Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости
 
в оглавлениеN 3-4 (2189-2190) 22 января 1999 г.

МОЖНО ЛИ ПОДЖЕЧЬ ГЛИНУ?

Г.ШПАК, "НВС".

Как рождаются, создаются новые научные направления? Но главное -- насколько они жизнеспособны и необходимы? Возможный ответ на первый вопрос связан с научными школами. Второй вопрос только кажется просто уточняющим. Ответ предполагает многовариантность и в то же время ставит задачу выбора, а за ней -- снова возникает вопрос -- кто поддерживает этот выбор... И еще множество других вопросов...

Исследовался ли в Сибирском отделении феномен новых научных направлений? Это уже иной поворот проблемы, но близкий заданным вопросам. И, наконец, -- почему тот или иной академический институт меняет свое название? Сменились приоритеты?

Кажется, только один институт в третий раз меняет свою вывеску и определяет новые научные привязанности. Итак, сначала существовал Институт физико-химических основ переработки минерального сырья. Затем его переименовали в Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья. И снова преобразование: в Сибирском отделении создан Институт химии твердого тела и механохимии -- ключевое слово -- "механохимия" -- это первый в России и единственный в мире такой специализированный институт академического статуса. Сам факт создания (или пересоздания) академического подразделения означает признание механохимии как особой отрасли физической химии, подобно электрохимии или фотохимии. К этому событию исследователи шли долгим путем -- более тридцати лет. Становление нового научного направления можно проследить, листая подшивки старых газет. К рассказам о механохимии и людях, которые занимаются этой интересной наукой, "НВС" обращалась неоднократно (1972, 1977, 1989 гг.), и приятно сознавать, что редакция газеты участвовала при рождении механохимии в Сибири.

Механохимия в Сибирском отделении начиналась с исследований физико-химических превращений минералов при тонком измельчении, развернутых в Институте геологии и геофизики. Этот любопытный факт говорит об органичности -- и в привычном смысле этого слова, и -- в геологическом смысле -- развития нового направления. Так или иначе, но именно геологи способствовали созданию Института физики твердого тела и механохимии, которым сейчас руководит член-корреспондент Н.Ляхов.

Как и почему новое направление химических наук зародилось в Институте геологии?

Можно, конечно, полистать старые подшивки газет, но лучше поговорить с одним из зачинателей исследований -- доктором геолого-минералогических наук Владимиром Иннокентьевичем МОЛЧАНОВЫМ, ветераном Сибирского отделения РАН. Вместе с группой сотрудников Института геологии и геофизики (сейчас -- Объединенного института геологии, геофизики и минералогии) В.Молчанов много лет занимается физико-химическими превращениями минеральных веществ под механическим воздействием. По этому кругу вопросов и значении механоактивации в геологических процессах написано семь монографий (восьмая -- в издании), выпущено несколько тематических сборников, опубликовано более ста статей -- россыпью в различных научных журналах и создано 13 изобретений. Геологи -- непременные участники всех симпозиумов и конференций по механохимии.

Объект исследования науки механохимии -- физико-химические процессы, возбуждаемые механическим воздействием -- ударом или трением. Разве не удивился когда-то человек, догадавшись, что удар и трение порождают тепло, свет, звук, электричество? Но еще и химические превращения!

-- Владимир Иннокентьевич, первый вопрос вполне естественный: как и почему новое направление химических наук зародилось в геологическом институте?

-- На вполне естественный вопрос имеется вполне естественный ответ. Во-первых, в нашем институте (ОИГГМ СО РАН) изобретатель С.Голосов сконструировал скоростной измельчающий аппарат -- центробежную планетарную мельницу. Во-вторых, тонкое измельчение горных пород относится к числу процессов, господствующих в природе, а новообразования, обусловленные тонким измельчением исходных каменных горных пород безраздельно господствуют в земной коре. Они представлены глинами, глинистыми сланцами, глинистым цементом осадочных пород, милонитами (от слова mill -- мельница), вулканическими пеплами, тектоническими глинами и еще другими тонкодисперсными минеральными системами.

Естественно определилось решение -- использовать новую технику для экспериментального исследования природных процессов, связанных с тонким измельчением минеральных веществ. Такая редкая возможность мне представилась -- начать совершенно новые исследования буквально с нуля. Никто ранее даже не помышлял о таких экспериментах.

-- Давайте вспомним о самых начальных этапах становления механохимии.

