В Институте

Понедельник, 22 Марта 2021 14:53

«Науки о Земле являются одним из самых мощных направлений исследований в Сибирском отделении РАН»

 

 «Объем средств, выделяемых на приобретение оборудования, вот уже второй год составляет десятки миллионов рублей, это позволяет очень хорошо оснастить лаборатории, — отметил министр науки и инновационной политики Новосибирской области кандидат физико-математических наук Алексей Владимирович Васильев. — Я бы сказал, что это можно рассматривать как шаг для создания отдельного инфраструктурного центра, так и для подготовки масштабных исследовательских программ на тех станциях, которые в ближайшие годы будут созданы на ЦКП “Сибирский кольцевой источник фотонов”».

a1

А.В. Васильев

Директор Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН член-корреспондент РАН Николай Николаевич Крук рассказал, что в 2019 году самым крупным приобретением стал лазер с длиной волны 213 нанометров, который был совмещен с уже имеющимся в институте ACPMS спектрометром. Этот комплекс ориентирован на датирование кристаллов циркона. «Определение абсолютного возраста пород и минералов — это очень сложная задача, требующая высокой квалификации исследователей и дорогого оборудования, — прокомментировал Николай Крук. — Этот вопрос мы решили и подняли наш метод на высокий современный уровень». Кроме того, по словам директора ИГМ, было закуплено достаточно большое количество оборудования, предназначенного для первичной обработки проб и препаратов. «Это самая первая стадия работы с геологическим материалом. От того, насколько правильно, качественно, корректно она выполнена, зависят результаты всех основных исследований», — пояснил ученый. Также ИГМ СО РАН приобрел порошковый дефектометр для исследования кристаллических фаз. Дело в том, что в институте мощный блок лабораторий, которые занимаются ростом кристаллических материалов, включая монокристаллы алмазов с заданными свойствами, разнообразные кристаллические материалы для использования в широком спектре приборов, в числе которых — детекторы разных типов излучения, рентгеновская оптика, нелинейная оптика и так далее. Для того чтобы изучать такие материалы — их состав, структуру, распределение примесей, — нужно достаточно дорогое и нестандартное оборудование.

a2

Н.Н. Крук

Об одном из таких приборов рассказал старший научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Константин Александрович Кох. «Термический анализатор является одной из базовых вещей для команд, которые занимаются материаловедением, — прокомментировал исследователь. — Он позволяет получать очень много данных по поведению вещества при нагреве. В частности, нам интересно узнать, какова температура плавления будет у соединений, которые мы открываем, пытаемся получить в виде кристаллов, а затем изучаем их полезные свойства». 

«Науки о Земле являются одним из самых мощных направлений исследований в Сибирском отделении РАН — мы знаем о многих важнейших выдающихся результатах, которые были получены ведущими научными школами в области геологии, минералогии, нефтегазовых исследований, — подчеркнул Алексей Васильев. — Сегодня новое развитие получают работы, проводимые в рамках национальных проектов. Как мы видим, на протяжении ряда лет институты получают заметные средства на обновление приборной базы, приобретается оборудование для геологических исследований, хроматографии, спектроскопии, микроскопии образцов. Кроме того, созданы молодежные лаборатории, которые ведут успешную работу, и ИГМ и ИНГГ являются лидерами по числу специалистов, которые работают в таких подразделениях на молодежных ставках». 

В ходе пресс-тура состоялось посещение нескольких лабораторий ИГМ СО РАН.

 Сотрудники лаборатории изотопно-аналитической геохимии ИГМ СО РАН рассказали, что с помощью комплекса для аргон-аргонового датирования узнают возраст и реконструируют историю различных геологических пород — от древнейших до самых новых.

«В мире подобных лабораторий существует всего около десятка, а в России и странах бывшего СССР наша — единственная, активно работающая в этом направлении», — рассказывает заведующий лабораторией изотопно-аналитической геохимии ИГМ СО РАН доктор геолого-минералогических наук Алексей Валентинович Травин. С новосибирской лабораторией сотрудничают практически все геологические институты России.

Известный калий-аргоновый метод основан на спонтанном распаде в аргон одного из изотопов калия. Если взять геологический минерал, измерить в нем содержание калия и аргона, то можно рассчитать, сколько миллионов лет он пролежал в земле. Однако, когда ученые начали работать с дефицитными материалами (например, привезенными с Луны), возникла необходимость использовать для измерения наименьшее количество вещества. Тогда образцы придумали помещать в атомный реактор, в котором калий превращается в аргон после реакции на нейтронах. Этот метод гораздо более чувствительный. Кроме того, он позволяет не просто измерять возраст, но, постепенно нагревая минерал, реконструировать историю — самого минерала, а также породы, в которой он находится. А если в ней содержится несколько таких минералов, то, изучив их все, можно получить более детальную картину жизни этой породы.

a3

В лаборатории изотопно-аналитической геохимии ИГМ СО РАН

«Такие измерения нужны для самого широкого круга геологических исследований. Это рудные, магматические, литоморфологические направления, у нас в работе постоянно находятся десятки самых разных задач, — отмечает Алексей Травин. — Например, наши измерения стали одной из составляющих заявки, поданной Россией в комиссию ООН для обоснования возраста (и принадлежности Российской Федерации. — Прим. ред.) шельфа Сибирской платформы. Нам было доверено определить возраст вулканических пород, поднятых с подводных хребтов Ломоносова и Менделеева. Мы получили очень древний возраст, который убедительно показал, что эти породы являются не чем иным, как продолжением шельфа Сибирской платформы».

Другой пример — месторождения, связанные с гранитами. Ученые изучают их с помощью аргон-аргонового метода, чтобы, во-первых, реконструировать их историю, а во-вторых, определять перспективность этих месторождений. 

