Для одних алмазы — лишь дорогие ювелирные украшения, для других — еще и предмет исследований. Изучение этих минералов позволяет, кроме всего прочего, вплотную подойти к разгадке эволюции земного вещества. Странно? Ничуть. Дело в том, что алмазы образовывались на глубине 150-600 (и даже более) километров и когда-то были “свидетелями” удивительных процессов, происходивших внутри развивающейся планеты. Этой интересной темой, удостоенной гранта Президента РФ для молодых ученых, занимается старший научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН в Черноголовке кандидат геолого-минералогических наук Анна Спивак.
Миллион атмосфер
Как же узнать, что именно “видели” минералы и в каких подземных событиях они участвовали? Для этого нужно смоделировать аналогичные условия в установках с двумя алмазными наковальнями. Каждая такая наковальня размером в полкарата. Сердцевина оборудования — аппарат со сверхпрочными минералами — умещается на женской ладони и весит от 100 до 300 граммов в зависимости от модификации. В лаборатории флюидно-магматических процессов, где работает А.Спивак, используются также установки высокого давления типа “наковальня с лункой” с усилием в пять тонн. Для таких больших установок в институте выделен целый зал.
— Когда они задействованы, стоит гул и грохот, как на некоторых заводах, — описывает исследовательскую атмосферу Анна. — При этом работа с алмазными наковальнями требует ювелирного подхода. Внутри специальной ячейки создается искусственная магма под давлением до полутора миллионов атмосфер и при температуре до 3,2 тысячи градусов. Правда, объем, в котором происходят такие экстремальные явления, маленький, всего десятки микрон. Но и этой “точки” достаточно, чтобы понять многое.
С помощью таких чудо-машин можно смоделировать даже процессы, происходящие в ядре Земли. Но это дело будущего, потому что оборудование требует доработки. А пока Анна ставит эксперименты в Германии, в Байройтском геоинституте. Анализ и обработку всего сделанного проводит в Черноголовке. Осенью молодой ученый планирует организовать исследовательскую работу уже дома. Благодаря различным грантам в течение нескольких лет удалось практически полностью оборудовать новую лабораторию сверхвысоких давлений. К слову, три гранта, которые в разное время получала А.Спивак, президентские. Теперь нужно сделать последний штрих — приобрести лазерную установку с системой прицеливания, необходимую для нагрева вещества внутри ячейки. И тогда наконец удастся выйти на мировой уровень проведения эксперимента.
До сих пор нет единой теории образования алмазов. Тем более неизвестно, какие изменения претерпевало земное вещество во время своей эволюции. И все же эксперименты по воссозданию таких, почти реликтовых, условий в лаборатории проводятся, для этого используются минералогические, геологические и другие данные. После сбора и анализа всей опубликованной в научных журналах информации можно делать выводы о том, как проводить исследования.
Сверхглубинные алмазы интересны для Анны Спивак и ее коллег, прежде всего, своими включениями. Это могут быть силикаты, карбонаты, сульфиды, окислы. Когда-то очень давно они оказались рядом с алмазами, и те их “захватили”, образовав камни с включениями. По ним можно догадаться, в каком окружении росли минералы, получить больше информации о процессах, происходящих внутри планеты.
— Изучая сверхглубинные алмазы, — говорит Анна, — можно узнать о физико-химических условиях генезиса вещества в переходной зоне (400 км) и нижней мантии (более 600 км) Земли. Кстати, мест обнаружения сверхглубинных алмазов на планете не так уж много, в основном они сосредоточены в ЮАР, Австралии, Канаде, Бразилии, Гвинее. Скажем, в ЮАР такие минералы содержатся в кимберлитовых трубках, в Бразилии — еще и в виде россыпей по берегам рек.
Трудности — не преграда?
При проведении эксперимента в устройстве с наковальнями также образуются алмазы. Но они такие крошечные, что их способен “увидеть” только прибор спектрального анализа. Цель исследований — воссоздать природные условия образования алмазов, которые имели место много миллионов лет назад. В мировой науке уже есть данные по поведению карбоната кальция при давлении порядка одного миллиона атмосфер. Но эксперименты проводились “взрывные”, что порождало большие погрешности. Анна Спивак решила создать экстремальные состояния при постоянных давлениях, что возможно в устройстве с алмазными наковальнями. Первый такой эксперимент провели в декабре прошлого года. Удалось определить условия, при которых карбонат кальция плавится, разлагается и выделяет углерод, необходимый для формирования алмазов или графитов.
На очереди более сложный эксперимент: к карбонату кальция добавят оксиды магния, железа, силикатные компоненты в разных пропорциях. Эти соединения также обнаружили в сверхглубинных алмазах. Среды, с которыми планируют работать ученые, будут все более приближаться к природным.
Под конец беседы я поинтересовалась, почему Анна выбрала тему, связанную с алмазами. Оказалось, почти случайно. В 2000 году она еще студенткой четвертого курса Иркутского государственного технического университета стала участницей 31-го геологического конгресса, который проходил в Рио-де-Жанейро. На постерной секции девушка познакомилась с доктором химических наук Юрием Литвиным из Черноголовки. Видимо, ученого привлек исследовательский потенциал студентки, и он предложил ей работу в своей лаборатории. После окончания университета Анна приехала в наукоград, где трудится до сих пор.
Известно, что сегодня начинающим ученым в России живется нелегко. Невысокие зарплаты, жилищные проблемы — не самые подходящие условия для плодотворной работы. Тем не менее молодой исследователь не собирается покидать страну.
— Я прекрасно понимаю тех, кто уезжает за рубеж, — говорит Анна. — Ученым, в особенности мужчинам, нужно хорошо зарабатывать, чтобы прокормить семью, создать нормальные условия для жизни. Этого легче добиться на Западе. Но я не могу позволить себе уехать хотя бы потому, что чувствую ответственность перед своим научным руководителем Юрием Андреевичем, который много в меня вложил, благодаря которому я сформировалась как ученый.
Надо признаться, что хранить верность своему решению Анне не просто. В институте она получает, как правило, не больше 17 тысяч рублей в месяц. Некоторое подспорье — гранты, которые выигрывает лаборатория. Суммы в общем-то небольшие, и из них не всегда удается выделить себе надбавку. Размер президентского гранта — 600 тысяч рублей ежегодно, в течение двух лет. 10 процентов от этих денег отчисляются институту, значительная часть идет на развитие лаборатории — покупку приборов, деталей для экспериментальных установок, реактивов. Обязательная статья — зарубежные командировки. Без участия в международных конференциях, без встреч с коллегами расти как ученому сегодня трудно. Так и расходятся все деньги, полученные по грантам.
И все же Анна не теряет оптимизма, продолжает работать с большим интересом и самоотдачей. Наверное, благодаря именно таким людям наша наука все еще жива.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Нет комментариев