ENG
Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П. Карпинского
Институт
Новости

10 вопросов минералогу


Чем занимаются минералоги? Каким образом и как часто открывают новые минералы? Что нужно сделать для открытия нового минерала? Нужна ли минералогия в современном мире? На эти и другие вопросы любезно согласился ответить доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией самоорганизации минеральных систем Геологического института Кольского научного центра Российской академии наук (ГИ КНЦ РАН) и просто интересный и умный человек Григорий Юрьевич Иванюк.


Фото из личного архива Григория Иванюка

— Добрый день, Григорий! 30 лет назад в 1988 году Вы закончили кафедру минералогии геологического факультета Ленинградского государственного университета (сейчас — Институт наук о Земле СПбГУ) и начали работать в Геологическом институте КНЦ РАН. Не могли бы Вы немного рассказать о том, чем Вам пришлось заниматься за это время?

— Здравствуйте, Татьяна! Да, 30 лет – срок немалый даже для науки, уже можно и итоги какие-то подвести. Мы, как Вы помните, были то ли последним, то ли предпоследним выпуском с нормальным советским распределением по местам работы. Вот так мы с моей сокурсницей и будущей женой Айей Базай и попали в Кольский филиал АН СССР в Апатитах. Место хорошее, рыбно-ягодное, вокруг интереснейшие месторождения, замечательные люди со всей страны, –– словом, прижились и приумножились (трое детей и уже двое внуков). Сначала, как водится, аспирантура и кандидатская диссертация про магнетит из железистых кварцитов Оленегорского района как её итог. Это 1992 год. Ещё 10 лет ушло на изучение всех прочих минералов этих месторождений, так что докторскую диссертацию по петрологии и вулканологии и, одновременно, минералогии и кристаллографии я защитил в 2004 году.
Однако я же ещё и коллекционер минералов заядлый с детского сада, а в железистых кварцитах их кот наплакал, — поэтому «пришлось» параллельно, по выходным и отпускам, от души побродить по Хибинским и Ловозёрским тундрам, полазить по карьерам, поездить по выставкам всяким, минералов несколько открыть — и постепенно щелочные комплексы с их богатейшим в мире минеральным разнообразием стали моим основным делом. Словом, к моменту защиты докторской диссертации мы с моими друзьями-коллегами подготовили (собрали, изучили, сфотографировали, написали, сверстали и издали в Финляндии) четыре толстые книги по минералогии Хибинского и Ковдорского массивов. Ну а последние 10 лет уже занимаемся этими комплексами официально, в рамках НИР лаборатории «Комплексного анализа уникальных рудоносных систем» Геологического института ФИЦ «Кольский научный центр РАН» (КНЦ РАН) и Центра наноматериаловедения КНЦ РАН.
При чём здесь наноматериаловедение? Дело в том, что наши исследования привели к разработке технологии направленного поиска новых минералов — прототипов функциональных материалов. Есть прототипы — надо синтезировать аналоги. Наши аналоги приходится синтезировать, в том числе, и методом самосборки (самоорганизации) наноблоков (слоистых, фибровых, трубчатых). Поэтому пришлось создать ещё и центр наноматериаловедения, в который, кроме сотрудников нашей лаборатории, вошли кристаллографы СПбГУ и химики-технологи нашего ФИЦ. Так что, к нашим открытиям новых минералов добавились патенты по получению и использованию их синтетических аналогов.

— Наверное, за 30 лет в работе минералога многое изменилось: появились новые представления о строении вещества, возможности его изучения и аппаратура. Это действительно так? Каковы они, новые возможности изучения минерального состава? Чем вообще сейчас занимаются минералоги?

