Академик Л.Н. Когарко: «Наши исследования — это окна в мантию»

– Лия Николаевна, вы представляете одно из направлений геологической науки и являетесь здесь крупным специалистом с мировым именем. Так о вас пишут академические справочники. Расскажите, пожалуйста, о той науке, которой вы занимаетесь.

– Я занимаюсь геохимией стратегических металлов, закономерностями их концентрирования, рассеяния и формированием месторождений в щелочно-карбонатитовых формациях.

А что такое «стратегические металлы»?

Это металлы, к которым относятся, например, радиоактивные элементы – ниобий, тантал, редкоземельные металлы – цирконий, гафний, скандий. Стратегические металлы представляют огромную ценность, потому что  их небольшие добавки принципиально меняют свойства материалов. Так, например, добавка очень незначительного количества скандия в алюминиевые сплавы в три раза повышает их прочность и создает ковкость, которая без скандия невозможна. Ниобий добавляется в трубы – нефтепроводы, газопроводы, – и они служат значительно дольше. Без него они быстро окисляются и  ржавеют. Как вы знаете, окисление стали -это огромная проблема. Стратегические металлы по-английски называются «critical metals» – то есть их отсутствие может создать критические ситуации, как это было с редкими землями в 2011-ом году, например.

– Что это была за ситуация?

Китай занимает первое место по запасам редкоземельных металлов – у них  супергигантские месторождения. Он активно торговал этим сырьем, но  в 2011-м году  резко  прекратил  экспорт  редкоземельного сырья, что поставило некоторые страны в очень тяжелое положение. В Америке этот вопрос обсуждался  в  Сенате, потому что  прекращение импорта редких земель угрожало экономической безопасности Соединенных Штатов. Самые крупные месторождения стратегических металлов этой группы связаны со щелочными породами,  геохимии которых я посвятила свою научную жизнь. Именно щелочные породы наиболее богаты редкими элементами, и, к счастью, Россия занимает первое место по  распространенности щелочных и карбонатитовых пород.  Россия занимает, например, по танталу первое место в мире, по редкоземельным – второе место, то есть у нас очень много богатств. Но, к сожалению, выработка,  то есть извлечение этих элементов из сырья, у нас не на высоте. Мы значительно отстаем.

– Что представляют собой ваши исследования?

Наши исследования, с одной стороны, имеют прикладной характер, потому что мы проводим анализ рудного вещества, то есть распределение этих компонентов в  различных рудах, выделяем наиболее перспективные зоны месторождений, исследуем перенос металлов  во вмещающие породы. Мы выделяем минералы-концентраторы этих элементов, что очень важно для извлечения ценных компонентов. Например, если какой-то элемент концентрируется в минерале, который очень трудно разлагается, то, конечно, ценность этого месторождения падает. Поэтому очень важно выделить формы нахождения, минералы-концентраторы стратегических металлов и дать их химическую  характеристику. Наше отставание по аппаратуре привело к тому, что очень многие наши месторождения исследованы на уровне 60-ых, 70-ых годов, когда не было такой аналитической базы, чтобы проанализировать на комплексность эти месторождения. А ведь все руды комплексные, и это одна из очень значительных прикладных задач –установить комплексность и содержания попутных компонентов. Это значительно повысит эффективность рудного вещества, которое в настоящее время перерабатывается.

И вторая задача – это увеличение нашей минерально-сырьевой базы с целью обеспечения экономической безопасности России, что особенно важно в связи с санкциями. Если  какой-либо металл попадет под санкции, а у нас его недостаточно, то это может  остановить налаженное производство и существенно повредить экономическому развитию страны.

– А что, если самим создавать приборы, которые необходимы для прецизионного анализа рудного вещества?

Несомненно, этим надо заниматься, но только  в плане создания новых подходов для решения трудно определяемых металлов – например, низких концентраций платиноидов, что важно для разработки прогнозных критериев благородных металлов. В то же время сейчас все-таки 21-ый век – это время глобализации. Многие  высокоточные замечательные приборы  уже созданы для решения тех задач, которые стоят перед нами. Весь мир, например, покупает CAMECA из Франции – это микрозонд: он без разрушения минералов определяет состав пород в точке.  Идет активная  конкуренция между Японией и Францией, но все геохимические организации – и наши, и зарубежные – их покупают, не придумывая ничего сами. Наш Институт приобрел прибор во Франции, и он относится к наиболее важному для геохимических исследований. В настоящее время нет необходимости нам разрабатывать аналогичный прибор – дешевле и проще его купить.

