Факультет

Студентам

Посетителям

Достижения современной физики в геологическую науку

Общеизвестны огромные успехи физики и химии в изучении вещества. Методы этих наук все в большей степени внедряются в различные области естествознания.

Геология в своем развитии всегда опиралась на достижения физики и химии, применяя их при исследовании состава минералов и руд и решении отдельных геологических вопросов рудообразования. Излишне говорить об опыте применения изотопического анализа и зарождении геологии изотопов, методов радиоактивационного анализа, ядерной геологии, электронной микроскопии. Они все шире входят в геологическую практику.

Однако общий уровень применения физических и химических методов в геологии пока еще не соответствует достижениям современной физики и химии и отстает примерно на 25 лет. Классическая «мокрая химия» в аналитике, частично спектроскопия, в меньшей степени другие физические методы исследования состава пород, минералов, руд — вот те пока еще немногие точные методы исследований, которые широко применяются сейчас в геологии.

Физические методы исследований вещества в геологии (я не говорю о геофизике) преимущественно ограничиваются микроскопией, оптикой и несколько меньше — термикой. Электронная микроскопия, масс-спектроскопия, микроспектральный анализ, методы ядерной физики пока еще не вошли в геологическую практику и являются достоянием только отдельных научных центров. Если не считать аппаратуру, применяющуюся в отдельных специальных видах поисков, главными орудиями геолога по-прежнему остаются лупа, молоток, горный компас и буровой станок. Поэтому вся технология геологических исследований ныне, как и многие десятки лет назад, построена на визуальном осмотре обнажений или искусственных горных выработок, отборе образцов и проб и последующем анализе их в лаборатории, чаще всего после полевых работ и не всегда наиболее современными методами.

Применение же методов современной физики и химии дает возможность параллельно с визуальным исследованием геологических объектов получить непосредственно в поле инструментальную, объективную информацию о характере исследуемого явления и тем самым значительно углубить и ускорить геологические исследования. Современные физика и геофизика разработали много приборов, которые по естественной радиоактивности или с помощью радиоактивационного анализа могут прямо в поле определять качественный и количественный состав руд, минералов, горных пород. Роль инструментальных исследований непосредственно в поле должна непрерывно возрастать.

Известно, что появление нового оружия вызывает к жизни и новую тактику боя. Появление нового научного вооружения рождает новые методы исследования, создает принципиально новые теории и представления. Достаточно вспомнить, какую революционную роль в развитии петрографии и всей геологии в целом сыграло внедрение в геологию поляризационного микроскопа, создавшее современную петрографию. Аналитическая химия, гониометрия кристаллов создали минералогию, рентгеноструктурный анализ — структурную минералогию. Геохимия, особенно геохимия редких элементов, также родилась прежде всего в результате внедрения спектрального анализа и других физических методов аналитической химии. Термический анализ резко изменил наши представления о составе тонкодисперсных и глинистых отложений, о процессах выветривания и осадконакопления.

Бесспорно, что внедрение достижений электроники и ядерной физики, микроспектроскопии, масс-спектроскопии, квантовой спектроскопии, физико-химического эксперимента поднимет уровень геологических исследований на принципиально новую ступень, на целые порядки повысит точность тех понятий и определений, которыми оперирует ныне геолог.

Геологические учреждения еще очень робко внедряют в геологическую практику новые методы исследования, недостаточно перевооружают свои лаборатории, все еще держатся за классические, но малопроизводительные методы исследования вещества земной коры. Еще более робко геологическая наука проверяет новыми методами исследований многие классические схемы в геологии. Плохо разрабатывается новая тактика геологического наступления с использованием нового приборного вооружения. Известны только отдельные случаи применения новых точных методов к познанию геологических процессов в работах наших институтов, преимущественно Института геохимии и аналитической химии АН СССР.

Внедрение новых методов исследований, основанных на последних достижениях физики, химии, математики, физико-химического эксперимента, во все области геологического познания и, в первую очередь, в лабораторные работы, в практику полевых работ, — одна из главнейших задач геологических наук. Академия наук СССР, где в тесном содружестве могут работать геологи, физики, химики, должна возглавить широкую разработку новых методов исследований в геологии.

Новый уровень исследований приведет к пересмотру многих теоретических представлений по коренным вопросам геологии.