Аргон-аргоновый метод охватывает очень широкие временные рамки. С помощью него узнают возраст метеоритов, сопоставимый с возрастом Земли, — 4,6 миллиарда лет. А самая маленькая дата, полученная с применением этого метода — возраст извержения Везувия, которое привело к гибели Помпей. Он совпал с возрастом извержения, записанным Плинием Младшим.

 

Старший научный сотрудник ИГМ СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Николай Николаевич Добрецов рассказал о новых спутниковых методах, позволяющих получать недоступные ранее данные. Один из них, метод радарной интерферометрии, позволил летом 2020 года предотвратить еще один разлив нефтепродуктов в окрестностях Норильска. 

«Если внимательно рассмотреть нашу страну на ночном снимке из космоса, можно увидеть, что из 17,2 миллионов квадратных километров территории примерно 10 миллионов квадратных километров не заняты вообще. Это означает, что мы не контролируем огромное пространство. Неизвестно, что сейчас там происходит. Нас слишком мало для этой огромной территории, поэтому дистанционное зондирование, съемка и мониторинг издалека — крайнее необходимое и отличное средство для контролирования наших просторов», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий и дистанционного зондирования ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Николай Николаевич Добрецов. 

Современные технологии в последние десятилетия претерпели крупные качественные изменения. Над нами постоянно летают спутники, которые не просто фотографируют Землю, а зачастую являются спектрометрами, измеряющими поверхность планеты. Многим привычно видеть снимки в различных сервисах, например, Google Maps, однако это бытовая составляющая технического процесса. Спектрометры в определенных диапазонах при различной длине волн могут измерять всевозможные характеристики, после чего ученые используют эти уникальные данные для решения различных задач. 

«Попигайская астроблема — метеорный кратер в бассейне реки Попигай. Одно из чудес света, сформированное в результате падения астероида или кометы примерно 35 миллионов лет назад, находится как раз на незаселенной территории. Однако мы можем сделать снимок данного участка — примерно 300 на 400 километров. Дальше при помощи компьютерных технологий убираем зеленую растительность или другую мешающую характеристику и в итоге приводим изображение к какому-то общему знаменателю, чтобы можно было видеть горные породы, древние кристаллы, образования, структуру местности. Обработка данных спектрального диапазона дает огромное количество информации с высоким уровнем объективности. И самое главное, каждый ученый, пользующийся этой технологией, может акцентировать свое внимание на различные характеристики в соответствии со своей задачей. Мониторинг лесных пожаров, сезонных паводков — лишь некоторые примеры способов приложения космических спектрометров», — добавил Николай Добрецов.

a4

Снимок со спутника (слева) и обработанный снимок (справа)

Применение спектральных технологий выводит научный анализ на качественно новый уровень. На полученном со спутника снимке, например, можно увидеть внешнее сходство геологических слоев, следовательно, возникает гипотеза о их общем происхождении. Ученый может извлечь спектральные характеристики и подтвердить или опровергнуть свои мысли. Если слои действительно имеют общий источник возникновения, появляется возможность поставить задачу поиска на всей рассматриваемой территории поверхности с похожими показателями. Таким образом, у исследователей появляется возможность решать поисковые задачи. Заполярные просторы тундры часто представлены верховыми болотами на скальном основании, закрытыми характерной растительностью. На таком пространстве крайне сложно передвигаться и при зрительном анализе ничего увидеть нельзя. Однако по спектральным характеристикам можно обнаружить, к примеру, магматическое тело, погребенное под каменной толщей. Раньше пришлось бы бурить поверхность, что достаточно затратное и сложное занятие. А сейчас, сидя, условно, в кабинете за компьютером, можно обработать полученные со спутника данные и с высокой точностью установить последовательность деформаций различного рода, восстановить историю развития геологического тела. Кроме того, наш организм имеет возможность воспринимать только 3D-модель события, но компьютер из полученной информации строит систему в четырехмерном пространстве (для геологии обязательно учитывать фактор времени, здесь он является движущей силой всех процессов).

Как известно, летом 2020 года под Норильском произошло катастрофическое событие — из аварийного бака разлились нефтепродукты. Практически сразу после аварии были получены данные со спутника, исследующего местность методом радарной интерферометрии (он позволяет измерять вертикальное смещение объекта). Ученые ИГМ СО РАН обработали эту информацию и построили диаграмму годового поведения емкости с точностью двух-четырех миллиметров в год. «В результате нашей работы мы пришли к выводу, что аварийный бак начал падать еще в августе-сентябре 2019-го, причем с возрастающим ускорением. В финале (авария произошла 30 мая 2020 года) скорость и падение доходили до 30—35 миллиметров в год. На первый взгляд числа кажутся небольшими, но это только вертикальное смещение. Простое геометрическое уравнение может предоставить более точные данные по скорости наклона, кроме того, речь идет о напряженной и нагруженной конструкции. Самое главное, что мы получили данные по еще одному баку, где установили такую же динамику, разве что процесс падения начался позже. Как только мы поняли ситуацию, сразу передали свои опасения через председателя СО РАН академика Валентина Николаевича Пармона в Норильск, и там приняли срочные меры. Спустя полтора месяца в рамках комплексной Большой норильской экспедиции геофизики методами электроразведки проверили все четыре резервуара и подтвердили нашу гипотезу. Таким образом, причина катастрофы — протаивание вечной мерзлоты, — медленно распространялась еще на один бак. Получается, мы предотвратили еще один разлив. На мой взгляд, это очень хорошо, что при помощи подобных компьютерных методов мы можем дистанционно оказывать положительное влияние на жизнь окружающих и природу вокруг», — прокомментировал Николай Добрецов.

 


 

 

Источник:

www.sbras.info

www.nsktv.ru