Научные школы

 

В числе основателей Института были всемирно известные ученые — академики Трофимук А. А. (директор института), Яншин А. Л., Соболев В. С., Кузнецов Ю. А., Кузнецов В. А., Косыгин Ю. А., Соколов Б. С., члены-корреспонденты Сакс В. Н., Шахов Ф. Н., Фотиади Э. Э.. Каждый из них в дальнейшем внес весомый вклад в комплексное освоение природных ресурсов, развитие производительных сил в азиатской части страны, исследование строения, состава и развития земной коры и верхней мантии Земли, выяснение условий образования горных пород и связанных с ними полезных ископаемых, экспериментальное изучение геологических процессов и их моделированию, по созданию и исследованию земной коры и подкоркового вещества.

Основу тематики научных исследований института при его создании составили такие направления, как эволюция магматизма и тектоника; закономерности образования и размещения месторождений полезных ископаемых; история развития органического мира; экспериментальная минералогия; теория и методы геофизических исследований. В институтских стенах работала блистательная плеяда известных всему миру ученых, оставивших в истории человечества яркий след.

В институте сформировались и плодотворно работают четыре научные школы:

  1. Глобальная геодинамика и корреляция геологических процессов эволюции Земли
    (руководитель — академик Добрецов Н. Л.).
  2. Минералогия, петрология и эволюция глубинных зон континентальной литосферы
    (руководитель — академик Соболев Н. В., основатель школы — академик Соболев В. С.).
  3. Фундаментальные геодинамические и кинетические проблемы метаморфизма горных пород
    (руководитель — академик Ревердатто В. В.).
  4. Развитие учения о магматических и рудных формациях на основе современных геодинамических построений, разработка петрогенетических моделей магматических и рудных формаций, геолого-генетическое и физико-химическое моделирование рудно-магматических систем
    (руководитель — чл.-корр. РАН Поляков Г. В.).

Краткая история этих школ и современные достижения описаны ниже.

Геодинамика

Геодинамика — большое синтетическое направление, возглавляемое академиком Добрецовым Н. Л. Здесь объединяются усилия специалистов по тектонике, геологии, метаморфизму, компьютерному моделированию и другим направлениям. Еще в 1960-е гг. под руководством академика Юрия Александровича Косыгина проводилась работа над тектонической терминологией, в результате которой были изданы справочники, не утратившие своего значения до настоящего времени. Позже большим коллективом геологов, который возглавлял Яншин Александр Леонидович, был опубликован многотомный труд по истории развития рельефа Сибири, удостоенный в 1978 г. Государственной премии СССР в области науки и техники. Под руководством ак. Косыгина Юрия Александровича и чл.-корр. Борукаева Чермена Бейбулатовича составлена Карта тектоники докембрия континентов и в период с 1970 по 1975 г. опубликовано 6 монографий.

В сотрудничестве со специалистами из Китая, США, Монголии, Казахстана и Кыргызстана подготовлена и в 1995 г. издана Геодинамическая карта обширных районов Центральной Азии масштаба 1 : 2 500 000. Геодинамическая карта Северо-Восточной Азии масштаба 1 : 5 000 000 вместе с описанием тектонических подразделений опубликована в 2004 г. в Геологической службе США. Карты составлены с актуалистических позиций в рамках современной теории тектоники литосферных плит, основывающейся на процессах раскрытия, эволюции и закрытия океанических бассейнов. Объекты, показанные на картах, легко могут быть сопоставлены с современными.

Геологами мира накоплен большой объем данных по кинематике движения верхних слоев Земли, однако причины этих перемещений были исследованы недостаточно. Академик Добрецов Николай Леонтьевич, д.т.н. Кирдяшкин Анатолий Григорьевич и к.г.-м.н. Кирдяшкин Алексей Анатольевич предложили комплексный подход к моделированию геодинамических процессов, который сочетает экспериментальное и теоретическое моделирование с теплофизическим анализом и геодинамической интерпретацией на основе петрологических, геохимических и геофизических данных. Метод позволил показать существование двухслойной мантийной конвекции и разработать модель свободно-конвективных течений в астеносфере и нижней мантии. Впервые предложена модель термохимических плюмов — восходящих каналов с расплавом, создающихся на границе ядро – мантия и являющихся важнейшими регуляторами тепловой и химической машины Земли.

