Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геохимические науки >> Петрология | Курсы лекций
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПЕТРОЛОГИЯ

Авторы: Е.Н.Граменицкий, А.Р.Котельников, А.М.Батанова, Т.И.Щекина, П.Ю.Плечов

Лаборатория эспериментальной и технической петрологии МГУ,
к. A-607, тел. 939-20-40

назад | содержание | вперед
Экспериментальная и техническая петрология. - М.: Научный Мир, 2000. - 416 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой книге авторы старались передать студентам и молодым специалистам собственный опыт и опыт своих коллег, накопленный за годы работы в области экспериментальной и технической петрологии и преподавания курса. Учитывая существенные пробелы во многих областях знаний студентов к моменту прохождения курса (изучение петрологии, генетической минералогии, геохимии, экологии и генезиса месторождений полезных ископаемых у них еще впереди), изложение важнейших вопросов сделано по возможности популярно. Авторы не претендуют, конечно, на всеобъемлющий охват экспериментальных данных и достижений во всех областях экспериментальной петрологии и геохимии, это невозможно сделать в учебнике, предназначенном студентам. Главное, чему хотелось бы научить молодого читателя - это ставить вопросы природе не только "в поле", но и в лаборатории, а также видеть аналогии природных и технологических процессов. Основное внимание уделено принципам, положенным в основу экспериментального решения генетических и прикладных проблем. То же касается технического оснащения, методики проведения и обработки результатов опытов. В этой части также изложены самые главные принципиальные моменты, которые необходимо знать, и приемы, которыми обязательно нужно владеть. И все же, несмотря на такой схематизм в изложении, в конце работы над книгой авторы невольно сами поразились, как же много надо знать и уметь экспериментатору. Если авторам в какой-то мере удалось сочетать строгость и грамотность в изложении постановки и решения проблем с популярностью подачи материала, они считают свою главную задачу выполненной.

Развитие любых естественных наук всегда основывалось на взаимодействии и взаимном дополнении теории и практики, другими словами - синтезе теоретических и экспериментальных методов исследования. В особенности ярко это взаимодействие видно при рассмотрении истории геологических наук. Самые первые гипотезы о строении нашей планеты и условиях образования ее важнейших составляющих - горных пород и руд - основывались на наблюдениях: над условиями залегания геологических тел, процессами осадконакопления, излияния лав из вулканов, производства стекла и т.п. Уже тогда в качестве критерия правильности моделей (практики) выступили прямые эксперименты. Как уже говорилось, спор нептунистов и плутонистов был в значительной степени разрешен на основе экспериментов Дж.Холла.

Развитие промышленности (с опережающей ролью горных ремесел) инициировало развитие технологий и соответствующих отраслей инженерного и научного знания. Поскольку практика всегда была высшим критерием истины, то экспериментальные методы решения инженерных и научных вопросов были наиболее эффективными.

В истории человечества периоды активного развития наук сменяли периоды "застоя". В последние 1.5-2 века большую роль (если не определяющую) в развитии естественных наук играли потребности военной техники. Так, в период наполеоновских войн, строительство паровых машин привело к развитию термодинамики ("цикл Карно"); войны последней четверти XIX столетия потребовали активного развития гидродинамики; первая мировая война - это расцвет химических и физических наук. а вторая мировая - это электроника и ядерная энергия. И всегда с опережением развивались горные науки, так как потребности любой отрасли промышленности всегда упираются в добычу полезных ископаемых.

Простое рудознатство уже не могло обеспечить нужды человечества, поверхностные месторождения быстро истощались, необходимыми становились новые методы поиска (и не только традиционных видов сырья, но и новых - например, урановых руд). Особенно быстро технологии стали развиваться в двадцатом столетии. Поэтому потребность в поисках и добыче полезных ископаемых росла небывалыми ранее темпами. Необходимость в более эффективных методах поиска привела к развитию цикла геохимических наук и недаром все великие ученые этого направления (В.И.Вернадский, В.М.Гольдшмидт, П.Эскола, А.Е.Ферсман, Д.С.Коржинский) жили именно в нашем веке. А содержание наук геохимического цикла - наук о веществе - это целый комплекс проблем: изучения вещественного состава минералов, горных пород и руд, фазовых равновесий, кристаллохимии, распределения элементов между фазами и многих других. Поэтому возникновение наук геохимического цикла в последней трети XIX века очень быстро спровоцировало возникновение экспериментальных методов исследования. Моделирование условий образования в природе минералов и горных пород и изучение диаграмм состояния интересных для минералогов и петрологов систем во многом способствовало и возникновению новых типов производств - промышленных методов выращивания кристаллов минералов (рубина - 1910 г, кварца - 1955 г, алмаза - 1965 г), ситаллов, каменного литья (петрургии) и новых видов керамики.