— Да, минералогия сейчас переживает своеобразный ренессанс. Во-первых, она практически слилась с кристаллографией — сейчас без полноценных рентгеноструктурных исследований затруднительно не то, что утвердить новый минерал, даже опубликовать минералогическую статью в престижном журнале… Благо появились в России и центры с самым современным оборудованием (в том же СПбГУ или вашем институте), и специалисты высочайшего класса.
Во-вторых, она начинает сливаться с материаловедением — недаром ведь сейчас такой интерес к природоподобным технологиям и материалам. Ещё совсем недавно — в 2010 году — в отзыве на нашу статью рецензент попросил не преувеличивать важность открытия новых минералов, поскольку они нужны, прежде всего, для лучшего понимания генезиса месторождений. Это, конечно же, не так, — уже не так! Открытый в Хибинах лопарит — это не только сырьё для извлечения Ti, Nb, Ta и REE, но и перспективный сегнетоэлектрик, барилит обладает нелинейно-оптическими свойствами, аналог нашего стронциофлюорита уже производится тоннами для получения оптических линз и покрытий, сцинтилляционных счетчиков и лазерной керамики, зорит и чивруайит — прототипы эффективных молекулярных сит ETS-4 и ETS-10, синтетический аналог ситинакита IE-911 селективно извлекает радионуклиды Cs и Sr из ЖРО лишь немногим хуже аналога иванюкита SIV. Только что открытый нами епифановит обладает ионной проводимостью, на основе ловозёрских пункаруайвита и елисеевита разработан «титаносиликатный наноконструктур» SL3. Горяиновит уже используется в качестве люминофора при производстве светодиодных источников белого света. И так далее. Поэтому наши исследования новых минералов в рамках процедуры их утверждения сейчас всегда сопровождаются экспериментами по синтезу аналогов, что, кстати, помогает уточнить условия образования минерала в природе для более уверенного поиска следующих новых минералов.
В-третьих, особое значение приобретает технологическая минералогия. Всё самое жирное и вкусное когда-нибудь заканчивается. Кончились уникальные оленегорские железистые кварциты, практически нет больше богатейших апатитовых залежей. Даже на лучших месторождениях с глубиной руды становятся всё беднее и сложнее для обогащения и переработки. Отсюда возникает необходимость в детальном изучении минералогии руд, а порой и кристаллохимии добываемых минералов. Для этих целей мы используем трёхмерное минералогическое картирование — это та же топоминералогия, но по всем обнаруженным минералам и во всём объёме рудного тела. А от него — прямой выход на построение геометаллургической модели месторождения, когда судьба каждого извлекаемого блока известна на десятилетия вперёд: этот везём прямо на фабрику, тот мешаем с тем в пропорции 1:2, следующий отправляем на склад радиоактивных руд для спецпереработки и т.д. Ну, и конечно же, попутно определяем участки, перспективные для поиска новых минералов и ищем их.

— Сейчас Вы заведуете лабораторией самоорганизации минеральных систем. Даже само название Вашей лаборатории звучит для непосвященных непонятно. А что такое «самоорганизация» применительно к таким, казалось бы, неизменным и устойчивым объектам как минералы?

— Замечательное название было! Изменили на более понятное и в связи с переориентацией исследований с железистых кварцитов, где «сплошная самоорганизация» на щелочные массивы, где «всё не так однозначно». Что это такое самоорганизация применительно к геологии? Это образование регулярных пространственных структур вследствие необходимости более эффективно диссипировать (освоить) поступающую извне энергию. Например, если достаточно сильно сжать нагретую до определенной температуры биминеральную породу, в ней начнутся механохимические процессы, и распределение минералов станет периодическим для уменьшения напряжений. Если подать ещё больше тектонической и/или тепловой энергии, то её рассеяние через формирование периодических структур будет уже не столь эффективным, и начнётся складкообразование (подобно тому, как создание всё более мелких вихрей при переходе от ламинарного движения жидкости к турбулентному способствует всё более эффективному рассеянию энергии). И все эти процессы так или иначе приводят к замечательному эффекту, открытием которого мы очень гордимся: чем крупнее месторождение (массив, рудное тело и т.д.), тем более простой фазовый и химический состав имеют слагающие его породы, тем чище в отношении микропримесей породообразующие минералы, тем разнообразнее ассоциирующие пегматиты и гидротермалиты и тем выше связанное с ними число новых минералов.
В результате самое крупное в Кольской железорудной провинции Оленегорское месторождение сложено рудами, состоящими всего из 3-4 минералов в отдельно взятом образце, но в целом здесь установлено более 200 минералов. И наоборот, в каждом образце мелкого месторождения можно насчитать 20-25 минералов, но и всего их на этом месторождении будет 20-25. Если же посмотреть на состав породообразующих минералов, то, скажем, оленегорский магнетит настолько чист, что его можно сразу использовать в порошковой металлургии, а магнетит более мелких месторождений содержит примеси Al, Mg и Ti и, поэтому, отправляется в обычный доменный цех. Аналогичные зависимости установлены для хибинских апатитовых месторождений, различных участков Ловозёрского лопаритового месторождения, Ковдорского месторождения магнетита, апатита и бадделеита.

