Юрий Костицын об одном из старейших столичных академических институтов – геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского
– Юрий Александрович, мы находимся в стенах одного из старейших столичных академических институтов – геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. Давайте вспомним историю института, когда он возник и с какой целью.
– Институт образовался в 1947 году, но интересна и предыстория его создания. В октябре 1928 года, то есть уже 90 лет тому назад, вышло постановление Совета народных комиссаров об образовании лаборатории биогеохимии – БИОГЕЛ, руководить которой стал Владимир Иванович Вернадский – известный ученый, академик. Там было два отдела, и руководить химическим отделом Владимир Иванович пригласил совсем еще тогда молодого человека – Александра Павловича Виноградова. Ему было что-то около 33 лет. Сейчас мы таких ребят считаем молодежью.
В те годы были проведены первые исследования химического состава живого вещества, первые изотопные исследования, в частности тяжелой воды. Александр Павлович Виноградов сам очень интересовался всевозможной химической аналитикой, и в лаборатории эти новые методы разрабатывались и развивались. Когда в 1945 году американцы совершили бомбардировку японских городов, то руководство нашей страны очень серьёзно взглянуло на проблему создания ядерного оружия. Работы в этом направлении велись и раньше, но не так интенсивно, как после Хиросимы и Нагасаки. Теперь все ресурсы страны были брошены на то, чтобы исключить доминирование Америки в этом вопросе, достичь некоего паритета. Советскую бомбу было решено создавать на основе плутония-239-го. Его в природе нет, то есть, его надо было получать в реакторе путем облучения 238-го урана нейтронами. Процесс довольно сложный. Плутоний сам по себе ядовитый, нужна была очень высокая степень очистки его от других элементов. Для решения всех этих технологических задач нужна была очень точная и тонкая химическая аналитика для контроля всех химических операций. Тогда руководство Академии, которая активно в этом участвовала, и всей страны использовали все имеющиеся для этого ресурсы.
Посмотрели: так, а кто готов? Какая организация, какой институт или лаборатория готовы к тому, чтобы проводить такие исследования? И выяснилось, что готовой была эта лаборатория биогеохимии. Владимир Иванович Вернадский ушёл из жизни в 1945 году, и к тому моменту руководил этой лабораторией Александр Павлович. В 1947 году лабораторию преобразовали в институт. Первая и главная задача института была именно работа по созданию атомной бомбы. Конечно, скорость, с которой тогда люди работали, потрясает. В декабре 1948 года был запущен первый реактор по получению плутония, к февралю 49-го получили первую порцию оружейного плутония. В августе 1949 года, то есть через несколько месяцев, было произведено первое испытание бомбы. То есть, на всё меньше года. Сейчас, в наших нынешних условиях, я думаю, что за это время мы бы даже не успели бы согласовать какую-нибудь проектную документацию, договора заключить на то, чтобы подобные работы производить. А тогда был мощнейший прорыв. Наш институт с 1947 года начал активно развиваться. У нас до сих пор очень сильный отдел аналитической химии, который продолжает эти исследования. Но теперь лаборатории этого отдела в значительной мере переключились с задач получения оружейных радиоактивных материалов на вопросы переработки отработанного топлива, экологические задачи. Мы все знаем, что были катастрофы, связанные с выбросами радиоактивных веществ, поэтому эти направления исследований очень важны.
Другое направление, которое тоже возникло в первые же годы, связано с геохимией, с поисками полезных ископаемых. В первую очередь тогда многие наши исследователи были нацелены на поиск урана, потому что первые порции урана, которые использовались для получения плутония, были вывезены из Германии после войны. Немцы работали над "новым оружием", но, слава богу, не успели его довести до реализации, а то была бы мировая катастрофа. А теперь нам нужен был свой уран. И первые геохимические лаборатории были нацелены как раз на его поиски. Потом задачи расширились – начались геохимические исследования глубинных зон земли, всевозможных пород земной коры, мантии. Очень важная веха была связана с исследованиями внеземного вещества, особенно после того, как на землю был доставлен лунный грунт.
– Так называемая космохимия?
– Да, эти исследования начались, конечно, гораздо раньше, потому что и Александр Павлович Виноградов, и его коллеги занимались изучением метеоритного вещества ещё до начала космической эры. Это тоже было очень важно. Еще Вернадский нацеливал на комплексное исследование Земли как части Солнечной системы и всего космоса. С этой точки зрения метеоритное вещество всегда представляло интерес, поэтому сейчас у нас в институте хранится и исследуется самая большая коллекция метеоритов в стране.
