4 березня 2016

Геолог Марина Крочак: «Людина з’явилася лише на останніх секундах життя Землі»

Сучасний геолог – це не дядько з бородою, який ходить з молотком у руці в пошуках корисних копалин. Це спеціаліст, якому мікроскоп і дистанційні дослідження з космосу значно більше допомагають у вивченні поверхні і надр Землі. Про сучасні напрямки геологічних досліджень, вік нашої планети і життя на Місяці розповіла доцент кафедри геології нафти і газу Київського національного університету імені Тараса Шевченка, кандидат геолого-мінералогічних наук Марина Крочак.

 

 

Про визначення віку Землі

Ще більше ста років тому взагалі не було зрозуміло, чи то Землі 100 мільйонів, чи то 100 тисяч, чи 20 мільярдів років. Людина взагалі, скоріш за все, не помітить особливої різниці між 250 мільйонами чи чотирма мільярдами років. Тому, говорячи про історію нашої планети, довгий час оперували відносним віком.

 

Гірські породи, які залягають у нижніх частинах  розрізів,  вважали давніми, а ті, що перекривають перші, вважали молодшими. Визначали відносний вік порід за вмістом решток організмів, які поступово еволюціонували протягом геологічного часу, а історію Землі поділяли на етапи: перший, другий, третій тощо. Потім створили геохронологічну шкалу – так звані періоди відносного часу: кембрій, ордовик, силур, девон, карбон, перм та інші. Геологи подібними поняттями  оперують набагато частіше, ніж проміжками часу в абсолютних роках. Професійний геолог не казатиме, що цей шар сформувався 250 млн років тому, а визначить породи як пермські,  і всі його зрозуміють.

 

Та понад 140 років тому відкрили явище радіоактивності, зокрема радіоактивний розпад нестійких ізотопів, що допомогло більш точно визначати вік порід. Мабуть, пам’ятаєте, що ізотоп – це елемент із різною кількістю протонів і нейтронів в ядрі. Деякі з них нестабільні і починають розпадатися з випромінюванням α-часток та переходом нестабільного ізотопу з одного елемента в інший. Так, знаючи період напіврозпаду урану та кількість вихідної та отриманої речовини, можна порахувати час, за якій відбувся цей процес.

 

Вік найстаріших мінералів, визначений цим методом, становить 4,2 млрд років. Але ці мінерали існували не з самого народження нашої планети. Протягом її існування відбувались певні процеси – Земля охолоджувалась, з’явилася тверда кора, яка почала руйнуватися. Тобто до розрахунків треба додати ще трохи часу. Саме на основі цих досліджень доведено, що Землі приблизно 4,54 мільярдів років. Ви уявляєте, наша планета існувала майже увесь цей час без розумних істот, без людської цивілізації. Земля жила, розвивалась та по-своєму процвітала. І тільки на останніх секундах з’являється людина…

 

Про дистанційні дослідження Землі з космосу

Кажуть, що велике можна побачити на відстані. Вивчати великі об’єкти земної поверхні та їхні зміни краще зі супутників.  Ці дані використовують у багатьох напрямках науки та господарства: в лісництві,  сільському господарстві, у екологічних, біологічних дослідженнях, гляціології (наука про льодовики. – Platfor.ma). Для цілей картографії, геоморфології і геології метод дистанційного вивчення також є дуже важливим.

 

На орбіту виводяться прилади, які здатні аналізувати дані в різних спектральних режимах та діапазонах. Відтак можна досліджувати та знімати об’єкти на поверхні Землі, оцінювати їхні властивості. Наприклад, за допомогою таких супутників спостерігають за дозріванням сільськогосподарських культур, за здоров’ям лісів та луків, вчасно помічають небажані зміни і борються з ними. Таким чином можна навіть певною мірою визначати склад гірських порід та їхні характеристики.

 

Також з космосу можна спостерігати коливання земної поверхні Землі на деяких територіях – незначні підняття, які, можливо, не поверхні нам з земної поверхні. Так, перед будь-яким виверженням вулкану, як правило, починаються зміни поверхні привулканічної області та  самої вулканічної будівлі. Вулкан ніби трохи «роздувається» в абсолютних значеннях до декількох десятків сантиметрів. Ці зміни можна зафіксувати з орбіти та передбачити велике виверження.