– За чем же дело стало?

Это очень дорогостоящее оборудование. Например, микрозонд  JEOL стоит около одного миллиона долларов. Эти приборы, к сожалению, быстро устаревают, потому что страны-производители  создают новые варианты, увеличивают чувствительность, количество металлов, которые можно определить. А у нас проблемы с финансированием.

– Но давайте вернемся к научным исследованиям…

В своих исследованиях мы используем целый комплекс методов – это химические анализы редкометальных руд и минералов, экспериментальное моделирование на аппаратах высоких температур и давлений равновесий с участием рудных минералов, расчет реакций с помощью термодинамического анализа, математическое моделирование развития магматических очагов, содержащих руды, анализ микровключений минералов, представляющих захват капель минералообразующей среды, создание банков данных руд, щелочных пород, карбонатитов, анализ геодинамических режимов формирования щелочных формаций.

На Кольском полуострове располагаются два замечательных щелочных комплекса – Хибинский и Ловозерский, с которыми связаны суперкрупные редкометальные месторождения – ценный источник редких земель, ниобия, тантала, циркония, гафния, апатита. В настоящее время Ловозерское месторождение является единственным, которое у нас ещё разрабатывается.

Я в молодости принимала участие в открытии Умбозерского  месторождения редких земель и ниобия Ловозерского массива. Можно сказать, начала свои исследования  геохимии щелочных пород и месторождений с анализа флюидной фазы, так как концентрации фтора, хлора, углерода, фосфора в этих породах чрезвычайно велики. На основании экспериментальных данных, термодинамических расчетов и распределения этих компонентов была разработана модель поведения летучих в щелочных магмах, установлена фундаментальная особенность щелочных магматических систем. Высокая щелочность препятствует отделению летучих компонентов  и редких металлов в газовую фазу, что определило накопление стратегических элементов в расплаве. Вследствие этого редкометальные месторождения имеют магматический характер, система является закрытой. Эта важная особенность в дальнейшем была подтверждена нашими изотопными данными.

Проведенные нами исследования Ловозерского месторождения в вертикальном разрезе позволили выделить зоны, перспективные на различные металлы.  Например, титан обогащает низы месторождения, в то время как ниобий, тантал. Стронций, уран и торий концентрируются в верхней зоне. Эти выводы были сделаны на основании около полутора тысяч анализов рудных минералов, построенных экспериментально диаграммах  плавкости равновесий в щелочных расплавах, построена модель генезиса лопаритового месторождения и разработан новый геохимический критерий прогноза руд ниобия и редких земель в щелочных массивах.

Наши исследования позволили оценить физико-химические параметры формирования апатитовых руд крупнейшего месторождения мира – Хибинского, оценить особенности распределения редких земель в апатитах различных зон месторождения и установить, что стало главным фактором концентрирования апатита в этой зоне. А совсем недавно мы обнаружили присутствие самородного золота в дунитах крупнейшего в мире Гулинского массива (Полярная Сибирь), что важно для организации поисков этого ценного металла

– Не первый год идут разговоры о демонетизации золота. А может быть, в качестве валюты можно использовать и другие редкие металлы?

Да, это новое интересное направление. Демонетизация золота – очень большая проблема, а есть другой подход – идея, что такие стратегические металлы  как скандий и платиноиды могут быть валютой. Вот сейчас мы, например, по танталу на первом месте в мире. Если мы будем не просто продавать необработанный и невыделенный тантал, а научимся его выделять, то это вторая нефть. Я думаю, надо создавать  резерв этих редких элементов: сейчас технологии развиваются настолько быстро, что в любой момент может понадобиться новый стратегический металл.  Это деньги, которых у нас ещё очень много закопано, и наша задача – выявить, где они есть, в каких минералах и объемах. Например, в Канаде, в Австралии сейчас ведутся работы по доизучению и ревизии уже открытых месторождений, устанавливается их комплексность. Этому мы совершенно не уделяем  должного внимания. А напрасно.

