23.03.21

Молекулы как отпечатки пальцев

Откуда в недрах Земли берётся нефть и как предугадать наступление экологической катастрофы?

Настоящая гордость Академгородка — богатейшая и постоянно пополняемая коллекция минералов, собранная в Центральном Сибирском геологическом музее.

Нефтяная «родословная»

Километры никем ранее не хоженых таёжных и горных троп, романтика песен под гитару около костра — такой образ геолога отложился в нашем сознании с прошлого века. Конечно, и сейчас для того, чтобы собрать материал для изучения, геологи месяцами работают в поле, но технические возможности для исследования данных у них стали гораздо шире, чем 50 лет назад. Были бы деньги на приобретение этих возможностей — а они сейчас в геологические институты СО РАН поступают. И во время рабочей поездки в Новосибирск премьер-министра России Михаила Мишустина один из вопросов касался развития этих институтов СО РАН — подготовки для них кадров, в том числе и в Новосибирском национальном исследовательском государственном университете, в деятельность которого эти институты плотно вовлечены, а также привлечения новых партнёров.

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука — одна из тех научных организаций, которой новая техника нужна не просто для обновления оборудования, а как важное подспорье для новых направлений исследований. Например, по словам директора института доктора технических наук Игоря Ельцова, оборудование для исследования сейсмических сигналов особенно пригодится для изучения активизации Ключевской группы вулканов на Камчатке, а электромагнитные станции — для исследования тонких геоэлектрических структур на территории Алтая и Байкальской рифтовой зоны. Электронный микроскоп с высочайшим разрешением позволит детально рассмотреть образцы древней микрофлоры, собранной в палеонтологическом музее института.

Откуда берётся нефть? В лаборатории геохимии нефти и газа ответ на этот вопрос для себя определили — из органических веществ.

Их-то здесь и изучают, чтобы понять, каким образом это происходит. Для этого отбираются образцы породы, и после дробления и добавления растворителей из них экстрагируется органическое вещество.

— Определение, что было источником нефти, — фундаментальная задача, — рассказывает заведующая лабораторией кандидат геолого-минералогических наук Александра Родченко. — Всем интересно, откуда и когда в месторождениях возникает нефть. Особенно геологам и нефтяникам — при планировании геологоразведочных работ они могут снизить риски, более точно спрогнозировать зоны накопления нефти и где нужно бурить скважины.

Помогает в этом учёным новый хромато-масс-спектрометр, который делает возможным знакомство с образцами органических веществ и нефти на молекулярном уровне. А молекулы для нефтяников, по сравнению Александры Родченко, — «отпечатки пальцев». Если молекулы некоего вещества были найдены в образце нефти, значит, именно оно и было «прародителем» чёрного золота. Но как именно это происходило?

— Органическое вещество с поверхности земли по мере развития истории планеты погружается в недра и под воздействием температур и давления начинает создавать углеводороды. Чтобы узнать, на какой стадии эволюции находится вещество и сколько оно ещё может сгенерировать углеводородов, мы используем пиролизатор, — поясняет научный сотрудник лаборатории Кирилл Долженко.

Принцип работы пиролизатора — программируемый нагрев вещества, при котором начинают выделяться углеводороды, тот же самый процесс, на который в природе уходят миллионы и миллионы лет. По количеству выделенных углеводородов становится понятно, на сколько ещё хватит запасов потенциальной нефти там, где добыт образец исследуемого вещества.

Норильские тайны

Новый масс-спектрометр позволяет специалистам ИНГГ СО РАН определять возраст геологических пород в диапазоне миллиардов лет — от зарождения Земли до гибели Помпеи почти две тысячи лет назад.

Институт геологии и минералогии СО РАН по части переоснащения не отстаёт от своего «собрата», с которым делит один главный корпус на двоих. В 2019 году здесь приобрели лазер с длиной волны 213 нанометров, который помогает имеющимся в институте масс-спектрометрам более точно датировать возраст горных пород.