– Вы имеете в виду ваш знаменитый Музей внеземного вещества?
– Там сейчас небольшая выставка, но мы надеемся, что нам удастся его расширить. У нас еще в советское время было построено здание для будущего музея. Но тогда возникли проблемы с организацией микроклимата, всё это оказалось неимоверно дорого, денег у Академии не нашлось. А потом просто закончился советский период. Это здание сдавали в аренду, и сейчас оно в неприглядном состоянии внутри – требует ремонта. Мы планируем все-таки довести эту работу до конца и создать-таки нормальный, полноценный музей внеземного вещества, где мы могли бы представить все наши архивные ценности. А их немало.
– А что за внеземное вещество хранится в ваших архивах? Расскажите, откуда эти метеориты прилетели, какой состав, есть ли что-то такое, чего нет у нас?
– Они самые разные. Внеземное вещество, конечно, резко отличается от того, что встречается на поверхности нашей планеты. Ведь на поверхности Земли мы с вами видим породы земной коры, которые образовались в результате плавления мантийного вещества и последующей их эволюции. До земного ядра мы вообще добраться не можем. Мы знаем, что это металлы, железно-никелевые сплавы, а также некоторое количество лёгких элементов. А метеоритное вещество даёт нам представление о том, каким по составу может быть ядро и мантия Земли и других планет. Тут есть, конечно, свои проблемы, потому что, чем глубже мы его изучаем, тем больше понимаем, что есть и некие важные отличия состава земного вещества от тех или иных групп метеоритов. Так вот, космические исследования в институте значительно расширились и активизировались с началом космической эры, особенно после полета Гагарина. Иногда я спрашиваю своих студентов: вы знаете, что в 80-90-е годы в мире произошла революция в развитии аналитической техники, появилось огромное количество очень точных, чувствительных приборов для анализа вещества, самых разных – для изотопного, химического анализа. Как вы думаете, каким образом это может быть связано с полетом Гагарина? Я задаю такой вопрос и вижу недоумение на их лицах. А связь, надо сказать, прямая. После запуска первого нашего спутника, а затем человека в космос американцы почувствовали себя отставшими. И президент Кеннеди загорелся идеей первыми высадиться на Луну – точно так же, как у нас загорелся Хрущев тем, что «вот мы пошлем первого человека в космос и будем впереди планеты всей».
– И ведь были!
– И были. И Кеннеди поставил цель, чтобы концу десятилетия – это 60-е годы – американский астронавт высадился на лунной поверхности. Как вы знаете, они этого добились.
– Хотя некоторые считают, что этого не было.
– Это спекуляции, это глупости. Лунное вещество доставлено американцами, доставлено нашими автоматическими станциями, оно довольно сильно отличается от земных пород. Если бы американцы, скажем, это все инсценировали, им нужно было бы представить некое вещество, которое соответствовало бы по химическому и минеральному составу лунному веществу, которое доставили наши автоматические станции. Это раз. Второе – наши тогда тщательнейшим образом следили за всеми действиями американцев. Слышны были все переговоры между астронавтами и Землей. И если был бы хоть какой-то намек на то, что это инсценировка, наши это тут же опубликовали бы. Это был бы мощный международный скандал. Конечно же мы стремились первыми забрать грунт с помощью лунохода, но это не удалось. Наша Луна-15 стартовала на три дня раньше Апполона-11, в котором были Армстронг, Олдрин и Коллинз. Американцы, кстати, очень опасались, что мы с помощью своей станции повредим их спускаемый аппарат или еще что-нибудь устроим. Но у нас в мыслях такого не было. Однако ж и опередить их нам не удалось, Луна-15 потерпела аварию. Позже, вы знаете, у нас были успешные миссии. И у американцев было шесть из семи успешных миссий. Лишь «Аполлон-13», потерпел аварию еще по дороге к Луне. Астронавты чудом спаслись. Они долетели до Луны, использовали ее гравитацию для того, чтобы развернуться и вернуться на Землю.
– Но вернемся к вашему лунному грунту… Что он вам «рассказал»?
– Да, доставленные нашими автоматическими лунными станциями образцы хранятся у нас. До появления в нашем распоряжении внеземного вещества мы не знали, как образовалась Земля, как возникла Солнечная система. Были самые разные гипотезы, самые разные модели, но точного знания не было. Сопоставление изотопных и химических данных по земному и внеземному веществу показало, прежде всего, что планеты Солнечной системы и Солнце возникли в едином процессе из газопылевого облака, когда сформировалась звезда, а вокруг неё возникли планеты и огромное количество малых тел, которые планетами не являются.