 

 

Для геології дистанційні дослідження потрібні, в першу чергу, для геологічного картографування. Щоб створити геологічну карту, вченому потрібно пройти великою територією, відібрати зразки, прослідкувати поширення певних структур на місцевості тощо. Полегшує цей процес спостереження з орбіти, включаючи визначення складу порід, ділянок поширення різних структур, умови залягання пластів, магнітних та гравітаційних властивостей та радіоактивність порід (це залежить від чутливості приладів, які там розміщені) у верхній частині земної кори.  Часто таким чином здійснюють навіть пошук корисних копалин.

 

Для дистанційного вивчення Землі часто використовуються дані європейських та американських супутників, які є у відкритому доступі. Наші студенти нерідко користуються подібними даними для своїх наукових та магістерських робіт. Нещодавно аналізуючи знімки району Дніпровсько-Донецької западини, зняті у інфрачервоному діапазоні, магістрантка помітила ділянки з аномальними тепловими потоками, частина з яких відповідала районам поширення відомих нафтогазових родовищ, що залягають на глибині 3-4 км. Окрім того, помітила й низку аномалій, які, вірогідніше за все, можна пов’язувати з новими, ще не відкритими покладами вуглеводнів. Поєднуючи отримані результати з іншими геологічними даними, можна цей метод використовувати як пошуковий.

 

Про відкриття нових мінералів

У природі відомо біля п'яти тисяч різних мінералів та їх різновидів. Навіть у наш час нові мінерали знаходять та дають їм назви. Але часто виявляється, що це не нові мінерали, оскільки основні класи відомі вже давно, а мінеральні різновиди.

 

Коли американські астронавти полетіли на Місяць, вони привезли звідти майже 400 кг місячного ґрунту та гірських порід, який потім аналізували в багатьох лабораторіях. Було відкрито три мінерали, які були невідомі на Землі – різновиди великої групи амфіболів. Один із цих мінералів назвали армолколіт на честь трьох астронавтів (Армстронга, Олдріна і Коллінза), які першими дісталися Місяця та висадилися на його поверхню. Та за кілька років армолколіт був знайдений на Землі, а саме в Україні на Волині. Знайдений мінерал за своїм хімічним складом та структурою аналогічний до місячного.

 

Про «геологічні» дослідження на Місяці

Вираз «геологічні» дослідження Місяця є не дуже коректним, тому що «гео» – це Земля. То як можна науку про Землю застосовувати до інших космічних тіл? Але цей вираз вже прижився. Під такими дослідженнями розуміють вивчення космічних тіл, їх внутрішньої будови, складу гірських порід на поверхні, їхній розподіл, характер залягання та інші характеристики, суто геологічними методами, які використовуються на Землі.

 

Місячний поверхневий шар – реголіт, почали вивчати радянськими автоматичними станціями, починаючи з 1966 року. У 1970-1976 роках радянські зонди доставили на Землю  324 г місячного ґрунту, де його ретельно вивчали геологічними методами в лабораторних умовах. Це багато, так. Але це ніщо порівняно з 387 кг місячних порід, які були доставлені на Землю американськими астронавтами за шість пілотованих польотів (1969-1972 роки).  Цей матеріал був розданий багатьом лабораторіям світових наукових центрів для подальшого дослідження. Тому зараз склад місячних порід та реголіту відомий достатньо добре. Мені навіть смішно, що дехто не вірить у висадку американців на Місяць. Місячні зразки, які вивчали тисячі фахівці усього світу, підтверджують ці польоти.

 

 
Взагалі досягнення Місяця і висадка людини на супутник були, швидше, технічними і політичними завданнями, тому про наукову складову не дуже піклувалися, не було продуманої наукової програми.

 

Попередньо була запланована лише доставка ґрунту та деякі геофізичні дослідження. Коли американці успішно висадились на супутник, встановили прапор, виконали основні завдання, постало питання: що ж там робити далі? Вже потім почали проводити наукові експерименти, збирати зразки місячних порід в різних районах, проводити різноманітні геофізичні, наприклад, сейсмічні дослідження. Наприклад, методом сейсмічних хвиль намагались «просвітити» верхню частину Місяця, щоб виявити неоднорідністи у будові супутника. Встановлювали датчики, сейсмоприймачі, розтягували коси (різновид сейсмічних приладів. – Platfor.ma). Ці приймачі потім залишились на Місяці і використовувались для фіксування сейсмічних хвиль від ударів метеоритів, падіння ступенів супутників на Місяць тощо. В подальший час ці дані аналізували і використовували для визначення внутрішньої будови місячних надр.