-- Сам термин "механохимия" упрочился позднее. Мы свои начальные опыты называли изучением физико-химических превращений минералов при тонком и сверхтонком измельчении. Этими исследованиями заинтересовались в первую очередь сотрудники Института горного дела, а затем институтов Кинетики и горения, Неорганической химии и другие. У нас в институте работа пошла под патронатом В.Кляровского, руководителя отдела общеинститутских лабораторий, что открыло путь для привлечения к исследованиям всех аналитических лабораторий. Без участия Д.Архипенко, М.Щербаковой и других сотрудников отдела мы не смогли бы обеспечить комплексные исследования тонкодисперсных минеральных систем с применением методик, специально разработанных в нашем институте. С подачи В.Кляровского, в работу включился Г.Гусев, занимавшийся экспериментальными исследованиями -- он был инициатором создания Межинститутского семинара по механохимии, который затем работал под руководством профессора В.Болдырева. Как вы знаете, академик В.Болдырев был долгое время директором Института химии твердого тела и переработки минерального сырья и еще при нем институт переименовали, и в названии зазвучала механохимия.

Технологическими аспектами механохимии, связанными с переработкой минерального сырья, занимается Т.Юсупов, ныне профессор, доктор технических наук, действительный член Горной академии.

Большую помощь нам оказывал в ту пору академик А.Трофимук.

-- Вы использовали мельницу для изучения природных процессов, а где в природе действует "своя мельница"?

-- Механическое разрушение и измельчение горных пород происходит на наших глазах. Помогают текучие воды, волны и ветер. А также различные земляные работы. Наиболее полное сходство между мельницей и природой (образ!) наблюдается в волноприбойной зоне моря. Здесь работает самая настоящая галечниковая мельница. О ее производительности говорят цифры и факты, полученные, например, по наблюдениям вдоль Сочинского побережья Черного моря: потеря пляжного материала составляет от 900 до 1600 кубометров в год с каждого погонного километра береговой линии. Притом выносимый материал представлен частицами, размеры которых соответствуют глинам. Вынос песка и ила реками по своим масштабам значительно уступает размыву берегов.

-- Что же происходит с минералами при тонком, как вы говорите, измельчении?

-- Мы наблюдали в опытах массу механохимических эффектов, таких, как переход вещества в новую модификацию. Например, желтая окись ртути переходит в красную окись ртути. Наблюдали аморфизацию кристаллических тел (кварц переходит в аморфный кремнезем), диссоциацию карбонатов с выделением двуокиси углерода и обратный синтез карбонатов, ионные замещения без изменения структуры исходного минерала, изменение структуры и так называемого координационного числа, наблюдали полную деструкцию сложных алюмосиликатов до элементарных оксидов (кремнезем, глинозем)... Все эффекты механохимических превращений просто не перечислить. Но в самом общем виде нужно сказать, что превращения минералов при измельчении идут в сторону повышения внутренней энергии тонкодисперсной минеральной системы. Аккумулированная при этом энергия выделяется при обратных процессах кристаллизации аморфных тел, синтезе новых минеральных образований или проявляется в повышении реакционной способности дисперсного вещества. Расчеты показывают, что образование кристаллов кварца из аморфного кремнезема сопровождается выделением тепла, способного нагреть кристаллизующееся вещество до 250--300 градусов по Цельсию. Вообще активизированные измельчением вещества реагируют при комнатной температуре так, как они реагировали бы при нагревании до 200--300 градусов Цельсия.

-- Какие опыты вы считаете наиболее интересными и важными, подтверждающие геологическое значение исследований механохимических процессов?

-- На мой взгляд, наиболее интересны опыты с нефелином. На результатах этих опытов можно построить ряд важных геологических выводов и следствий. При измельчении в воде нефелина (сложного алюмосиликата) наблюдается ступенчатое изменение строения и состава исходного вещества. Сперва в раствор уходят частью щелочные элементы, захватывая при этом и кремнезем. Затем следует новая ступень превращений в слюды с выносом в раствор новых порций щелочей, кремнезема и глинозема. Далее следует превращение в минералы глинистого ряда и, наконец, в простые аморфные глинозем и кремнезем.

Опыты показывают, что образование глин и бокситов необязательно связано с корами выветривания, а может быть обусловлено механическим измельчением в водной среде. Это -- первое, что позволяет иначе объяснить генезис бокситов и образование глин -- самого распространенного компонента осадочных горных пород.

Второй вывод. Деструкция нефелина сопровождается аккумуляцией энергии, которая выделится позднее при литификации осадка, то есть превращении рыхлого осадка в каменную горную породу. Выделение "литификационного тепла" давно привлекает внимание геологов, но только на основании механохимических опытов можно определить природу этого явления. Выделение энергии в литогенезе играет большую роль.