— Вы участвовали в открытии более 10 новых минеральных видов. А что такое минеральный вид? Мы все знаем термин «минерал», а чем минеральный вид отличается от минерала? И как часто открывают новые минералы?

— Минеральный вид — это более узкое и строгое понятие. Флогопит и аннит — минеральные виды, которые образуют ряд, называемый биотитом. Биотит — не минеральный вид, но это минерал, так же как флогопит и аннит. Аналогичная ситуация с форстеритом, фаялитом и оливином. Комиссия по новым минералам Международной минералогической ассоциации утверждает минеральные виды как конечные члены минеральных рядов.
Минералы открывают либо случайно (проверили необычный зелёный ситинакит, а он оказался новым минералом иванюкитом-Cu), либо при направленном поиске (большинство наших минералов), либо в ходе комплексного изучения объекта, когда просто трудно что-нибудь пропустить (например, гидроксинатропирохлор, открытый при 3D картировании Ковдорской фоскорит-карбонатитовой трубки или горяиновит, установленный при детальном изучении железорудного месторождения Сахаваара).
Число открываемых очень разное (в прошлом году мы открыли 5 минералов, в этом — только 2, а у наших коллег, изучающих фумаролы Толбачика, число открытых в год минералов исчисляется десятками).

— Периодически в научной литературе появляются сведения о том, что ученым (в том числе и Вам) удалось наконец расшифровать структуру давно найденных минералов. Так, например, случилось с батагаитом и епифановитом, которые были обнаружены на месторождении Кестёр еще 30 лет назад. Почему минералам приходится так долго ждать? Это связано с их сложной структурой или с несовершенностью аппаратуры того времени?

— Да, структурные исследования, как я отмечал, играют всё более важную роль в минералогии. Пример с епифановитом и батагаитом не совсем верный, поскольку известными минералами их назвать было нельзя – это как раз неизвестные минералы, утвердить которые без кристаллографических исследований не представлялось возможным. Вот они и лежали в ящике 30 лет, дожидаясь своего часа (у всех профессиональных открывателей минералов много таких фаз «в загашнике»).
Сейчас кристаллическую структуру можно уверенно решить в высококристалличном зёрнышке размером 20 мкм. Ещё недавно это был 1 мм – а попробуй ещё найти природный кристалл такого размера без блоков, двойников и аморфных участков!
Самый яркий из последних примеров вклада современных приборов и методов рентгеноструктурного анализа в минералогию — утверждение нашим сотрудником Тарасом Паникоровским алюмовезувиана, магнезиовизувиана, циприна и манаевита-(Се) в музейных образцах «везувиана» из самых разных месторождений со всего мира. Современные методы монокристального рентгеноструктурного анализа позволили ему «расставить» все катионы по отдельным позициям этой очень сложной структуры, а новым видом минерал считается, если хотя бы в одной позиции данный катион преобладает над прочими.

— Сколько вообще времени может потребоваться на расшифровку строения минерала на современных приборах? И как это происходит? Какие методы Вы используете для этого?

— По-разному. Если минерал простой, а его кристалличность обеспечивает получение хорошей картинки (лауэграммы), — то 1-2 часа. Если же он сложный, с хитрыми двойниками, разупорядоченными участками, сверхструктурой или каким-нибудь марганцем, «размазанным» по трём позициям, — то и год, и больше. И многое, конечно, зависит от мастерства: то, что Сергей Кривовичев сделает за час, а Тарас Паникоровский за день, я не сделаю и за год. Стандартный набор методов исследования нового минерала: волнодисперсионный микрозондовый анализ (плюс при необходимости масс-спектрометрия для лёгких элементов и определение воды одним из множества методов), монокристальный рентгеноструктурный анализ, порошковый рентгенофазовый анализ, определение плотности, показателей преломления и оптической ориентировки, твёрдости, рамановская или ИК-спектроскопия, термические исследования (ТГ, калориметрия, терморентген), при необходимости ЯМР, Мессбауэровская спектроскопия, ЭПР.

— В честь Вас названы 4 минерала группы иванюкита. Расскажите, пожалуйста, об этих минералах, их свойствах, чем они отличаются друг от друга, а чем похожи. Есть ли возможности практического применения инванюкитов?