– А что по поводу образования Луны? Всё теперь ясно?
– Было множество точек зрения о том, как образовалась Луна. И до сих пор не всё еще решено, до сих пор споры имеют место. Многие – особенно западные ученые – предполагают, что Луна возникла в результате катастрофического события, так называемого мегаимпакта, когда тело размером с планету, такую как Марс, например, столкнулось с Землей, значительная часть планетного материала была расплавлена, выброшена, и потом из этого материала сформировалась Луна. Но сопоставление многих геохимических и изотопных данных по лунному и земному веществу говорит о том, что никакого гигантского импакта могло не быть, что они вполне могли образоваться в едином процессе, из единого пылевого облака как двойная система.
– То есть, это был эволюционный процесс, а вовсе не катастрофа.
– Да, хотя там, конечно, могли быть какие-то катастрофические явления, связанные с падением достаточно крупных тел, которые называются планетезимали. Научный руководитель нашего института академик Эрик Михайлович Галимов на эту тему недавно выпустил книгу. У него очень интересные в этом отношении наработки совместно с математиками, с физиками. Из этих работ следует, что при определенных условиях могут сформироваться два зародыша, два гравитационных центра, которые к себе будут стягивать пылевые частички. Так возникает двойная система.
– А с Марсом, значит, вообще возникла тройная система? Ведь сегодня известно, что у него было даже не два, а три спутника
– Вполне возможно, что было и больше. Постепенно их орбиты меняются, и через несколько миллионов лет Фобос упадёт на Марс, а Деймос со временем будет Марсом утерян.
– А Луна упадёт на Землю?
– Луна от нас отдаляется, а вот поверхность Солнца со временем достигнет орбиты Земли. Мы можем на эту тему не беспокоиться еще очень долго, по крайней мере несколько миллиардов лет.
– Успокоили! Но давайте вернёмся к институтским исследованиям.
– Мы участвовали практически во всех космических исследованиях, которые так или иначе были связаны с доставкой внеземного вещества на Землю. Сначала лунного вещества, потом были миссии к Фобосу. Одна из лабораторий нашего Института занимается разработкой аналитических приборов для исследования в космосе, мы посылали приборы на Венеру, к Марсу, на Луну. Мы участвовали активнейшим образом в подготовке программы «Фобос-Грунт».
– Но это печальная история.
– Да, невесёлая. Если бы не произошло этой аварии, если бы все-таки до Фобоса долетел наш спускаемый и возвращаемый аппарат, то вещество, доставленное со спутника было бы здесь, у нас, и мы бы его изучали. Мы готовили программу по приборному оснащению лабораторных исследований грунта Фобоса, по тем вопросам, которые планировали изучать, в частности, о проверке генетической связи спутников с самим Марсом. Вещество Марса в виде марсианских метеоритов у нас имеется, и поэтому гораздо интереснее было изучить материал именно его спутника.
– А сейчас какие у вас работы ведутся в этом направлении?
– Есть программы космических исследований – в частности, «Луна-Глоб», "Луна-Ресурс", планируется целая серия запусков к Луне, в том числе возобновить работы по доставке лунного грунта на Землю. Ведь сейчас у нас имеется всего лишь несколько точек, где проведено опробование. Этого недостаточно. В этих работах, конечно, будет участвовать наш институт. Совместно с Институтом космических исследований мы готовимся к этой работе. К сожалению, доставка лунного грунта – это всё довольно далёкие планы, после 2025 года, мы разучились работать быстро, как в 60-70-е годы. Ну, и на проекте «Фобос-грунт» не поставлена точка. Все мы надеемся, что он всё-таки состоится.
– Юрий Александрович, давайте подробнее коснемся той научной тематики, которой лично вы занимаетесь, – геохимии изотопов. Что это за научная область?
– Что нам дают изотопные исследования? Здесь есть, по крайней мере, два важных направления. Первое – с помощью изотопных систем, в которых долгоживущие, но радиоактивные изотопы распадаются в дочерние изотопы, мы можем определять возраст горных пород, минералов, самой Земли, метеоритов. Все это определено именно с помощью изотопных методов. До появления в нашем арсенале изотопных методов мы вообще не представляли, сколько лет Земле.
– На глазок определяли?