-- Это связано с образованием нефти?

-- Не спешите. Давайте по порядку. Так вот, третий вывод. Если дисперсные аморфизованные оксиды кремния, алюминия (и железа, хотя в наших опытах оно отсутствовало, но допустимо по аналогии) прореагируют со щелочами, то пойдет минералообразование с большим тепловым эффектом. В определенных случаях дело закончится становлением гранита, формирование которого не сопровождалось переплавлением, а в других случаях произойдет плавление и становление интрузии -- внедрение расплавленной массы. Идеи трасформистов -- сторонников представлений о превращении первичных осадочных пород в интрузивные -- с учетом полученных результатов, находят некоторое подтверждение, которое следует сочетать, образно говоря, с афористичным высказыванием известного геолога А.Перельмана: "Глина более высококалорийное топливо, чем уголь, но поджечь ее труднее".

-- Если глину обжечь, получится черепок, уважаемый Владимир Иннокентьевич.

-- А если глину поджечь -- получится гранит!

-- Не спорю, потому что не знаю... А как вы подожгли глину?

-- Я поджег капелькой воды!

-- Что же еще?

-- Второй интересный пример решения геологической задачи на основе данных по механохимии -- из области природного синтеза углеводородов -- нефти и газа.

Синтез углеводородов -- процесс эндотермический и может протекать только в условиях питания нефтепроизводящей системы от особого источника энергии. Именно особого источника энергии, так как эта энергия должна быть высокого потенциала, а источник питания должен работать в низкотемпературном режиме. Известно ведь, что при высоких температурах углеводороды разлагаются, следовательно, синтез идти не может. Вопрос об энергетических основах природного нефтеобразования теоретики-нефтяники либо аккуратно обходили стороной, либо указывали на экзотические источники энергии, например, радиоактивный распад. А теперь отвечаю на ваш вопрос: пример с аккумуляцией энергии в процессе измельчения нефелина позволяет представить синтез углеводородов на основе механохимической активации минеральных веществ. Генетическую связь нефти с глинистыми породами интуитивно улавливали многие исследователи. Образование механических глин (термин "механические глины" -- из Геологического словаря) сопровождается аккумуляцией энергии во время измельчения, выделяется при развитии обратных процессов кристаллизации и уплотнения. Запасенная энергия не выражена через температуру и разряжается как холодный источник энергии высокого потенциала.

Второй вариант энергетической основы природного нефтеобразования, известный как Открытие N 236, также связан с механохимической активацией минеральных веществ, но отличается по источнику энергии и поэтому носит название тектоно-сейсмической модели (авторы открытия А.Трофимук, Н.Черский, В.Царев, Г.Сороко). Сейсмические волны в квазиупругих средах, таких как кристаллические монолитные породы, распространяются почти не растрачивая свою энергию. Энергия начинает тратиться в рыхлых несцементированных породах, где сейсмические волны совершают работу перемещения частиц, их трения и разрушения. Работа измельчения трансформируется в энергию механоактивации, которая затем становится энергетической основой нефтеобразования.

Считаю, что модели нефтеобразования под действием механоактивации важным достижением, так как только эти модели объясняют энергетику превращения низкокалорийных органических остатков в высококалорийное топливо и дают ответ на вопрос -- почему термодинамические расчеты равновесного состояния индивидуальных углеводородов нефти свидетельствуют о ее высокотемпературном образовании, а геологические данные указывают на невысокие температуры ее рождения. Таким образом, один из важнейших вопросов теории нефтегазообразования решается на основе представлений о механохимической активации минеральных веществ.

-- Владимир Иннокентьевич, насколько мне известно, работы, связанные с механохимией, как-то оказались в последние годы, извините, -- на отшибе. Вы теперь как ветеран Сибирского отделения приписаны, если так можно выразиться, к Институту геологии нефти. Вы надеетесь на какое-то завершение исследований?

-- Да, так случилось, что в последние годы это были инициативные исследования. Работа не упоминалась в планах научных исследований Объединенного института, а потому не финансировалась и не обсуждалась. Поэтому мне хочется рассказать о ней. Задумка вот какая. Мне исполнится 75 лет. Я уже готовлюсь к отчетному докладу. Думаю, коллеги выслушают меня. Сейчас я закончил обобщение, обработку лабораторных исследований за 35 лет, начиная с 1963 года, и написал свою часть монографии по итогам механохимических исследований. Рукопись находится в издательстве. Надеюсь, книга выйдет в свет.

стр. 

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?5+124+1