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.
— 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.
— 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
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.
Фото из личного архива Н.Н. Крука