– Каким образом вы определяете возраст открытых пород?

Мы ведем эти работы уже давно, и в последние годы на первый план выходит изотопный анализ. Мы впервые датировали щелочные породы и месторождения Кольского полуострова, и оказалось, что их возраст совершенно не соответствует тому, что ранее был получен в ходе геологической съемки.

Старше?

Нет, наоборот – они моложе оказались. Думали, что им 600 миллионов лет, а им 360-370 миллионов лет – Девонское время. Это первые работы, которые сразу позволили выделить эту провинцию в единую, обладающую повышенной рудоносностью. Другая интересная проблема – установление источников стратегических  месторождений: надо понять, каким образом сконцентрировались такие объемы полезных металлов. Получить их из мантии Земли очень проблематично, так как эта крупнейшая оболочка резко обеднена редкими и рассеянными элементами. Тем не менее, изотопные данные однозначно показали, что щелочные породы и карбонатиты, а также месторождения редких металлов имеют глубинные мантийные источники. Возникло противоречие.

Я несколько лет отдала решению этой проблемы, и на основании собранной информации, создания базы данных щелочных пород и карбонатитов, а также детальных исследований фрагментов мантийного вещества, выносимого из огромных глубин  щелочными базальтами, стало понятно, что щелочной магматизм в истории Земли возник на определенном этапе её развития. В это время изменился геодинамический режим нашей планеты, и огромный материал океанической коры начал активно погружаться в мантию, неся с собой воду и углекислоту, которые при определенных условиях (повышенные температуры и давления) переносят и концентрируют стратегические и другие редкие металлы. В результате возникают обогащенные резервуары в мантии –источник щелочно-карбонатитового магматизма на Земле. Наша идея обогащенных мантийных резервуаров подтверждается исследованиями так называемой метасоматизированной мантии, которая содержит резко повышенные концентрации редких элементов. Она может объяснить генезис суперкрупных месторождений. Хибины, Ловозеро, Полярная Сибирь – там же так много стратегических металлов! Это стало особенно ясно с развитием сейсмической томографии, когда мы научились сканировать глубинные зоны Земли. Иначе говоря, когда только рождалась наша планета, не было щелочных пород , карбонатитов и редкометальных месторождений..

– А что было?

А были процессы, связанные с дифференциацией Земли и мантии, рождались ядро Земли и возникала кора на континентах и в океане.

И Земля была безводна и пуста.

Вы знаете, это трудно сказать, потому что, в принципе, зарождение жизни, как и формирование океана, произошло очень рано. Но вот щелочной магматизм возник только  на рубеже три миллиарда лет, а возраст Земли – примерно пять миллиардов лет. Очень интересно, что калиевые щелочные породы, к которым относятся, например кимберлиты, выносящие алмазы с самых глубинных зон мантии, появились позже. Алмазный потенциал кимберлитов, по нашим данным, с течением времени уменьшается, так как  непрерывное движение океанических плит приводит к росту активности кислорода в мантии и уменьшению полей устойчивости алмазов. Так что количество алмазоносных трубок неуклонно уменьшается.

– То есть, алмазов не останется?

Да. В конце концов, не останется, но на век существования человечества хватит. Кстати, научный руководитель ГЕОХИ академик Э.М. Галимов связывает рост активности кислорода в мантии с процессами перехода окисленного железа из мантии в ядро. Видимо, оба этих процесса важны в эволюционном развитии нашей планеты.

– Теперь стало понятно, что формирование щелочного магматизма    возможно в силу такого рода процессов. 

Да, в силу геодинамического развития Земли. Сейчас мы показали,  что разновидность щелочных пород – карбонатиты, с которыми связаны  самые крупные месторождения редких земель, возникли в результате эволюции расплавов, возникших в процессах частичного плавления мантийного субстрата. Весь международный рынок  редких земель контролируется месторождениями, связанными с карбонатитами. У нас их много на Кольском полуострове,  также в Полярной Сибири, на Алтае. Их формирование тоже связано с глубинными мантийными процессами. В наших коллекциях есть карбонатизированные мантийные ксенолиты, и в результате мы можем подержать в руках фрагменты глубинной мантии, которые были источниками карбонатитов и месторождений стратегических металлов.