– В прежние века вся наука делалась в монастырях, и ещё в XIX веке многие люди считали, что Земле примерно 6 тысяч лет, потому что так было записано в Библии. В XVII веке Была создана специальная комиссия под руководством епископа Ашшера, которая с точностью до четверти часа указала, какого числа и во сколько Господь сотворил Землю. А с появлением изотопных данных мы вдруг узнали, что внеземному веществу, вместе с которым одновременно возникли и планеты, больше 4,5 миллиардов лет.
– Да уж, немножко другой возраст.
– Совершенно другие показатели. Соответственно, геологические процессы, в течение которых развивались всевозможные биологические события, тоже совершенно иные. Это не сотни и не тысячи лет – это миллионы и миллиарды лет. В прикладном аспекте геохронология, конечно же, тоже очень важна. Скажем, если нас интересует, где искать какие-нибудь месторождения нужных нам элементов, нам надо знать, как они образуются, когда они образуются, в результате чего протекают те или иные процессы, когда происходит концентрирование элементов. На примере уже известных месторождений мы изучаем, в результате каких процессов они возникли, связаны ли они с окружающими их породами или на них наложились позднее; возникли в результате того, что протекал магматический процесс или по другой причине? Геохронология позволяет ответить на многие из этих вопросов, а значит, сказать нам, с какими типами пород могут быть связаны те или иные месторождения. Если мы в результате картирования устанавливаем, что где-нибудь на обширных территориях Сибири или Дальнего Востока развиты гранитоиды, то, может быть, там надо искать и золотые месторождения. Собственно, так это и было сделано. Золоторудные провинции были открыты, что называется, на кончике пера.
Другая часть изотопных исследований – это изотопная геохимия. Попробую сформулировать это как можно короче и как можно проще. Химические исследования того или иного материала указывают на то, из чего состоит тот или иной образец горной породы. А изотопные исследования позволяют оценить, каков был состав источника этой породы – источник, до которого мы не доберемся, поскольку он может быть где-то на больших глубинах. Изотопные исследования позволяют заглянуть на эту глубину – в тот этап эволюции материи, который нам недоступен.
– Это тот этап, когда оно только зародилось?
– Да. Из того вещества уже образовалось что-то другое, новое. Это новое – то, что сейчас существует, порода, которую мы и исследуем.
– То есть, изотопные методы – это такая машина времени в ваших руках?
– Можно и так сказать. Они нам позволяют заглянуть в далекую предысторию породы.
– И какую, например, важную историческую информацию удалось выяснить таким образом?
– Моя первая работа, которая потом стала кандидатской диссертацией, – это исследования золоторудного месторождения в Кызылкумах. Тогда это была территория Советского Союза. Гигантское месторождение Мурунтау. Когда я туда приехал еще совсем молодым человеком, там конкурировали две гипотезы, как сформировалась эта рудная нагрузка. Первая – она связана с процессами регионального метаморфизма, когда в результате прогрева активизировались потоки растворов, золото было мобилизовано из огромных объёмов пород с низкими его концентрациями и было переотложено в виде рудных жил в некой благоприятной точке. Вторая гипотеза – это было не региональное метаморфическое событие, а результат более поздних магматических процессов. Это глубинное вещество земной коры было прогрето, и запустились опять же гидротермальные системы, которые привели к концентрированию рудного вещества.
– А изотопный анализ на тот момент не проводился?
– Попытки были, но, скажем так, недостаточно интенсивные.
– И тут приехали вы…
– Да, мне стало интересно, как это можно было продатировать. Это была непростая задача – определить возраст рудных жил и сопоставить его с метаморфическими и магматическими событиями. Но я все-таки эту работу провел, и выяснилось, что да, действительно, за рудообразование отвечает магматизм, и со мной согласились даже апологеты метаморфогенной гипотезы. Это была первая моя серьезная большая работа. А потом были исследования, тоже отчасти связанные с рудными процессами. Есть такая группа пород, которая называется редкометалльные граниты, с которыми связаны месторождения тантала, ниобия, лития, вольфрама, олова, и их происхождение тоже было загадочно. Тоже были разные гипотезы. Одни предполагали, что есть признаки магматического происхождения этих пород, другие очень авторитетные люди считали, что это вероятно результат метасоматических воздействий, то есть воздействий растворов на окружающие породы и преобразование этих пород до состояния редкометалльных гранитов. Наши исследования показали, что, во-первых, это изначально магматические процессы. Геохронологическая, изотопная часть была как раз на мне, и нам удалось показать, что очень интересно, что эти магматические процессы в геологическом смысле очень быстрые. Они длятся, по-видимому, много меньше одного миллиона лет, чего раньше никто даже не предполагал.
– Насколько точны ваши измерения?