За цикл работ в области геодинамики в авторском коллективе ак. Добрецову Н. Л. и д.т.н. Кирдяшкину А. Г. в 1997 г. присуждена Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники.

В институте успешно развивается научное направление по изучению геологии кайнозоя, палеоклиматологии и минералогических индикаторов климата. Здесь исследуются естественные изменения природных процессов, их проявления и взаимодействия в геологическом и историческом прошлом. Основные результаты исследований показывают, что происходящие глобальные изменения климата в сторону потепления имеют преимущественно естественный характер. Реконструирована полная лессово-почвенная последовательность неоплейстоцена Западной Сибири, отражающая изменения циркуляции атмосферы. Доказано, что в лессах отчетливо проявляются циклы 20-, 40- и 100-тысячелетней периодичности, обусловленные изменениями орбитальных параметров планеты.


Учеными института разработана новая модель эволюции Центральной Азии в кайнозое, на которой показана синхронность главных этапов горообразования и формирования осадочных бассейнов. На первом этапе (60–35 млн. лет назад) после столкновения Индии с Азией возникли высокие горы в Гималаях и Южном Тибете. Одновременно накапливались мощные толщи в Фергане, Таджикской депрессии, Тариме, Предгималайском прогибе. Впоследствии высокие горы образовались на Тибетском плато (20–12 млн. лет), Тянь-Шане (18–11 млн. лет), Джунгарии (8–5 млн. лет), Прибайкалье (3–5 млн. лет), Алтае (2–3 млн. лет). Омоложение гор и грубообломочных толщ к северу показывает, что расширение зоны сжатия и горообразования происходило последовательно в результате взаимодействия микроплит. Вращение Тибетской и Амурской плит стало возможным благодаря наличию под ними мантийных плюмов, след происхождения которых под движущимися плитами наиболее отчетливо фиксируется по смещению Тяньшанско-Тибетского, Южно-Монгольского и Хангайского вулканических ареалов. Предшествующая история вулканизма в каждом ареале была отличная, и синхронизация наступила только после столкновения Индии с Южно-Гималайским сектором (60 Ма) и Памиром (35 Ма).



В течение многих лет сотрудники Института геологии и минералогии СО РАН принимают самое активное участие в исследованиях структур современных океанов, которые позволяют поводить сравнительный анализ процессов развития древних океанов. Ученые института изучают современные рудообразующие процессы на дне океанических бассейнов с помощью анализа рудных образцов, отобранных глубоководными обитаемыми аппаратами «Мир» из сульфидных построек «черных курильщиков». На полигонах детальных исследований в районах разлома 15° 20¢ и Сьерра-Леоне в Центральной Атлантике сотрудники ИГМ СО РАН приняли активное участие в открытии новых рудопроявлений с отбором образцов с сульфидной рудой.

 

Поиск алмазных месторождений

Академику Соболеву Владимиру Степановичу, основателю Сибирской школы алмазной геологии, принадлежат слова о том, что кимберлитовые трубки — это природные скважины, которые позволяют заглянуть вглубь Земли до 500 километров, тогда как самая глубокая скважина, пробуренная человеком — Кольская — всего 12 километров. К наиболее ярким достижениям школы относится создание группой исследователей под руководством академика Соболева Николая Владимировича, сына основателя школы, комплекса принципиально новых методов прогнозирования и поисков алмазоносных кимберлитов. Теоретические основы этих методов — результаты фундаментальных исследований процессов образования природных алмазов в условиях верхней мантии Земли. Разработанные методы были успешно использованы при проведении прогнозно-поисковых работ на алмазы территории Якутии, на их основе за пять лет до открытия первых месторождений был сделан прогноз о наличии алмазоносных кимберлитов на территории Архангельской области. Вклад участников школы, руководство которой в 1982 г. принял академик Соболев Н. В., в создание новых эффективных методик, существенно укрепивших минерально-сырьевую базу отечественной алмазодобывающей промышленности, был отмечен правительственными наградами и Государственной премией СССР (1991).

Участники школы тесно сотрудничают со специалистами крупнейших исследовательских центров США, Германии, Австралии, Японии, Англии и других стран. Выдающиеся результаты были получены нашими учеными за рубежом и в области прогнозирования и поисков алмазных месторождений. Членом-корреспондентом РАН Похиленко Николаем Петровичем совершено открытие крупнейшего алмазоносного месторождения в районе Снэп-Лейк в канадской провинции Северо-Западные Территории. В дальнейшем группой участников школы под его руководством были сделаны прогнозы нового алмазоносного района и новой провинции на севере Канады.