– Знаю, вы являетесь автором важного научного открытия. Обнаружение карбонатитов в мантии – это и есть то, что с ним связано?

Нет, научное открытие было на другую тему. Я член Датской академии наук, и  у меня была возможность принять участие в геологической экспедиции на щелочные породы Гренландии. Помимо знаменитого щелочного комплекса и месторождений редких земель, радиоактивных элементов и циркония (Илимауссак) мне удалось побывать на месторождении криолитовых руд (Ивигтут). Это месторождение очень важно, так как это был  единственный источник криолита для электрометаллургии алюминия. По возвращении в Москву я провела целый ряд экспериментальных работ по плавлению криолита в щелочных и щелочногранитных расплавах. Впервые были определены поля несмесимости во фторидно-силикатных расплавах, и я пришла к выводу, что криолитовые руды могут формироваться только в щелочных гранитах при высоких потенциалах фтора. Исследуя щелочной магматизм, мы многое понимаем о процессах происходящих в самых глубинных зонах Земли. Это  своеобразные окна в мантию.

– То есть вы моделируете процессы, происходящие на больших глубинах?

 В этом случае были проведены эксперименты при высоких температурах. На основании этих экспериментальных и расчетных данных я объяснила, как формируется криолит и предсказала, что он должен быть в щелочных гранитах Забайкалья и Монголии. Криолитовые руды были обнаружены в этих объектах. Это и было представлено как открытие.

– Замечательно! Представляю, как жители Монголии были вам благодарны.

Да, это так. Но беда в том, что после распада Советского Союза мы потеряли очень важные источники редкометального сырья. Например, месторождения урана и золота – это очень болезненно. Хром ушел в Казахстан. И марганца у нас недостаточно сейчас. Желательно, чтобы и урана у нас было больше.. А разложение лопаритовых руд для добычи ниобия и редких земель осталось в Эстонии. Главное – закрыли обогатительные фабрики. Всё это надо снова поднимать. Если мы это не сделаем, то отстанем, и экономическая безопасность страны не будет обеспечена. Мы писали об этом много раз. В 2013-ом году была принята программа для разработки методов извлечения редких земель. Были выделены большие деньги. К сожалению, насколько мне известно, Академия Наук не была приглашена в тот проект.

– Расскажите, пожалуйста, что это за минерал, который назвали в вашу честь? Как это вообще получилось?

В наших породах есть очень интересный минерал – виллиомит, это фторид натрия. Он растворим: вы можете его кинуть в стакан воды – он растворится. Он очень  красивый, красного цвета. И я в свое время задумалась: как может растворимый минерал в воде кристаллизоваться вместе с водосодержащими минералами? Все-таки вода была в магме, почему же он там не растворился?

Оказалось, что есть две группы солей: одни соединения растворяются в воде  в различных условиях, а растворимость других падает с ростом температуры, особенно выше критической – около 4000С. Виллиомит относится как раз ко второй группе, поэтому и устойчив в щелочных породах. На основании термодинамических расчетов я поняла, что в наших породах должен, в принципе, быть еще один  растворимый минерал, содержащий шестивалентную серу. В одной из экспедиций на Ловозерский массив в процессе документации пробуренных щелочных пород я увидела неизвестный минерал голубого цвета. Я тут же его схватила и привезла в Москву.

Проведенные исследования показали, что этот минерал действительно растворим в воде. Я опубликовала  полученные результаты. Неожиданно через полгода получаю письмо из США, из Университета Лос-Анжелеса с просьбой дать свое согласие назвать новый минерал, обнаруженный в США, когаркоитом. По составу этот минерал очень близок к открытому мной. Сделанная в США структура соответствовала минералу с окисленной серой. Мы дали согласие.

