые геологи могут похвастаться тем, что открыли новый
минерал. Нет ли таких в вашей копилке научных приобретений?
– Только в 2022 г. зарегистрированы два новых минерала. Один из них – гачингит,
селенотеллурид золота. Он обнаружен в рудах далекого месторождения Малетойваям
на севере Камчатки. Второй – сложный сульфид иридия и никеля – найден в
россыпях Восточного Саяна. В честь известного русского писателя и ученого Олега
Михайловича Куваева, автора знаменитой «Территории», он назван куваевитом. В
открытии обоих минералов большую роль сыграла Надежда Дмитриевна Толстых,
доктор геолого-минералогических наук и ведущий научный сотрудник нашей
лаборатории.
– Что чувствует геолог, когда открывает новый минерал?
– Лично мне не довелось открыть ни одного. Но у людей, которым такое счастье
выпало, бывает состояние, близкое к эйфории.
– Казалось бы, мы живем на этой планете уже не одно тысячелетие, должны о
ней знать все, а чуть ли не каждый день открываем что-то новое.
– Уверяю вас, о своей планете мы знаем очень мало. О ее недрах нам известно
гораздо меньше, чем о ближнем космосе. Копать слишком глубоко, к сожалению,
пока не получается. Самая глубокая скважина у нас – около 12 км, а радиус Земли
не намного меньше 6,5 тыс. км. В природе мы можем изучать те породы и минералы,
которые находились на глубине 100, 150, редко 200 км и были вынесены оттуда
глубинными магмами. Эти ксенолиты, которые находят в кимберлитах и щелочных
базальтах, – коробочка, под завязку набитая информацией о тех глубинных
областях Земли, в которых эти породы находились. Это уникальные объекты для
исследования.
– Как вы думаете, доживем ли мы до тех времен, когда наши технологические
возможности позволят нам заглянуть вглубь Земли, увидеть и узнать, как она
устроена изнутри?
– Увидеть – точно нет. Узнать – почти наверняка да. Хотя, я думаю, в течение
ближайших 100 лет у нас не будет создано материалов, которые позволят выдержать
условия в глубине Земли, и методов, способных это оборудование туда отправить.
К сожалению, путешествие к центру Земли пока остается в области фантастики. Но наши
знания будут расти.
Источник: «Научная Россия».
Беседовала Наталия Лескова.
Оператор: Алексей Корноухов.