Когда-то Камчатский полуостров был плоской равниной, но в плейстоцене произошел взрыв, благодаря которому образовались вулканы, ныне занимающие 40% этой территории. А около 4 тысяч лет назад лавы двух мощных извержений вынесли на поверхность массу обломков глубинных пород - ксенолитов, изучение которых позволяет получить информацию о процессах, происходящих в недрах Земли.

Лабораторный эксперимент, наблюдать за которым пригласили журналистов, мог состояться только в Сибирском отделении РАН. Именно здесь ученые разных специальностей объединили усилия, чтобы изучить процессы, лежащие в основе и образования месторождений, и сейсмической активности, и даже позволяющие подтвердить или опровергнуть ту или иную теорию происхождения Земли. Сотрудники Института геологии и минералогии (ИГМ) СО РАН собрали близ Авачинской сопки богатейшую коллекцию ксенолитов - более 600 образцов, механики из Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) СО РАН помогли теоретически описать процессы плавления минералов, происходящие в глубине земной мантии, и построить математическую модель. Образцы ксенолитов давно изучаются во всем мире, развернулась полемика о том, каким образом появляются структура и особенности минералов мантийных пород.

- С глубины 70-40 км на поверхность Земли выносятся кристаллические обломки пород, в которых есть открытые полости, в них растут и растворяются кристаллы, - комментирует доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник ИГМ СО РАН, профессор кафедры геологии рудных месторождений геолого-геофизического факультета НГУ Виктор Шарапов. - Почему так происходит? Согласно теории Д.Кожинского, из глубин верхней мантии к земной поверхности движутся не только потоки тепла, но и потоки жидких и газообразных флюидов. В результате в сейсмически активных горизонтах литосферы Земли одни элементы замещаются другими, и первоначальная картина распределения минералов изменяется: идет растворение минералов флюидами и отложение растворенных веществ.

Для проверки теории процессы, происходящие в земных глубинах, решено было повторить в лабораторных условиях. Первая попытка не удалась.

- Наш образец буквально размазало по стенкам плазмотрона в ИТПМ - такой там был "плевок энергии", - вспоминает Виктор Николаевич. - Стало ясно, что необходимо направленное, локальное воздействие.

И здесь на помощь пришли сотрудники Института ядерной физики (ИЯФ), предоставив для эксперимента уникальную установку для электронно-лучевых технологий - своего рода электронную пушку.

- Наша установка формирует сфокусированный пучок электронов, - объясняет научный сотрудник ИЯФ СО РАН Юрий Семенов. - Для электронов с энергией 60 кэВ можно создать плотность потока мощности порядка 10 МВт/см2 при диаметре пучка около 1 мм. Чтобы снизить прямое попадание паров и капель обрабатываемых материалов на катод и высоковольтные элементы, в нашей установке электронный пучок совершает поворот на 270 градусов, что существенно повышает надежность и ресурс источника электронов.

Для облучения ксенолитов был выбран режим плавления, при котором пучок электронов диаметром 3-4 сантиметра воздействует на объект в течение 45 минут. Температура плавления на поверхности составляла примерно 2500 градусов.

- На поверхность образца в вакууме подается очень интенсивный тепловой поток, развивается процесс плавления. Граница плавления медленно опускается внутрь, - раскрывает суть происходящего Виктор Шарапов, - а на поверхности кипит расплав, так же как лава кипит на вулкане, только температура в установке примерно в два раза выше, чем в лаве самого горячего Гавайского вулкана.

Надо отметить, что теоретические выкладки и математические расчеты сотрудников ИГМ и ИТПМ полностью подтвердились экспериментально, но, как это водится в науке, в процессе плавления образцов ксенолита возникли новые загадки. Так, оказалось, что после отключения установки жидкость, возникшая в месте расплава, мгновенно кристаллизуется. Как и почему это происходит - пока не понятно.

Но самое интересное, что эксперимент дал почву для создания новой теории, теперь уже физикам. Неожиданно выяснилось, что структура, образующаяся в ксенолите в процессе плавления, очень напоминает структуру... осколков болида - метеорита, взорвавшегося в феврале 2013 года над Челябинском и затонувшего в озере Чебаркуль. Следовательно, можно предположить, что в мантии Земли на глубине 50 с лишним километров и при вхождении метеорита в атмосферу на высоте 20 километров происходят похожие процессы. Сейчас директор ИЯФ академик Павел Логачев и его коллеги строят теоретическую модель для их описания.

Ольга Колесова

Похожие новости

  • 29/12/2018

    Провожая 2018-й: об интересных, ярких и значимых исследованиях сибирских ученых

    ​Специалисты из лаборатории биоинформатики Института вычислительных технологий СО РАН разработали программное обеспечение для создания моделей организма человека и его частей, например сердечно-сосудистой системы.
    2937
  • 27/01/2021

    О нереализованных проектах

    У нас обычно принято в конце каждого года или в начале нового подводить итоги. Учитывая, что прошедший год стал богатым на неприятные сюрпризы (взять хотя бы пандемию), такое осмысление прошедшего напрашивается сейчас как никогда.
    544
  • 05/05/2017

    В новосибирском Академгородке появится экспериментальный вулкан

    ​10 мая Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера и Институт геологии и минералогии им. В.В. Соболева проведут совместный открытый эксперимент, который продемонстрирует процессы, проходящие внутри Земли во время вулканической активности.
    2464
  • 04/06/2020

    Эксперимент геологов и физиков внес вклад в понимание природы железных метеоритов

    Научная группа Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН (ИФВД РАН), Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН (ИГМ СО РАН), Новосибирского государственного университета (НГУ) совместно со специалистами Института ядерной физики им.
    933
  • 24/05/2017

    Новосибирские ученые смоделировали вулканические процессы

    ​Процессы, проходящие в недрах Земли в областях активного вулканизма и сейсмичности, исследованы даже менее детально, чем космос или глубины океана. Их можно установить только при изучении обломков глубинных пород, вынесенных лавами при вулканических извержениях.
    2251
  • 26/02/2020

    Ученые ищут микрочастицы Тунгусского метеорита в озерах

    Все предположения о природе Тунгусского метеорита или Тунгусского космического тела (ТКТ), взорвавшегося и упавшего в Восточной Сибири в 1908 г. до сих пор остаются только гипотезами. Ученые Института ядерной физики им.
    1161
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7293
  • 07/12/2020

    Палеоклимат Земли: новые данные

    Самым старым систематическим метеоданным, которые есть в распоряжении ученых, от силы 150 лет. А для Сибири эта цифра и того меньше. В письменных источниках более ранних периодов (если повезет) можно найти качественную оценку: «лето было необычайно жарким», «дожди обрушились на наши земли» и т.
    1045
  • 25/06/2018

    Пресс-конференция, посвященная новым результатам, полученным в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения

    ​​​25 июня 2018 года в 11:00 в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) состоится пресс-конференция, посвященная результатам исследований с использованием синхротронного излучения в различных областях науки, например, геологии и химии.
    2113
  • 15/07/2020

    Два молодёжных гранта РНФ - от палеолита до бронзы

    Фонд РНФ поддержал два проекта археологов ИАЭТ СО РАН. Грант в конкурсе «инициативные проекты молодых ученых» получила старший научный сотрудник, кандидат исторических наук Марина Нестерова. Грант в конкурсе «молодежные научные группы» – 8 ученых под руководством научного сотрудника, кандидата исторических наук Натальи Белоусовой.
    1192