Развитие специальных экспериментальных подразделений (лабораторий, институтов) позволило вести исследования широким фронтом, что привело к открытиям, которые не могли быть предсказаны на основе одних геологических наблюдений. Сейчас можно уже говорить об опережающем значении эксперимента, его предсказательной силе. Решению целого ряда проблем петрологии магматических пород (изофациальности гранитов и вмещающих метаморфических пород, источника гидротермальных растворов) способствовало изучение казалось бы частного вопроса о растворимости воды в силикатных расплавах. Совершенно новые аспекты получило учение о фациях метаморфизма после экспериментального исследования реакций гидратации и карбонатизации. Открытие ограниченной растворимости солей в силикатных расплавах и связанных с ними явлений несмесимости в расплавах и высокотемпературных водно-солевых растворах позволило наметить пути решения "вечных" для геологии проблем источника рудного вещества и связи эндогенного оруденения с интрузиями, а также дало новое содержание теории опережающей волны кислотных компонентов. Экспериментально установленная несмесимость расплавов в системе K2O-FeO-Al2O3-SiO2 была позже обнаружена при изучении лунных базальтов.

Кроме этих проблем, рассмотренных в разных главах книги, приведем еще два примера. Высокобарная фаза стишовит была вначале синтезирована, а затем найдена в природных условиях в результате целенаправленных поисков в ударных структурах. Через 35 лет после синтеза Ga- полевых шпатов они были найдены во включениях в сфалерите - природном концентраторе галлия.

Петрологический и минералогический эксперимент часто приходит на помощь другим отраслям науки и техники. Оказалось, что отдельные стороны их проблем геохимики и петрологи понимают лучше и исследовали гораздо глубже, чем сами специалисты этих отраслей (речь, разумеется не идет о подмене труда таких специалистов и ни в коем случае не принижает их определяющей роли).

Развитие исследований в области теории фазового соответствия и кристаллохимии позволило по-новому подойти к решению проблем радиоэкологии. Так, в последние 15-20 лет были созданы синтетические горные породы для иммобилизации радионуклидов, которые отличаются от других матричных материалов своей высокой стабильностью и совместимостью с окружающими породами.

Экспериментальные исследования в гидротермальных системах при повышенных давлениях, изучение растворимости минералов и форм существования компонентов в этих условиях с самого начала были почти монополизированы специалистами геохимического профиля. Естественно поэтому, что их результаты были востребованы для создания теории гидрометаллургических автоклавных процессов.

Использование термодинамических потенциалов Д.С.Коржинского открытых систем с вполне подвижными компонентами оказалось полезно для более глубокого понимания большинства пирометаллургических процессов и принято на вооружение металлургами при термодинамических расчетах.

Развитие теории и методов моделирования реакционного взаимодействия двух химически неравновесных сред также наиболее активно развивалось в петрологии для описания процессов метасоматоза. Независимо развивалась во многих чертах аналогичная теория окисления (по нашей, петрологической терминологии - "кислородного метасоматоза") сплавов. Эта же модель оказалась приложима и к процессам коррозии огнеупоров высокотемпературными агрессивными расплавами при стекловарении, в пирометаллургическом и других типах производств.

В рассмотренных примерах петрологический подход позволяет глубже понять и описать технологические процессы. А ведь давно известно, что нет ничего более практичного, чем хорошая теория (А.Эйнштейн). Петрология и другие науки геохимического цикла, основываясь на собственных экспериментальных исследованиях, помогают создавать наукоемкие высокие технологии.

Академик П.Л.Капица делил эксперименты на две категории: опыты на "закрытие" и опыты на "открытие". Первые подтверждают теорию и закрывают данный вопрос (Капица считал их неинтересными экспериментами); вторые - это те, которые не укладываются в рамки существующих теорий и порождают новые (например, в физике - открытия сверхпроводимости, сверхтекучести жидкого гелия, свечения Черенкова, деления ядер урана; в геохимии - это плавление горных пород под давлением воды, растворимость летучих в расплавах, явления флюидной и расплавной несмесимости, синтез минеральных фаз при высоких РТ- параметрах и др.). Зачастую, те явления, которые первоначально осложняют работу экспериментатора, дают новые подходы и открытия. Так было, например, с флюидной несмесимостью в водно-силикатно-солевых системах. Такие опыты "на открытие" практически малопредсказуемы и не могут быть выведены из предыдущих знаний.