Например, наша практика поисков рудных месторождений, обязанных своим происхождением внутренним процессам в земной коре, строится все еще на представлениях о некогда огненно-жидком состоянии вещества Земли и внедрении в верхние горизонты земной коры магматических пород. А ведь появление гипотезы о том, что в земной коре протекают процессы, аналогичные зонной плавке, дает в руки геологов совершенно иные теоретические представления о рудообразовании.

Важность внедрения новых точных и быстрых методов исследований для геологической практики, для научного обоснования путей поисков полезных ископаемых можно показать на примере некоторых геологических проблем.

Для практической геологии, особенно при изучении полезных ископаемых, весьма важно знать происхождение месторождения, связь рудных концентраций с горными породами, слагающими рудный район. Геохимические методы, обладающие большой разрешающей способностью, позволяют теперь более определенно судить о том, какие процессы привели к формированию месторождений. Парагенезис элементов, изотопные отношения, геохимические особенности пород, а в дальнейшем и точные определения абсолютного возраста месторождении и окружающих пород могут дать достаточно объективный материал для того, чтобы судить, образовалось ли месторождение в результате экзогенных процессов, связанных с осадочными явлениями, или же процессов эндогенных, происходящих в глубинах Земли в связи с магматическими явлениями. Этими же методами можно решить и многие другие коренные вопросы геологии: определить, произошла ли данная метаморфизованная порода из магматической или осадочной, одновременно или в разное время с интрузиями или вмещающими породами образовалось исследуемое месторождение полезного ископаемого.

Геохимические методы могут дать определенный ответ на вопрос о том, образовалось ли то или иное рудное месторождение за счет отщеплений рудных растворов о г магматического очага, или, наоборот, за счет мобилизации рудных элементов из вмещающих осадочных толщ при метаморфизме. От ответа на этот вопрос в значительной степени зависит направление поисков и разведки месторождений, и внедрение здесь методов геохимии резко сократило бы затраты на геологоразведочные работы.

Разработка методов геохимической диагностики геологических процессов имела бы решающее значение не только для познания процессов рудообразования, но и для решения многих коренных геологических проблем.

Как известно, вся геологическая практика поисков и разведки зиждется, в первую очередь, на четких знаниях о том, какими горными породами сложен тот или иной район, и затем уже о том, какие возрастные соотношения существуют между породами, какие структуры они образовывают. Современная классификация горных пород основывается преимущественно на поляризационной микроскопии, дающей определенные соотношения минералов, слагающих горную породу. Эта классификация не учитывает многих признаков, характеризующих горную породу: состава минералов-примесей, состава газов, захваченных породой, изотопного состава элементов, слагающих минералы. При классификации даже не всегда учитывается происхождение породы. Поэтому подчас при детальном изучении оказывается, что под одним и тем же названием объединены породы разного происхождения и разного состава. Так, на геологических картах выделяются поля гранитов или гнейсов без разделения их на граниты и гнейсы, образовавшиеся из магматических и осадочных пород.

Новые, более точные методы могут дать нам значительно больше информации о горных породах, еще больше индивидуализировать каждую из них. Исследования газовой составляющей горных пород, к которым сейчас приступают в некоторых лабораториях, исследования минералов-примесей, изотопного состава элементов и распределения элементов-примесей в минералах горных пород дают нам не только новые дополнительные константы горных пород, но и совершенно новые исходные градации для создания новых классификаций. Это порождает новые генетические представления о породах, а следовательно, и об истории развития целых районов, их металлогенической специализации. В будущем, вероятно, на смену минералогическим классификациям горных пород придут генетические минералого-геохимические или изотопные классификации пород.

Пора и нашим минералогам задуматься о судьбах минералогии. Бесспорно, что за последнее время при изучении минералов новыми, более совершенными методами исследования получены интереснейшие данные о структуре минералов, выявлены новые их свойства, значительно расширен список минералов, некоторые из них расчленены по отдельным видам и разновидностям. Заслуживают большого внимания исследования структуры минералов по данным рентгеноструктурного анализа, выяснение связей между химическим составом минералов и их физическими свойствами (твердостью, блеском и другими).