Специалисты института в нарастающих объемах ведут фундаментальные и прикладные исследования, связанные с изучением отечественных алмазных месторождений, а также осуществляют активную научно-методическую поддержку ряда прогнозно-поисковых проектов на территории России, Канады, Венесуэлы и Африки. В направлении экспериментального изучения алмазов специалисты института — безусловные лидеры не только в России, но и в мире.

Одним из перспективных направлений традиционной для института алмазной тематики является экспериментальная минералогия алмаза. В этом направлении в Институте проводятся комплексные исследования, включающие разработку аппаратуры высоких давлений, моделирование процессов природного алмазообразования, рост кристаллов алмаза и исследование их свойств. Разработанные в институте беспрессовая аппаратура высокого давления типа «разрезная сфера», способы создания и стабилизации высокий давлений и температур в длительных режимах, и комплекс методов выращивания кристаллов алмаза не имеют аналогов как в России, так и за рубежом.

Разработаны экспериментально обоснованные модели генезиса алмазов в глубинных магматических и метаморфических процессах. Результаты этих исследований опубликованы в ведущих международных журналах.

Всемирное признание получили комплексные исследования по росту алмазов, изучению их реальной структуры и свойств, которые привели к крупному практическому достижению — выращиванию монокристаллов алмаза массой до 6 карат. Высококачественные монокристаллы алмаза с заданными свойствами представляют значительный интерес для высокотехнологичных областей науки и техники.

Отдел по росту кристаллов, исследованию их свойств и применению для нужд народного хозяйства был создан ак. Соболевым В. С. и д.г.-м.н. Годовиковым А. А.. За годы существования ростового направления на основании проведенных фундаментальных исследований были разработаны аппаратура и технологии выращивания различных кристаллов, важных для науки и техники. Новые кристаллы созданы в рамках международных программ с участием специалистов России, США, Франции, Германии, Японии и других стран.

Высокое качество выращиваемых кристаллов подтверждено многочисленными авторскими свидетельствами, патентами, медалями и дипломами выставок СО РАН, ВДНХ СССР, Лейпцигской ярмарки, Сибирской ярмарки и другими выставками и экспозициями. В институте в свое время возникла фирма «Тайрус», занимающаяся выращиванием кристаллов изумрудов и других драгоценных минералов. Исследования по экспериментальному росту кристаллов, алмазов и других синтетических кристаллов продолжаются и сегодня.

Метаморфизм

Крупные научные школы — метаморфическая петрология и термобарогеохимия (изучение включений в минералах) — были созданы в институте Героем Социалистического Труда академиком Соболевым В. С. Эти исследования, проводящиеся с целью выяснения физико-химических условий образования магматических и метаморфических горных пород земной коры и верхней мантии Земли, получили широкое признание в отечественной и мировой науке.

Фундаментальное исследование позволило дать наиболее полный анализ образования и изменения (метаморфизм) горных пород в земной коре и верхней мантии под воздействием давления, тепла и химических процессов; сформулированы принципы выделения и составлена оригинальная схема фаций метаморфизма. Определены температурные границы фаций, дана их точная минералогическая привязка, показана роль парциального давления воды и углекислоты, обоснован изохимический характер метаморфизма, выявлены особенности пространственного распределения Р-Т-параметров в земной коре и верхней мантии. Анализ связи метаморфизма с тектоническим развитием Земли и ее строением позволил сформулировать основные положения теории о метаморфических формациях, выделяемых и классифицируемых по условиям метаморфизма и особенностям состава метаморфических толщ.