– Когда изотопные исследования только начинались в начале XX века, первые результаты были отягощены довольно большими погрешностями. Погрешности у наших измерений есть всегда, и наша задача каждый раз, когда мы проводим те или иные исследования, получить как можно более точный результат с помощью новых приборов либо, модифицируя методики исследования, добиться более высокой точности. Со временем мы все лучше и лучше можем определять значения возраста горных пород. Сейчас, если погрешность определения возраста на уровне одного процента, то это очень неплохой результат, он будет полезен и нам, и нашим коллегам разного профиля.
– Юрий Александрович, а что эти знания дают с прикладной точки зрения?
– Чем лучше вы знаете некий процесс, который для вас представляет практический интерес, тем проще вам будет понять, принять решение, где, скажем, искать то или иное месторождение, или расширить запасы на уже известном рудном поле. То же золото или литий, тантал, необходимы в полупроводниковой промышленности. Без этих элементов невозможно создание компьютеров, телефонов, батареек. Это элементы, которые в радиотехнике используются постоянно, и без них современная жизнь просто невозможна.
– Иначе говоря, фундаментальные исследования всегда напрямую связаны с прикладными результатами, хотя и не всегда ясно, какими они будут.
– Да, иногда напрямую, иногда через какое-нибудь дополнительное звено.
– Какие у института есть перспективы?
– Наши работы высоко востребованы. Помимо всего уже перечисленного, есть ещё, например, проблема переработки отходов ядерного топлива. Дело в том, что при переработке ядерного топлива образуется огромное количество растворов с высокими активностями, и их хранить опасно. Наш институт, конкретно лаборатория радиохимии, одна из старейших лабораторий нашего института, занимается этой проблемой. Руководит лабораторией Сергей Евгеньевич Винокуров, ученик академика Бориса Федоровича Мясоедова. Они занимаются получением твердых матриц, в которых можно захоранивать на долгие годы, на десятилетия и даже столетия, эти радиоактивные отходы. Это гораздо безопаснее. Во-первых, там концентрируется вещество, во-вторых, оно твердое, оно не потечет, если что, даже если какое-нибудь хранилище в результате аварии вскроется. Они разрабатывают технологии изготовления всевозможных твердофазных матриц, что сейчас пользуется горячим спросом..
– Это очень интересно.
– Да, это очень интересное и важное направление. Ещё одно направление – это наша биогеохимия, где тоже немало приложений. Во-первых, есть такое направление, как выяснение всевозможных заболеваний, связанных с составом пород, которые нас окружают, – так называемые эндемические заболевания. У нас в институте такие исследования проводятся. Экологические исследования, воздействие загрязнения окружающей среды на живой мир. Татьяна Ивановна Моисеенко, член-корреспондент РАН, заведует отделом биогеохимии. Она крупнейший специалист в стране в этом направлении. У неё очень интересные идеи, связанные с тем, что лучше всего в качестве монитора уровня загрязнения территорий использовать малые озера, малые природные водоёмы, которые чувствительно откликаются на всевозможные изменения окружающей среды. Они изучают живые организмы, состав почвы, донных отложений, воды, проводят комплексные исследования.
– А как у вас в институте с молодежью?
– Спасибо, что вы затронули этот вопрос. Ещё когда директором Института был Эрик Михайлович Галимов, у нас уже был взят курс на то, чтобы принимать на работу молодых ребят без всяких ограничений. Студентов, аспирантов, выпускников, давать им зеленый свет, может быть, даже иногда в ущерб возможному повышению зарплаты более зрелым нашим сотрудникам. И они, надо сказать, всегда относились к этому с пониманием. Поэтому с молодежью у нас дела обстоят неплохо. Ребята идут к нам с химфака МГУ, из Менделеевского института, с геологического факультета МГУ, МГРИ, из Нефтяного института, из Физтеха... Мы и сегодня этой линии придерживаемся – при любых возможностях взять толкового студента, сначала, может быть, на практику, потом на полставки с тем, чтобы он у нас остался. Сейчас в результате демографическая ситуация в институте такая же, как и в академии в целом. У нас пик взрослых сотрудников на уровне 60-70 лет, молодежи – в районе 30 лет. И у нас ужасный провал в области 40-50 лет. Это всеобщая беда.
– Но будем надеяться, что молодежь скоро вырастет, а старики дождутся этого момента…
– Да, мы на это очень надеемся. И, в конце концов, если вспомнить, Александр Павлович Виноградов руководил отделом в лаборатории Вернадского, когда ему было всего 33 года. Это тоже вселяет большую надежду.