Через некоторое время я поехала в Америку, где выступила с несколькими лекциями о своих работах, и мне подарили американский когаркоит – он по всем параметрам аналогичен Ловозерскому.

Он у вас дома есть?

 Есть, конечно.

– А алмазы?

Алмазы у меня есть, но  очень меленькие, для исследования микровключений. Это Якутские алмазы. Их мне подарили, когда у меня был юбилей.

– Лия Николаевна, ваши алмазы красивые или ничего особенного?

Они красивые, потому что у них очень высокий показатель преломления. Они переливаются на свету, как и положено алмазу.

– Такие вещи, как алмазы, вас интересуют только с точки зрения науки или привлекают как женщину?

Я не страдаю от отсутствия ювелирных алмазов. Уже сейчас во многих лабораториях растят алмазы, которые ничем не отличаются от природных. Не принимаю позицию, что искусственные алмазы менее ценны по сравнению с природными. Алмазы природные и искусственные – это химические вещества с вполне определенной структурой, оптическими и другими  свойствами. Для меня разницы нет. Разного рода предубеждения на сей счёт, по-моему, от незнания химии.

– Давайте вспомним вашего супруга – замечательного ученого, недавно ушедшего из жизни академика Игоря Дмитриевича Рябчикова. Он ведь тоже был геологом?

Да, он работал в другом институте, в ИГЕМе – это Институт рудных месторождений Академии наук. Он начинал свою деятельность с исследований  рудоносности гранитного магматизма. Его докторская диссертация была посвящена –очень крупной проблеме- закономерностям распределения редких элементов в гранитных системах. Это были теоретические и экспериментальные исследования. Позже он увлекся строением  и геохимией мантии  Земли с точки зрения физико-химических равновесий. Очень яркие работы были посвящены режиму кислорода в мантии. Он был талантливый  математик и физико-химик.

– Вам, наверное, вместе было очень интересно.

Мы  были вместе 52 года. Игорь Дмитриевич был замечательным, спокойным и очень разумным человеком. Я думаю, мне повезло, что столько лет я жила рядом с ним.

А научные споры у вас случались?

А как же? Конечно.

И кто оказывался всегда прав?

По-разному. Мы очень дружно жили, у нас не было проблем. Все говорят, что супруги должны ссориться: милые бранятся – только тешатся. Мы не ссорились. Единственное, о чём жалею – мы недостаточно вместе работали. Только в последние годы его жизни мы вместе получили очень крупный грант Российского Научного Фонда. Он был организован на основе моей лаборатории в ГЕОХИ. Нам удалось опубликовать целый ряд совместных статей и наметить новые работы, которые я буду продолжать и развивать. 

– А в работе вам тоже повезло?

Я занимаюсь очень важной и интересной комплексной проблемой – рудоносностью щелочных магматических формаций. Оглядываясь назад, я понимаю, что за время моей  научной деятельности произошло колоссальное накопление информации, что привело к совершенно новым концепциям развития щелочного и карбонатитового магматизма в истории Земли. Но все эти завоевания стали возможны благодаря нашим работам.

Мне удалось показать тесную связь формирования месторождений редкометального сырья с процессами глубинной дифференциации мантии Земли и глобальными геодинамическими событиями. Я должна вспомнить академика А.П. Виноградова, которого считаю моим учителем. Именно он предложил мне заниматься щелочным магматизмом с позиций точных наук, физико-химических процессов  и реакций, математического и экспериментального моделирования. А я ведь изначально не хотела – собиралась заниматься гранитами. Но сейчас очень ему благодарна. Его видение развития геохимии как точной науки полностью оправдалось. Он и создавал наш институт на этой платформе, обеспечил его успешное  развитие по очень важным направлениям, включающих космохимию, эволюцию мирового океана, геохимию рудообразования, геохимию мантии, экологию, проблемы происхождения жизни и т.д. Институт всегда включал  важные прикладные  исследования – например, возглавлял химическую часть атомного проекта  России, геохимические исследования космического вещества и др. Всё это определило и характер научного коллектива Института, для которого главное в жизни – это наука.

Наталия ЛЕСКОВА.

Источник.

Buy for 10 tokens
Buy promo for minimal price.

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened