Секреты вулканических пеплов

Ученые исследовали геохимию британских тонштейнов

Профессор Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета Сергей Арбузов совместно с английским ученым-геологом Дэвидом Аланом Спирсом исследовали геохимию двух тонштейнов и внесли свой вклад в фундаментальную базу Великобритании.

Дэвид Алан Спирс — выдающийся ученый-геолог Великобритании с мировым именем, бывший профессор Университета Шеффилд. Именно он впервые предложил классифицировать тонштейны — вулканогенные пепловые материалы — по геохимическим данным (по титан-алюминиевому отношению — титановому модулю), и это лишь одно из многочисленных научных достижений англичанина. Спирс был знаком с Сергеем Арбузовым и его исследованиями и однажды отправил в Томск посылку с тонштейнами. Это плотные глиняные породы, пласты которых обычно залегают непосредственно в угольном пласте или тонко переслаиваются с углями — в тонштейны они превращаются из вулканических пеплов.

«Поскольку геохимические анализы — удовольствие не из дешевых, я ответил, что не уверен, что смогу правильно распорядиться таким презентом.

На что британский коллега сказал: «Все равно в гараже лежат, пропадут, может, вам будет польза». И он оказался прав. Постепенно я запускал пробы, делал анализы, изучал шлифы и отсылал результаты Дэвиду. Он очень обрадовался, начал готовить статью и предложил поучаствовать. Так родилась наша первая совместная научная публикация. Нам понравилось вместе работать, и в скором времени в свет выйдет еще одна наша статья, большая, про геосферные исследования», — рассказывает Сергей Арбузов. Как рассказывает политехник, в Сибири тонштейны изучены очень слабо, поэтому чтобы их распознавать, определять специфику, необходимы эталоны. Англия богата на такие эталонные образования, с ними можно сравнивать другие материалы, но благодаря совместному исследованию ученые дополнили британскую базу своими результатами.

«С Дэвидом Спирсом мы изучили риолитовые классические тонштейны и щелочно-базальтовые пеплы. Теперь мы знаем, какими спектрами элементов они характеризуются, как воздействуют на угли и какие химические элементы накапливаются в углях в связи с ними. Это те фундаментальные исследования, которые можно использовать в качестве эталона».

Значимость

В мировой повестке сегодня особенно актуальны две темы. Во-первых, это экологичность использования энергетических ресурсов. Допустим, уголь с этой точки зрения считается грязным, поскольку помимо углекислоты при его сжигании выбрасывается в окружающую среду множество других соединений и металлов, например ртуть. Поэтому, изучая содержание и условия накопления этих элементов в углях, можно прогнозировать месторождения, углепродукция из которых опасна для использования.

«Вторым важным вопросом в наши дни является рациональное природопользование. К примеру, мы сжигаем угли и не задумываемся о том, что в них может быть колоссальное количество ценных элементов, таких как “редкие земли” или ниобий, тантал. Ниобий — один из важнейших металлов для труб в нефтегазовой промышленности. Также очень ценен германий, главный источник которого — как раз уголь, — говорит профессор ТПУ. — Таким образом, изучая модели накопления различных металлов в углях, а также условия для накопления этих элементов, можно прогнозировать до проведения дорогостоящих геолого-разведочных работ, уголь из каких месторождений или угольных пластов можно использовать, а из каких — категорически запрещено».

Что же касается исследований непосредственно пеплов в углях, то, как отмечает политехник, можно четко определить их возраст по пепловому горизонту в разных частях Земли и точно сказать, что происходило в той или иной период развития нашей планеты. Кроме того, древний вулканический пепел — один из главных источников накопления ценных и токсичных элементов в углях.

Исследование

Сергей Арбузов и Дэвид Алан Спирс исследовали две группы пепловых материалов: вулканов кислого и щелочно-основного составов. Они определили основной минеральный состав измененных пепловых горизонтов (тонштейнов), провели аналитику, изучили минералогию и получили уникальный результат.

«Все пеплы в углях рано или поздно превращаются в тонштейны. Но мы взяли спектр редкоземельных элементов, отнормировали на хондрит и выявили, что разные по исходному составу пеплы резко отличаются друг от друга. Проведя анализ, мы определили, какие вулканы ответственны за конкретный пепел. Теперь все эти критерии можно использовать для сопоставления в других регионах мира, — говорит ученый Томского политеха. — Кроме того, мы отработали методику, разработанную пару лет назад в ТПУ, по геохимической типизации измененных вулканических пеплов - тонштейнов. Этим вопросом сейчас вплотную занимается мой коллега аспирант Алексей Вергунов.

Суть методики заключается в комплексе минералого-геохимических критериев, по которым мы можем идентифицировать, распознать первичный состав измененных вулканических пеплов, попавших когда-то в воздух после извержений. Дело в том, что при сильных извержениях пепел может разлетаться по всей планете. Как когда-то в апреле 2010 года пепел от извержения вулкана в Исландии почти долетел до Байкала.

Хочется сказать, что несмотря на то, что в России плотнее всех данными вопросами занимаемся мы, за рубежом ученые-геологи проводят такие исследования тоже на высоком уровне. Так, например, огромный вклад в данный раздел геологии внес Шифенг Дай из Китая со своей командой коллег и многие-многие другие.

Все мы работаем ради общего дела — наука одинаково значима для всех жителей планеты, ведь все природные процессы, взаимодействие человечества с ресурсами отражается на всех нас. Мы стараемся выявлять новые и новые характеристики материалов, исследовать самые разные территории, благодаря друг другу познавать историю планеты и заботиться о ее будущем», — подчеркивает Сергей Арбузов.

Подготовила Алена Некрасова