 

Саме тоді терміново почали готувати геологів, давати геологічні знання астронавтам. Врешті-решт до складу астронавтів був включений геолог Гаррісон Шмітт, який прибув на Місяць в останній місії Аполлон-17,  де свідомо відбирав зразки і ледь не зробив кілька відкриттів. Наприклад, тільки погляд фахівця міг виявити надзвичайне у плямі бурого кольору на тлі сірого реголіту, розуміючи, що в безкисневих та безводних місячних умовах не могли утворитися сполуки гідрооксидів заліза, які зазвичай зафарбовують земні породи. Але, на жаль, бурий матеріал вже при лабораторних дослідженнях на Землі виявився помаранчевим вулканічним склом.

 

Про місячні моря і одну важливу знахідку

Коли ми дивимось на наш супутник, бачимо його світлі і темні частини. Темні ділянки історично названі «морями», але в дійсності це величезні кратери від метеоритів, заглибини на поверхні Місяця округлої форми, які були заповнені темною базальтовою лавою, що піднімалась з надр в результаті подрібнення кори. До речі, базальтами покрито дно океанічних западин на Землі, тобто ця випадкова назва для місячних «морів» з часом виявилася недалекою від істини. Були також виявлені породи анортозити, якими складені світлі «материкові» частини поверхні Місяця.

 

 

Нещодавно у полярних районах Місяця, на дні кратерів, куди ніколи на проникає сонячне світло, дистанційними методами були відкриті невеликі залежі водяного льоду, змішаного з реголітом. Це дуже важлива знахідка. Наявність води може допомогти людині краще пізнавати та опановувати поверхню Місяця.

 

Про методи вивчення та дослідження мінералів та гірських порід

Макроскопічний опис мінералів та гірських порід проводиться на перших етапах вивчення. В подальшому гірські породи досліджуються в лабораторних умовах під мікроскопами різного збільшення. Часто мінеральний склад дрібнозернистої породи важко визначити неозброєним оком. Розмір зерен мінералів може бути, наприклад, 0,02 мм. Як охарактеризувати цю породу? З чого вона складається? Тож з породи роблять шліфи – тонкі зрізи товщиною 0,03мм, які наклеюють на предметне скельце. Подібні препарати вивчають під поляризаційним мікроскопом, який дозволяє визначити усі мінерали за їх оптичними властивостями.

 

Для визначення хімічного складу мінералів, їхньої внутрішньої структури, особливостей кристалічної ґратки застосовуються різні комплекси тонких досліджень речовини: електронна мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз та інші методи. Тобто основної інструмент геолога – не молоток, як вважає більшість, а мікроскоп.

 

Про правильну наукову картину світу у дітей

Як на мене, освічена людина повинна бачити цілісну фізичну наукову картину світу. Вже змалку людина має розуміти, що все навколо взаємопов’язане: рельєф,  гірські породи, рослинний і тваринний світи, клімат та природні ландшафти тощо – все це, врешті-решт, є результатом  природних процесів, які відбувалися на Землі протягом її історії. Щоб все це розуміти, звичайно, молоду людину потрібно навчати різним природничим наукам, таким, як географія, біологія, астрономія, фізика, хімія, математика тощо. Але часто ці науки викладаються відокремлено, без міжнаукових зв’язків.

 

Часто діти взагалі не розуміють, для чого потрібна та чи інша дисципліна. Наприклад, географію подають як просто описову науку: тут море, тут ріка, тут ліс. Вона виявляється відірваною від реального життя. Але ж науки про Землю розглядають планету в просторі, у часі, в розвитку, де закони фізики і хімії працюють разом, як у великій лабораторії. Наприклад, основа хімічної класифікації солей і оксидів зроблена на основі класифікації мінералів – природних хімічних сполук. Багато хімічних реакцій, відтворених на уроках, протікають в природних середовищах. Геологія дає уявлення про масштабність дії усіх процесів на Землі, незалежно від того, чи діють вони на рівні атомів і молекул, чи у планетарному просторі, долі секунд чи протягом геологічного часу у мільйони та мільярди років.

 

В мене є чотирьохрічний досвід викладання наук про Землю для дітей. Спершу, коли ми починаємо вивчати мінералогію, вони дивуються: «Але ж це не хімія, навіщо ви нам пишете ці формули?». Пояснюю, мінералогія без хімічних формул, без взаємодії цих елементів один із одним – ніщо. Діти на географії вчать тектонічні структури України, наприклад, Український щит чи Дніпровсько-Донецьку западину. А чому це щит чи западина? В геології ми говоримо, що ці структури є елементами платформи, де є фундамент та чохол. Цей фундамент піднятий чи виходить на поверхню землі, тому в цьому районі виділяємо щит. Якщо поверхня фундаменту занурена на велику глибину та перекрита товстим чохлом, ця структура називається западиною. Відтак діти розуміють та легко, запам'ятовують складні поняття.

 

Геологія дає уявлення про масштабність дії усіх процесів на Землі, незалежно від того, чи діють вони на рівні атомів і молекул, чи у планетарному просторі, долі секунд чи протягом геологічного часу у мільйони та мільярди років.

 

Чотири роки існує проект «Надра земні, надра духовні», завдання якого навчити дітей основам геології. Цим займаються наші фахівці в трьох школах міста. Мета цього проекту – виховати людей з правильною науковою картиною світу, щоб діти розуміли, для чого вони вчать ту чи іншу науку, як її можна практично застосовувати для пояснення процесів. Вже є певні позитивні результати, серед яких покращення рівня знань у школярів та зацікавленість природничими науками.

 

До речі,  у Франції є звичайна державна програма, в якій предмет «наука про Землю» вивчають п’ять років. Плюс серед випускних екзаменів в атестаті зрілості, крім математики, фізики та французької мови, є ще й екзамен «наука про Землю». Річ у тім, що освічена, ерудована людина повинна знати не тільки живу природу, але і неживу, яку вивчає геологія. Цей досвід треба переносити до України. Чомусь у нас біологію вчать декілька років, вважається, що це потрібно. А чому не вивчати розвиток неживої природи – мінерали, гірські породи? Я вважаю, що це два абсолютно однакових напрямки в природничих науках.

 

Про «дядька з бородою» та проблеми набору на геологічний факультет

На жаль, про геологію в суспільстві складається абсолютно неправильне уявлення, ніби геолог – це дядько з бородою та рюкзаком, який ходить із кіркою, відбиває руду, набиває рюкзак, потім працює на шахті або на збагачувальній фабриці. От такі стереотипи. Насправді це не зовсім геологія, а точніше взагалі не геологія. Але таке уявлення в думках вчителів, батьків та дітей існує. Тому в розумінні абітурієнтів геологія не є престижною галуззю.

 

 
Відсутність достовірної інформації про геологію призводить до того, що до нас не дуже охоче ідуть вчитися. Окрім того, зараз існують проблеми з працевлаштуванням випускників.

 

Ще в Радянському Союзі усі складові частини геологічної галузі, починаючи від розвитку фундаментальних наук та геологічної зйомки до пошуку та розвідки родовищ корисних копалин, вимагали дуже багато спеціалістів. Сьогодні зазвичай розробляються вже відкриті родовища. Багато напрямків робіт закриті, відповідно, спеціалісти не потрібні, тому що сьогоднішній економічний ефект виявився важливішим за системність і поетапність досліджень. Геологічна наука також не у кращому положенні. Зараз Інститут геологічних наук, з яким ми постійно співпрацюємо, функціонує тільки половину робочого тижня. Зарплати там дуже низькі. Там можуть працювати тільки ентузіасти, які готові отримувати копійки за свою наукову роботу.

 

Дійсно, не всі наші випускники реалізовують себе в межах здобутого фаху. Але ми розуміємо, що без розвитку геології не будуть використовуватися природні ресурси країни, без яких не можливий економічний підйом. Змінитися все може тільки в результаті зміни економічної політики, якщо ми зрозуміємо, чому необхідно вкладати гроші в галузь, де економічний ефект з'явиться не швидко, не одразу, але призведе до сталого розвитку країни.

 

Фото – Євгенія Люлько.


comments powered by Disqus