Была разработана оригинальная схема метаморфических фаций, которая характеризовала термодинамические условия образования пород коры и верхней мантии Земли и учитывала требования картирования метаморфических пород на фациальной основе. Высочайшим достижением школы метаморфической петрологии явился капитальный, не имеющий аналогов, четырехтомный цикл работ по фациям метаморфизма коллектива авторов в составе Соболева Владимира Степановича, Добрецова Николая Леонтьевича, Ревердатто Владимира Викторовича, Соболева Николая Владимировича и Хлестова Владимира Васильевича, удостоенный в 1976 г. Ленинской премии. Карта метаморфических фаций СССР положила начало созданию целой серии карт такого рода для отдельных регионов, стран и континентов под эгидой международных организаций. При активном участии авторов карты были составлены Карта метаморфизма Европы, изданная в 1973 г., и Карта метаморфизма Азии (1978). Ученик Соболева Николай Леонтьевич Добрецов вместе с Апасом Бакировичем Бакировым составили Карту метаморфизма Средней Азии (1972), а Геннадий Григорьевич Лепезин — Карту метаморфических фаций Алтае-Саянской складчатой области (1976).

Под руководством в то время еще члена-корреспондента АН СССР Соболева Н. В. широкое развитие получили исследования по минералогии и петрологии наиболее глубинных пород земной коры и верхней мантии, в частности, глубинных ксенолитов из кимберлитов и кристаллических включений в алмазах, что позволяет получать всестороннюю характеристику особенностей состава литосферы до глубины 200–250 км. В результате этих исследований выявлены важные закономерности изменения состава минералов в зависимости от глубины залегания и обоснованы принципиально новые минералогические критерии поисков алмазных месторождений, заметно повысившие их эффективность.



Большая работа проведена термобарогеохимиками по дальнейшему исследованию мельчайших включений в минералах с законсервированными в них микропропорциями минералообразующих растворов, газов и расплавов. Для их изучения были созданы оригинальные методы и аппаратура, позволяющие проводить исследования на высоком уровне. Проведены фундаментальные термобарогеохимические исследования включений в минералах метаморфических и магматических горных пород в связи с изучением физико-химической обстановки при региональном метаморфизме, анатексисе, реоморфизме и условий магматического и экзогенного минералообразования, в частности, ударного метаморфизма.

Был проведен обширный цикл работ в области экспериментальной минералогии (изучение физико-химических условий минералообразования при высоких температурах и давлениях и синтез минералов), непосредственным инициатором которых являлся академик Соболев В. С. Исследования проводились под руководством доктора геолого-минералогических наук Годовикова А. А. Для этого использовалось сложнейшее оборудование, отчасти созданное в самом институте.

Поиску оптимальных условий синтеза минералов с заранее заданными свойствами способствовали развиваемые в институте методы исследования свойств монокристаллов — теневые методы в различных модификациях, методы исследования оптической однородности кристаллов, визуализации структурных процессов и др.

Выпускники созданного Соболевым Владимиром Степановичем в 1962 г. геолого-геофизического факультета НГУ, специализировавшиеся в минералогии и геохимии, составили молодежную часть Сибирской метаморфической школы. Сегодня школой руководит академик Ревердатто Владимир Викторович, профессор Новосибирского госуниверситета. Сибирскую метаморфическую школу отличает целенаправленный комплексный подход с акцентом на термодинамику и математическое моделирование. Изучение геологических объектов в сочетании с теоретическими и экспериментальными исследованиями позволило добиться впечатляющих результатов, причем решение фундаментальных задач открывает перспективы в прикладной области — поиске полезных ископаемых.

Среди других прикладных разработок этого направления — поиски и обоснование альтернативного сырья для алюминиевой сырьевой базы России; обоснование применимости высокотемпературных пирогенных пород в качестве индикаторов зон активной дегазации недр; разработка экологически безопасной технологии консервации радионуклидов ядерного цикла в алюмосиликатных матрицах.

 

Магматизм и рудные месторождения

Одним из основных направлений деятельности ИГиГ – ИГМ было и остается развитие теории рудообразования и выяснение закономерностей формирования и размещения главных типов рудных месторождений. В первую очередь это касается детального исследования конкретных рудных полей и месторождений, глубокого изучения природных рудообразующих систем, их экспериментального и аналитического моделирования.

В первые годы становления и развития института по научному направлению «магматизм, рудообразование и металлогения» было осуществлено крупное фундаментальное исследование теоретических основ учения о магматических и рудных формациях. Исследование было выполнено коллективом ученых магматистов и рудников под руководством академиков Кузнецовых Юрия Алексеевича и Валерия Алексеевича, в 1983 г. работа была удостоена Государственной премии СССР. Эта разработка сибирских ученых явилась значительным достижением в развитии магматической геологии, теории рудообразования и металлогении, способствующим открытию и освоению новых месторождений меди и никеля, золота, платины, палладия, железа, молибдена, вольфрама, олова, серебра, ртути и сурьмы на территории Сибири.