Однако, уделяя большое внимание изучению отдельных минералов или их групп, минералоги очень мало работают над общими проблемами минералогии. Не выдвигая своих крупных проблем, минералогия начинает утрачивать самостоятельное значение и все больше приобретает вспомогательный, определительский характер при изучении горных пород, руд, продуктов их переработки и, несколько меньше, при диагностике геологических процессов. В последнее время стали сокращаться топоминералогические исследования, а ведь обобщение наших представлений о минералогии и минералогическом составе отдельных районов составляет одну из главных предпосылок для прогнозов и поисков месторождений полезных ископаемых.

Продолжая выполнять эту, если можно так сказать, определительскую службу, продолжая накапливать новые данные о минералах, открывая новые минералы, минералогия должна сделать следующий качественный скачок, обратиться к общим, коренным и в первую очередь генетическим проблемам минералообразования. Нам кажется, что пора рассмотреть взаимосвязь химического состава минералов с их происхождением по различным зонам земной коры и основным геологическим процессам.

Современные минералогические классификации кладут в основу химический состав и физические свойства минерала и не учитывают того, при каких геологических процессах проходило образование минералов, в какой термодинамической обстановке земной коры он формировался. А ведь теперь, при современных методах исследований, не всегда еще обладающих достаточной точностью, замечено, что в разных геологических условиях возникают несколько отличные по составу и свойствам минеральные разновидности, которые мы пока рассматриваем как единый минеральный вид. Например, высокотемпературные и низкотемпературные кварцы, гидротермальные и органогенные кальциты, магматогенные и осадочные пириты и другие минералы, принадлежащие к одному минеральному виду, являются генетически разными образованиями.

Вероятно, будущая генетическая минералогия, разделяя минеральные разновидности по генетическим признакам, создаст новую классификацию, отражающую происхождение минерала и его место в земной коре наряду с его химическим составом и физическими свойствами.

Вторая, не менее важная задача современной минералогии — синтез минералов, даже мало распространенных, создание минералов высокой чистоты и минералов с заранее заданными свойствами, изучение свойств искусственных минералов. Этим путем могут быть выявлены, кроме уже известных, новые минералы, обладающие пьезооптическими, сегнетоэлектрическими, диэлектрическими и другими ценными свойствами, а также обнаружены новые, еще неизвестные физические свойства минералов.

Экспериментальная минералогия развивается пока еще очень разрозненно, даже кустарно. В то же время у этой науки большое будущее — она должна дать основу для создания промышленности минерального синтеза, аналогичной промышленности органического синтеза. Промышленность предъявляет все больший спрос на такие минералы, запасы которых в недрах ограничены. Чтобы удовлетворить быстро растущую потребность промышленности в мономинералах, нужно всемерно развивать их искусственное получение. Например, часовая промышленность или приборостроение не могли бы развиваться, если бы не была создана промышленность синтеза рубинов. Сейчас успешно расширяется производство синтетического пьезокварца, который значительно дешевле природного. В мировой практике имеется опыт синтеза слюды для электро- и радиотехники, оптического кальцита и других минералов. В дальнейшем, бесспорно, будут получены алмазы, не уступающие по размерам и качеству естественным.

В будущем многие природные минералы, в первую очередь слюды — мусковит и флогопит, оптический кальцит, специальные виды асбестов и другие, будут заменены синтетическими. Резко возрастет количество синтезированных минералов, находящих применение в народном хозяйстве. Как в сельском хозяйстве от сбора диких плодов и охоты человечество в свое время перешло к земледелию и животноводству, так и в будущем промышленность перейдет от сбора, добычи отдельных минералов, встречающихся в природе, к синтезу их в заводских условиях.

У минералогии — главнейшей области знаний о минеральных составных частях земной коры — большое будущее, и минералоги должны упорно искать новые пути развития своей науки.

Перед геологической теорией и практикой в целом стоит задача — шире применять новые точные методы, всемерно повышать вооруженность геолога современными приборами и инструментами. Старый девиз геолога — «Умом и молотком» — хотя и сохраняет и всегда сохранит свое переносное значение, но он уже не должен пониматься буквально. На смену ему должен прийти новый девиз современной науки — «Умом и точным инструментом».

Автор: А.В. Сидоренко. Геология — наука будущего. Развитие минерально-сырьевой базы страны и задачи геологической науки. Изд-во «Знание». Москва. 1964

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: