Чтобы протестировать изотопно-геохимический метод исследования рудных материалов, ученым не пришлось забираться в глубины Якутии или штурмовать горные хребты Урала — достаточно было положиться на опыт геологов, собравших представительные коллекции из различных месторождений страны.
Десятки образцов минералов размером примерно с кулак были доставлены в Санкт-Петербург специалистами, возглавляемыми лауреатом премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за 2023 год, доцентом кафедры геохимии СПбГУ, сотрудником Института геологии и геохронологии докембрия РАН, кандидатом геолого-минералогических наук Ольгой ЯКУБОВИЧ. Она разработала новый способ определения возраста горных пород и руководила экспериментом. По просьбе «Поиска» Ольга Валентиновна представила работу.
— Обратите внимание, при тестировании мы заранее знали возраст пород, чтобы потом сравнить с результатом нашего эксперимента. Сначала выделили из образцов кристаллы пирита — одного из самых распространенных рудных минералов.
Поместили его зерна в масс-спектрометр и по разработанной нами технологии определили в нем содержание гелия, урана и тория. Рассчитали возраст, и оказалось, что определенный нашим методом, он сопоставим с данными геологов.
Аналитическая ошибка составила порядка 3-5% — для геологических исследований не так и много. Замечу, масс-спектрометр — гордость нашего института, создан в Петербурге. Мы усовершенствовали этот превосходный прибор для решения конкретных задач. И сегодня «снимаем сливки», используя его отличные возможности.
— Поясните, пожалуйста, почему именно пирит удостоился вашего внимания и почему так важен возраст пород?
— Наш метод основан на радиоактивном распаде урана и тория. И по присутствию гелия, продукта их радиоактивного распада, можно рассчитать срок жизни минералов. Почему это важно? Месторождения очень трудно датировать — в них мало традиционных минералов, подходящих для определения возраста, но почти всегда есть пирит.
И если мы научимся его датировать, то сможем узнать, когда происходили интересующие нас геологические процессы, которые раньше было сложно установить.
Прибор разработан, повторюсь, для определения низких содержаний гелия, а также урана и тория. Полученные данные вставляют в формулу и рассчитывают, когда «родился» минерал. Допустим, получилось, что образцу 370 миллионов лет. И геолог по небольшому фрагменту породы, зная историю геологического развития конкретной местности, легко сделает вывод, какие минералы здесь можно найти.
Могут ли тут быть, скажем, месторождения, образовавшиеся в результате столкновения лито-сферных плит? Или, рассуждает он, на тот момент в этих местах ничего особенного не происходило, значит, и искать смысла нет.
Поэтому так важно определять, когда появились на свет минералы. Наш метод — считаю — отличная и очень ценная подсказка геологу.
— Насколько велика может быть отдача от применения вашего метода?
— Экономическую эффективность определить пока невозможно, однако считается, что подобные научные методы экономят 2-5% расходов на геологоразведку. А самое дорогое в ней — бурение на глубину в сотни метров, а иногда и километры. Иначе не получить образцы (под ногами они давно не валяются).
И если геолог достаточно точно будет знать, что в данном месте дополнительно бурить смысла нет, то экономия составит сотни миллионов рублей. И столько же примерно в противоположном случае, если наша подсказка сработает.
Поэтому даже при относительно небольшом вкладе в 1-2%, учитывая миллиардные расходы на геологоразведку, наш метод может экономить миллионы. Если сравнивать его с другими способами определения возраста минералов, думаю, он раз в пять дешевле: подготовка к нему не занимает много времени, и расход контрольного вещества невелик.
Да, он несколько проигрывает в точности традиционным методам, хотя для поисковых задач его вполне достаточно.
Видимо, учитывая важность этих исследований, Российский научный фонд поддержал мои работы. В 2019-2021 годах он удостоил меня индивидуального гранта (19-77-0009).
Цель проекта была — определить сохранность гелия в образцах пирита и получить доказательства перспективности этого минерала с точки зрения геохронологии.
