С виду обычный камешек — только очень легкий и до черноты обугленный. Но держишь его в руках с особым почтением: эта “кроха” c кофейное зерно — частичка ставшего знаменитым Челябинского метеорита. Не подумайте, что его разобрали на сувениры, а ученым досталась лишь самая малость. Для исследований, что ведет Центр по спектроскопии комбинационного рассеяния РАН, расположенный в Институте элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова РАН, этого вполне хватит.
— Мы специально просили коллег из Института минералогии УРО РАН, — рассказывает руководитель центра доктор химических наук Сергей Букалов, — прислать нам не только обработанные шлифы крупных образцов, но и самые что ни на есть естественные обломки метеорита. Их размеры не играют роли. Ведь твердые вещества мы изучаем с помощью микроскопа — это известный метод микро-КР, и работаем даже с мельчайшими крупинками. Лазерная микроскопия помогает исследовать молекулярную структуру веществ в любом агрегатном состоянии. При этом используется гелий-неоновый лазер с максимальной мощностью до одного милливатта. Этого достаточно, чтобы получить полную информацию о “характере” внеземного вещества и произвести КР-картографирование поверхности кусочка метеорита, не разрушая образец.
— Казалось бы, камень как камень?
— Да, но со своими особенностями. Их и нужно было выявить. Прежде всего, понять, соотносится ли состав космического гостя с земными породами. Оказалось, что совпадает: мы идентифицировали целый набор минералов, встречающихся на Земле. Надо сказать, что челябинский метеорит уникальный и относится к редкому типу. Это каменный обыкновенный хондрит LL5S4W0. По нашим оценкам, во время пути метеорит подвергся воздействию высоких температур от 1,5 до 2 с лишним тысяч градусов.
Но главное, что техника КР-микрокартографирования с пространственным разрешением порядка 1-3 микрон позволила нам впервые обнаружить в Челябинском метеорите углерод в виде микрочастиц кубического алмаза, так и sp2–углеродного вещества, напоминающего природный карельский шунгит (древнейшую горную породу, насыщенную углеродом). Наличие углерода (0,11%) подтверждено методом элементного анализа.
Без преувеличения, это очень важно, поскольку речь идет о краеугольном вопросе, волнующем ученый мир: как зародилась жизнь на Земле? Ведь на нашей планете различные соединения углерода — основа существования. Раз в космосе, откуда явился Челябинский метеорит, есть углерод, значит, там возможна жизнь, подобная земной. Углерод, найденный в прилетевшем бог весть откуда небесном камне, подтверждает точку зрения тех исследователей, что убеждены: жизнь занесена на Землю из космоса.
— Можно назвать это открытием?
— Скорее микрооткрытием. Но нас, физикохимиков, особенно радует, что во многом недооцененный метод спектроскопии комбинационного рассеяния света доказал свои блестящие возможности: адекватно, без разрушения объекта он позволяет изучать и выдавать точные данные о различных модификациях углерода, об особой его форме — алмазе и обладающих уникальными свойствами многочисленных материалах, построенных на основе углерода. Материалы, кстати, замечательные — прочные, выдерживающие высокие температуры, у них огромные возможности применения. Например, в экстремальных условиях для защиты космической техники. Мы накопили обширный опыт исследования различных модификаций углерода. Изучаем и искусственные материалы, такие как стеклоуглероды, углеродные волокна, нанотрубки, фуллерены, и материалы природного генезиса — графиты, коксы и др. Наш метод позволяет выяснить, при каких температурах они меняют свою структуру и свойства, судить о степени их упорядоченности.
Метод лазерной микроспектроскопии КР универсален, его можно использовать в нанотехнологиях, например для оценки диаметра нанотрубок. В промышленности — для контроля технологических процессов получения химических веществ. В криминалистике с его помощью устанавливают характер взрывчатых веществ и состав наркотиков, определяют, подделан документ или нет, оценивают подлинность живописных полотен великих мастеров. В медицине — выявляют поддельные лекарства. Приложений масса. Причем, обратите внимание, для исследований хватит и мизерного количества вещества.
Обидно, что этот перспективный, надежный и недеструктивный метод востребован очень мало. Обычно в таких случаях “кивают” на дороговизну приборов — мол, главная причина в этом. Но не в данном случае. По нынешним меркам, подобное оборудование стоит не так уж и много — 150-200 тысяч евро. Так что приборы в стране есть, но или не используются вовсе, или очень редко. Назову всего несколько крупных научных организаций, в основном академических, где они действительно “загружены”. Это ФИАН, ИОФАН, питерский Физтех им. А.Ф.Иоффе, красноярский Физический институт СО РАН, еще две-три организации. Однако закупаемые приборы последнего поколения идут не в эти признанные мировым научным сообществом центры, обладающие научными школами и кадрами, а прежде всего в университеты и организации, где на них подчас просто некому работать: специалистов нет, и их не готовят. Вот в чем беда!
Еще одна проблема: работа с прибором требует владения техникой эксперимента. Подрастающее поколение, к сожалению, предпочитает не особо заморачивать себя практикой, а получать результаты малой кровью. Это приводит к тому, что исследования ведутся лишь в рамках стандартных, предлагаемых фирмами методик и компьютерных программ. Их разработка, а также создание специальных установок сегодня дело хлопотное и не модное. Главное — купить…
Остается надеяться, что наши исследования привлекут внимание к этому чрезвычайно эффективному методу спектроскопии. Тем более что в этом году исполняется 85 лет со дня его открытия. Оно было сделано в ФИАН нашими выдающимися физиками — Григорием Лансбергом и Леонидом Мандельштамом. Только случайность (задержка публикации, а потому во ремя не подтвержденный приоритет) помешала нашим корифеям получить Нобелевскую премию за это открытие, впоследствии получившее название “Раман-эффект”.
Мы рассматриваем наше микрооткрытие как подарок к 85-летнему юбилею метода КР и потому поторопились с публикацией. Фрагменты метеорита Центр получил в конце марта, но благодаря нашим наработкам и опыту уже в середине апреля в журнале “Известия Академии наук” (серия “Химия”) вышла наша краткая публикация. А статья, посланная в ведущий зарубежный журнал “Карбон”, ждет своей очереди.
Записал Юрий Дризе
Фото Николая Степаненкова
Нет комментариев