— Любой геологический объект изучается в треугольнике «пространство-структура-возраст». Экспедиции помогают узнать, где в пространстве находятся объекты, для изучения их структуры подключаются химия, минералогия, другие науки, а вот узнать возраст объекта — самое сложное. Геолог в поле может установить последовательность происходивших геологических событий, но не возраст. Это задача для сложного оборудования, — рассказывает директор института член-корреспондент РАН Николай Крук.

По нацпроекту «Наука» в институте обновлено оборудование для изотопных исследований, новый масс-спектрометр помогает путём аргоно-аргонного метода точнее датировать возраст минералов.

— Есть метод калие-аргонный, он основан на спонтанном распаде одного из изотопов калия, который превращается в аргон. По измерению в геологическом минерале долей калия и аргона можно рассчитать, сколько времени он пролежал в земле. При работе с веществами космического происхождения был придуман новый метод — аргон-аргонный, он более чувствителен, — рассказывает завлабораторией изотопно-аналитической геохимии доктор геолого-минералогических наук Алексей Травин.

Именно этот метод в руках новосибирских учёных помог России обосновать своё право на разработку материкового шельфа Северного Ледовитого океана. По взятым пробам горных пород с подводного хребта Ломоносова стало ясно, что их возраст очень древний и, следовательно, хребет — это не океаническое дно, а продолжение шельфа Сибирской платформы.

Чтобы узнать больше о горных породах, специалистам института даже не обязательно иметь под руками их образцы — метод дистанционного зондирования позволяет собирать нужную информацию по снимкам из космоса. Что, как отмечает старший научный сотрудник лаборатории геоинформационных технологий и дистанционного зондирования кандидат наук Николай Добрецов, в наши дни становится крайней необходимостью. И не только для геологов, но и для мониторинга лесных пожаров и паводков, и даже нужд строительства. Наглядный пример — прошлогоднее ЧП с разливом нефти под Норильском.

Выращиванием таких кристаллов занимаются в Институте геологии и минералогии СО РАН.

— В течение двух недель после аварии наши коллеги из Кемерово обработали данные со спутников с 9 июня 2019 года по 3 июня 2020 года, которые показывали поведение бака, откуда произошла утечка, — рассказывает Николай Добрецов. — Обнаружили, что в августе-сентябре бак начал падать с возрастающим ускорением, в итоге скорость падения достигла 30–35 миллиметров в год. И такая же динамика оказалась у второго бака, который начал падать чуть позже. Толком ещё не успев подготовить отчёт, мы сообщили об этом руководству института, наш директор — председателю СО РАН академику Валентину Пармону, а он уже позвонил в Норильск и посоветовал немедленно слить опасный бак. Ему поверили, так и сделали. Через полтора месяца в Норильск поехала комплексная экспедиция с участием наших геофизиков, которые, проверив все четыре резервуара, подтвердили причину аварии: таяние вечной мерзлоты под опрокинувшимся баком. И под вторым она тоже начала таять. Так мы предотвратили вторую аварию.

А в лаборатории роста кристаллов появился новый термический анализатор, с помощью которого учёные могут значительно продвинуть вперёд наши знания по материаловедению.

— У этой науки две задачи — искать и открывать новые материалы и улучшать свойства уже известных, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории Константин Кох. — Каждый год мы открываем по три-четыре новых соединения, получить их пытаемся в виде кристаллов. Именно по кристаллам удобнее всего изучать свойства вещества. А чтобы их получить, надо знать температуру плавления соединения и как ведёт себя вещество с потенциальными растворителями, при помощи которых можно создать кристалл. Эту задачу нам и помогает решить анализатор.

В планах развития проекта «Академгородок 2.0» двум геологическим институтам отведена своя задача. По словам министра науки и инновационной политики НСО Алексея Васильева, в ближайшее время будет дан старт проекту Центра минералообразующих систем, который в 2019 году был представлен в Совете Федерации. А тем временем каждый год на приобретение нового оборудования для геологов СО РАН уходят десятки миллионов рублей. Тенденция, которая не может не радовать тех, кого искренне заботит будущее отечественной науки.

Виталий СОЛОВОВ | Фото Валерия ПАНОВА

back

Новости  [Архив новостей]

x

Сообщите вашу новость:


up
Яндекс.Метрика