— Сначала был тригональный иванюкит-Na-T, который кристаллизовался из высокощелочного титансодержащего раствора при температуре порядка 150–200 градусов. У него замечательная кристаллическая структура: одиночные кубановидные кластеры из расположенных в шахматном порядке октаэдров TiO6 связаны между собой одиночными тетраэдрами SiO4, образуя пористый каркас с идущими в трёх направлениях одинаковыми каналами диаметром 3.5 ангстрема. В каналах асимметрично сидят внекаркасные катионы калия и натрия (в соотношении 1:3), а также молекулы воды. При снижении щёлочности иванюкит-Na-T обратимо теряет треть внекаркасных катионов натрия, становится кубическим (иванюкит-Na-C) и приобретает способность к катионному обмену. А поскольку вокруг интенсивно растворялись кристаллы щелочных сульфидов меди (джерфишерита и хлорбартонита) и торианита, этот самый катионный обмен и начался. Сначала оставшиеся катионы Na обменялись на Cu и Th, так что количество калия превысило таковое и натрия, и меди — имеем иванюкит-К. Затем остатки катионов щелочных металлов полностью обменялись на медь (иванюкит-Cu) и/или Th (ещё не утверждённый иванюкит-Th).
Ясно, что если так легко и разнообразно происходит природный обмен, то и в пробирке он будет легко воспроизведён. И действительно, иванюкит-Na легко обменивает свои внекаркасные катионы на одновалентные (Rb, Cs, Tl, Ag, NH4, N2H5, и др.), двухвалентные (Sr, Ba, Ni, Co, Cu и др.), трёхвалентные (La, Ce, Eu и др.) и четырёхвалентные (Th) катионы без изменения титаносиликатного каркаса. То же, только быстрее, делает синтетический аналог иванюкита-Na SIV. Из перспектив использования (уже испытанных на реальных объектах): 1) селективное извлечение радионуклидов Cs, Sr, Co, Eu, Th из ЖРО и кубовых остатков реакторов; 2) селективное извлечение благородных металлов (совместное или последовательное) из промышленных растворов медно-никелевого производства; 3) очистка промышленных стоков от тяжелых цветных металлов; 4) (фото)катализ; 5) диализ крови и борьба с раковыми клетками.
Есть планы промышленного производства SIV на мончегорской площадке ПАО «Норильский Никель».

— Если это не секрет, поделитесь над чем Вы сейчас работаете. Хотя бы вкратце и доступно для неспециалиста-минералога.

— В основном, всё уже перечислено. У нас сейчас 3 направления работы: 1) Цирконий-редкоземельные месторождения Мурманской области (государственная программа исследований и программа Президиума РАН); 2) Трехмерное минералогическое и геометаллургическое картирование Ковдорского фоскорит-карбонатитового комплекса (грант РНФ); 3) Направленный поиск новых титаносиликатов, получение и использование их синтетических аналогов (государственная программа исследований, программа Президиума РАН, грант РФФИ).
Из сиюминутных задач — утверждение иванюкита-Th, Fe-аналога захаровита, Na-аналога батагаита, Zn-аналога гопеита, Sr-F аналога горяиновита и еще нескольких видов, не имеющих аналогов; эксперименты по динамической очистке ЖРО Кольской АЭС при помощи SIV; эксперименты по синтезу армбрустерита, Sr-F аналога горяиновита, петрологические эксперименты по керисталлизации в фоскорит-карбонатитовых системах; разработка новых подходов к автоматическому геометаллургическому картированию на основе нейронных сетей и др.

— Скажите, а насколько сейчас востребована и актуальная Ваша специальность? Стоит ли молодым людям учиться на минералога? Какие научные перспективы такая специальность открывает перед молодыми учеными? И что бы Вы посоветовали нынешним студентам?

— Пожалуй, да, стоит, — но с непременным глубоким погружением в смежные области физики твёрдого тела, химии, кристаллографии, материаловедения и химической технологии. Дело в том, что сейчас вся наука оценивается с точки зрения полезности результатов. Должны быть, по крайней мере, перспективы их практического использования. А без достаточно глубоких знаний в перечисленных областях их просто не разглядишь.

— Считаете ли Вы себя успешным и состоявшимся в науке человеком? Насколько удачно сложилась Ваша научная жизнь?

— А научная жизнь не может быть неудачной! Наука либо есть, и она по определению удачна, либо её нет. Хорошей или не очень может быть лишь востребованность полученных результатов со стороны общества. Назвали в честь тебя минерал — что ещё может быть лучшей оценкой работы минералога?

Информационная служба ВСЕГЕИ
С Григорием Иванюком беседовала Татьяна Бузкова

24.07.2018

Возврат к списку


Яндекс.Метрика