Цель современных фундаментальных исследований магматизма, рудообразования и металлогении, проводимых в институте, — выявление взаимосвязей эндогенных процессов с геодинамикой, оценка роли мантийно-корового взаимодействия в формировании рудоносных базитовых и гранитоидных расплавов с использованием современных аналитических методов. Построение генетических моделей рудно-магматических систем с использованием изотопно-геохимических, термобарогеохимических и физико-химических данных позволило подойти к количественной оценке рудопродуктивности природных систем и факторов их металлогенической специализации. На этой основе исследованы различные типы рудных месторождений, выполнены металлогенические обобщения и прогнозные оценки по ряду рудных районов России, Монголии, Средней Азии, Марокко, Чехии, Вьетнама, Китая и других стран. Международным коллективом геологов России, Монголии, Кореи, Японии, США составлена металлогеническая карта Северо-Восточной Азии для 12 важнейших эпох рудообразования. Комплекс этих научных исследований позволит дать количественную оценку известных и еще не обнаруженных источников минерального сырья, в том числе наиболее дефицитного в России. Сегодня эту научную школу возглавляют чл.-корр. РАН Поляков Глеб Владимирович и д.г.-м.н. Борисенко Александр Сергеевич.


С первых дней основания ИГиГ под непосредственным руководством академика Кузнецова Ю. А. проводились исследования в области магматической геологии. Юрий Алексеевич по праву считается основателем нового — формационного — направления магматической геологии. Формационный анализ, объектом которого являются не отдельно взятые тела магматических пород, а различные закономерные их сочетания (ассоциации), дал импульс дальнейшему развитию ряда областей геологии — петрологии, учению о рудных месторождениях, тектонике и др.

Развивая и углубляя идеи Кузнецова Ю. А., сотрудники института под руководством члена-корреспондента Полякова Г. В. занимались проблемами, касающимися происхождения отдельных типов изверженных пород и их ассоциаций, связанных с ними рудными месторождениями, их соотношениями с тектоническими структурами и процессами, ролью магматических формаций в формировании земной коры и верхней мантии.

 

Были достигнуты существенные результаты в разработке новой систематики магматических формаций, основанной на вещественных признаках, в изучении платформенного магматизма, в выявлении отчетливо выделяющихся классов магматических формаций, обладающих различной рудоноскостью, а также новых рудно-петрографических провинций и районов, перспективных на медно-никелевое, титано-магнетитовое, вольфрамовое, оловянное и другие типы оруднения в Сибири и смежных с нею регионах.

 

 

Геохимические исследования

Институт геологии и геофизики к началу его организации имел несколько десятков ученых, которые составили ядро нескольких лабораторий рудного направления. В их числе работал и член-корреспондент АН СССР Шахов Феликс Николаевич. Директор-организатор института академик Трофимук предложил Шахову создать лабораторию геохимии редких элементов и золота, которая затем выросла в отдел. Исследования по экогеохимическому направлению в институте начались по инициативе академиков Коптюга В. А. и Добрецова В. А. в рамках бывшего отдела геохимии.


Чл.-корр. Шахов Ф.Н.

С 1991 г., совместно с почвоведами, биологами, генетиками, химиками, биофизиками и математиками, ведется масштабное комплексное изучение территории Сибири с высокой техногенной нагрузкой. В поле зрения ученых попали территории Семипалатинского и Новоземельского полигонов, реки Енисей и Томь.

Сегодня геохимические исследования института обеспечены новейшими сертифицированными аналитическими методами, приборами, оборудованием и ведутся по наиболее приоритетным направлениям, среди которых:

  • наноразмерная форма существования в природе и роль наночастиц в рассеянии и концентрировании благородных, редких и радиоактивных элементов в геологических и техногенных процессах;
  • роль микроорганизмов в накоплении и перераспределении химических элементов в геологической эволюции;
  • геохимия рудоформирующих систем;
  • геохимические методы поисков месторождений благородных металлов;
  • радиогеохимия и радиоэкогеохимия природных и техногенных систем;
  • экогеохимия тяжелых и токсичных металлов в природных и техногенных экосистемах;
  • аналитическая геохимия.