Мне удалось сделать это в ряде экспериментов. В 2022 году наша группа получила трехгодичный грант (22-77-10088) Президентской программы Фонда.
В работе над ним участвуют уже восемь человек (часть из них — студенты и аспиранты СПбГУ и опытные геологи). Мы ищем ответ на вопрос: для каких месторождений метод подходит, а для каких — нет? Впереди еще полтора года работы, и, я уверена, ответ будет получен.
Наш проект — фундаментальное исследование, мы пытаемся определить скорости, с которыми происходят различные геологические процессы, их длительность и многое другое, но он имеет и важное прикладное значение.
Определение возраста минералов по гелию в пирите — новинка, никто в мире ничего подобного не делал. Экспериментальным путем, используя различные минералы, мы обнаружили, что уран-торий-гелиевый метод позволяет это сделать. Не могу сказать, что идея создания изотопно-геохимического способа родилась случайно, но она требовала подтверждения.
Грант очень выручил нас в плане финансирования исследований, требующих больших средств. Ведь для работы масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой нужен особо чистый газ аргон. И не в малых количествах.
А цена баллона, которого хватает на 6 часов, — порядка 20 000 рублей. Особые требования к химической посуде: несколько бюксов и емкостей из специального тефлона обходятся в полмиллиона рублей.
Добавлю «запчасти» — расходные материалы для масс-спектрометра (рений, тантал, высоковакуумные вентили с ограниченным сроком службы) — еще 300-400 тысяч рублей. Так что на расходные материалы уходит бÓльшая часть средств гранта. Не будь его, даже не представляю, как бы мы выкручивались.
— Вы публиковали статьи, как коллеги относятся к вашему методу?
— Работающие в «поле» геологи реагируют очень положительно. (Мне даже кажется, что они понимают ценность этих результатов лучше, чем я.) Но и коллеги по академии, заметьте, поддерживают эти работы, прекрасно понимая, что универсальных методов в геологоразведке не существует.
И если мы выдаем убедительные результаты для определенных месторождений, то это — уже достижение. А из-за рубежа получили предложения совместно провести анализ образцов.
Судя по материалам конференций, в США создают нечто подобное. По моему впечатлению, немало специалистов за границей сейчас пытаются повторить наш метод.
— Как он будет работать?
— Все просто. Геологи будут отбирать образцы и передавать нам для анализа. А мы предоставим им информацию о возрасте их минерализации.
Наши данные, включая и другие, полученные геохимическими и геофизическими методами, обсудит авторитетная комиссия специалистов, включая инвесторов, и решит, стоит ли дальше вкладывать средства и продолжать разведку или лучше сфокусироваться на другом районе.
Наши материалы станут важным источником информации для принятия взвешенного решения.
Главное сейчас — так отработать метод, чтобы он стал рутинным и его легко можно было использовать при обсуждении самых разных вопросов.
Большое достижение для геологических наук! Помимо возраста рудных месторождений собираемся анализировать и различные поверхностные процессы, например, длительность россыпеобразования или формирования коры выветривания (но с использованием других минералов). Ведь у нас достаточно смутные представления о временных масштабах этих процессов. А лично меня интересует «гелиевое дыхание Земли» — в геологии есть еще масса открытых вопросов.
— 8 Марта прошло. И все же… Геология — в основном профессия мужская?
— Не сказала бы. Как и во многих других областях науки, у нас действует принцип разделения труда. Нам необязательно лазить по горам с набитыми образцами рюкзаками (да еще с кайлом в руках), в основном это — дело мужчин.
Женщины чаще работают в лабораториях с приборами и микроскопами. И очень тщательно, с огромным терпением и упорством ведут исследования. Но что касается меня и большинства моих коллег, то мы все же стараемся выбираться в «поле». Не на месяцы, конечно, а на одну-две недели. Чтобы форму не терять.
Юрий ДРИЗЕ
Фото Евгения Еременко
Нет комментариев