Девиз геологов на протяжении долгого времени остается неизменным: «Умом и молотком». «Все ультрасовременные высокоточные приборы находятся в исследовательских институтах и университетах, а на обнажении горных пород ученый, так же как и десятилетия назад, вооружен только своими знаниями, опытом, вниманием и старанием, и именно от этих качеств зависит способность специалиста «добыть» самый представительный и подходящий для исследования образец», — говорит старший научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева кандидат геолого-минералогических наук Федор Игоревич Жимулев.
— Современная геология располагает огромным количеством вариантов изучения горных пород и решает разнообразные вопросы. Даже простое перечисление всех аналитических методов и исследовательских задач совершенно немыслимо. Поэтому ниже приведены только некоторые универсальные подходы и иллюстрирующие примеры.
Исследует ли геолог потоки застывшей лавы, песчаники древних рек или известняки коралловых рифов исчезнувших морей — первым делом он берет геологическую карту, находит на ней поля выходов соответствующих пород и намечает маршрут. Придя на обнажение, специалист составляет краткое описание увиденного и заносит его в полевой дневник. Затем выбирает участок горной породы для отбора образца. Все определяется конкретной задачей, стоящей перед исследователем. Если целью является определение особенностей химического состава древней лавы, то он постарается найти участок вулканического покрова, в наименьшей степени затронутый любыми позднейшими процессами химического изменения, и отберет наиболее плотную, твердую, слабо трещиноватую, однородно окрашенную породу. В другом случае геолога интересуют рудные минералы, образованные при циркуляции горячих минерализованных вод в вулканической толще, и он примется искать, наоборот, самые измененные породы — окрашенные ржавчиной, осветленные, пятнистые, часто с пустотами выщелачивания, раздробленные и обогащенные позднейшими жильными минералами, часто образующие локальные участки или зоны. При комплексном всестороннем изучении объекта, например, в процессе составления геологической карты, специалист стремится взять все различаемые глазом разновидности.
Отобранные образцы тщательно маркируются, номер каждого заносится в полевой дневник, а немаркированные называют в среде геологов «собакитами». Собакиты безжалостно выбрасываются, так как неизвестно, о строении какого именно участка земных недр они несут информацию.
Коллекции взятых в поле образцов подлежат лабораторной обработке, причем, каждый из них должен быть достаточно объемным, дабы использовать его для разных исследований и оставить резерв для возможных дополнительных действий.
Чтобы определить, из каких минералов состоит порода и какой внутренней структурой она обладает, используются методы оптической микроскопии. Для этого от образца отпиливается небольшая пластинка, приклеивается к стеклу при помощи специальной смолы и сошлифовывается до толщины 0,02 мм. Такой препарат называется шлифом. В настолько тонких срезах горная порода становится прозрачной. Кристаллическая структура разных минералов по-разному взаимодействует с оптическими лучами, что позволяет узнавать минеральные виды и изучать их отношения между собой.
Для более детальных работ применяются методы электронной микроскопии, способствующие исследованиям изменения химического состава в пределах отдельных минеральных зерен. Микроскоп также широко применяется в палеонтологии, для рассмотрения скелетов крохотных организмов и спор растений, а также особенностей строения костей макрофауны.
Чтобы определить химический состав горной породы, нужно раздробить и истереть небольшой образец до состояния тонкого порошка, на ощупь подобного муке тонкого помола. Эти процедуры называется в геологии пробоподготовкой. Современные геохимические методы обладают очень высокой чувствительностью, и поэтому для анализа достаточно совсем небольшого количества материала, но с другой стороны, это повышает требования к чистоте дробилок и истирателей, чтобы избежать «заражения» образца добавками от других проб.
Абсолютный возраст горных пород исследуется с помощью выделения из них так называемых минералов-геохронометров, которые используются как атомные часы. Такие вещества обычно присутствуют в очень малых количествах. Необходимо раздробить образец, при помощи набора сит выделить материал нужной размерности (например, от 0,1 мм до 0,3 мм) и провести сепарацию нужного минерала. Для этого применяются тяжелые жидкости с плотностью, подобранной таким образом, что легкие минералы в них всплывают, а тяжелые тонут, либо магниты, позволяющие отделить субстанции с соответствующими свойствами, а также другие методы. Выделенные геохронометры анализируются при помощи лазеров, превращающих в плазму микроскопические участки зерен, и масс-спектрометров, позволяющих очень точно измерить концентрацию не только разных элементов, но и разных изотопов в полученной плазме. Без точного измерения соотношений радиоактивных и радиогенных изотопов мы не могли бы сказать, сколько миллионов лет той или иной породе.
В последнее время очень много внимания также уделяется изучению распределения стабильных изотопов кислорода, углерода, серы, водорода и некоторых других элементов в породе. Эти исследования способствуют, например, определению климатических условий, существовавших в далеком прошлом. Именно с исследованием стабильных изотопов связаны сенсационные открытия последних лет, касающиеся умеренных температур поверхности Земли, присутствия гидросферы и возможно, жизни, на самых ранних стадиях развития нашей планеты, более 4 млрд. лет назад.
В заключение хотелось бы отметить, что правильный отбор образцов лежит в фундаменте современного геологического исследования. От того, насколько качественный каменный материал был собран в поле, напрямую зависит успех длительного, кропотливого и дорогостоящего труда в аналитических лабораториях.
Подготовила Екатерина Пустолякова
Фото предоставлены Федором Жимулевым