В принципе невозможно заменить опытные данные численным (компьютерным) экспериментом. Можно строить различные умозрительные гипотезы, но наполняться реальным содержанием они будут только с помощью опытов. В конце концов ни одно теоретическое моделирование природных процессов не может обойтись без эксперимента: это и базы термодинамических данных (расплавов, минералов и флюидов, в том числе фаз переменного состава - растворов), и данные по коэффициентам диффузии, и коэффициенты распределения элементов между сосуществующими фазами, это и кристаллохимические исследования . Еще раз повторим, что эксперимент является в конечном итоге единственным источником количественной информации.

Заниматься экспериментами могут только ученые определенного типа - от них требуется не только стремление к новым знаниям, но и определенные морально-волевые качества. Экспериментатор должен быть очень упорным и целеустремленным человеком - зачастую, чтобы добиться нужного результата, разработать новые методы, отстроиться от "мешающих шумов" требуются годы жизни. Поскольку практика - высший критерий истины, экспериментатор отличается прямотой и честностью. Врать - себе во вред. Кроме того, нужно уметь сопротивляться мнению научных коллективов и авторитетов. Поскольку по-настоящему оригинальные данные появляются в результате опытов, не стоит рассчитывать на их скорое научное признание. По-настоящему новые данные неизбежно влекут за собой ломку старых теорий и подходов. Далеко не все ученые способны пересматривать свои воззрения перед суровым лицом Истины, данной нам в экспериментах. Поэтому следует ожидать неприятия новых данных и уметь их отстаивать. "Геолог должен верить только себе и природе" (О.Куваев "Территория") - это высказывание можно в равной мере отнести и к экспериментаторам. Теоретик может выдвигать не подтверждающиеся потом теории (то есть - допускать ошибки). Как говорил академик Леонтович, экспериментатор (как и сапер) ошибается только один раз в жизни - потом ему не верят (то-есть он перестает быть экспериментатором). В тоже время экспериментатор должен обладать богатым воображением (как говорил Э.Резерфорд, "этому парню всегда не хватало воображения - и он ушел в теоретики"). И, как это не звучит парадоксально, иногда необходимо ставить и совершенно невообразимые опыты. "Самые интересные результаты получаются в стравивших автоклавах" (выражение А.А.Штернберга - основоположника методов выращивания кварца). А что будет, если сжать кварц до 10 кбар?... А до 100 кбар?... - и получился стишовит. Иногда приятно чувствовать себя творцом и делать то, что до тебя не делал никто - и даже природа. Правда, в конце концов все новые фазы находили в природных объектах. Видимо природа имела самые разнообразные условия, 92 элемента и 4.5 млрд. лет на проведение опытов.

Экспериментальные исследования - трудная и часто неблагодарная работа (работа для "настоящего человека", "несите бремя белых..., старайтесь все суметь.."- как говорил Р.Киплинг), но она по-настоящему разнообразна и неожиданна как сама наша жизнь - здесь можно проявить свой талант в оригинальной постановке опыта, или в тонкой аналитической работе, в теоретической обработке данных опытов и построении новых моделей природных объектов, эта работа дает возможность самому разрабатывать и испытывать новую аппаратуру. И, самое главное, - полный простор творчества в решении интереснейших петрологических проблем.

Авторы писали эту книгу с верой в возможности и будущее экспериментальной петрологии. Наша уверенность базируется на расширении круга научных проблем, которые петрология не может решить без экспериментальных исследований, а также на возникновении новых направлений, тесно связанных с экспериментальной петрологией. Все временные спады в науке преходящи, и история показывает, что они неизменно сменяются подъемом на новые небывалые высоты. Поэтому будем готовиться к новым открытиям и новому витку развития эксперимента.


назад | содержание | вперед

 См. также
СообщениеФазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами:
Биографии ученыхБатанова Анна Михайловна
Курсы лекцийУральская полевая геологическая практика. Книга 2 (Описание учебных объектов): Использованная литература:
Биографии ученыхГраменицкий Евгений Николаевич
СообщениеФазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами: 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕДУРЫ; ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ; КРИТЕРИИ РАВНОВЕСИЯ В ОПЫТАХ

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   
TopList Rambler's Top100