Физик среди геологов

Из справки:

«Заведующий лабораторией физико-химических методов анализа Института геологии и геохимии УрО РАН, член-корреспондент РАН, Сергей Леонидович Вотяков – специалист в области физики минералов, спектроскопии и геокристаллохимии, автор более 210 печатных работ, в том числе четырех монографий. Под его руководством проведены обширные комплексные исследования, направленные на решение фундаментальной минералогической проблемы – анализа явления дефектообразования на микро- и наноуровнях в реальных минералах и его использования как основы для реставрации условий их кристаллизации и эволюции в определенной геологической ситуации. С.Л. Вотяков возглавлял работы по четырем инициативным проектам, финансировавшимся РФФИ. Он лауреат стипендии президента России, член совета по защитам докторских диссертаций ИГГ, много лет работал в комиссии по применению люминесценции при Отделении общей физики и астрономии РАН.»

   Сергей Леонидович стал первым ученым, избранным в РАН по специальности «физика минералов». Это новое научное направление в древнейшей науке минералогии за последние 30 лет накопило много уникальной информации. Исследования на стыке классических наук о Земле и современной физики активно развивается во всем мире: в 80-е годы начал издаваться новый международный научный журнал, посвященный этой тематике, регулярно проводятся конференции по физике минералов, очередная состоится в нынешнем году в столице Австрии Вене.
   По словам Сергея Леонидовича, минералогия сегодня – строгая количественная наука о состоянии вещества в Земле, в которой завершился переход от представлений о минерале, как идеальном кристалле, к пониманию минерала, как содержащего большое числом разнообразных дефектов, от качественного описания его физико-химических свойств к их детальному инструментальному исследованию. Сегодня эпицентр исследований в минерале – это его реальная, дефектная структура. В последние годы явно наметился переход к изучению состояния отдельного иона и наноразмерного кластера в минерале. Минералоги обратились к работам по микроскопическому, квантовохимическому моделированию атомного и электронного строения минералов. Активно изучается ультрадисперсное состояние минеральных образований – оформилась дисциплина «наноминералогия». И все прорывные достижения в минералогии обязаны внедрению физических методов исследования минерального вещества. Можно говорить, что современная минералогия в значительной степени трансформировалась в физику минералов.  

Уральцы всегда были на передовых позициях в минералогии. В XVIII-XX веках на уральском материале силами многих российских и европейских ученых эта наука зарождалась и оформлялась в своем современном виде. Здесь было открыто много новых минеральных видов. На основе развития минералогического знания началось освоение сырьевых ресурсов нашего региона. Сегодня Урал – один из высокоразвитых горно-промышленных районов России, имеющий длительную историю освоения. За этот период его природа претерпела необратимые изменения. Как известно, вплоть до настоящего времени на Урале широко используютcя устаревшие технологии и промышленные фонды, что наносит большой вред природе, вызывает значительное загрязнение воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, продуктов питания. Уральский регион испытывает на себе и значительные радиационные воздействия. Все это стимулировало активное развитие здесь новых оригинальных минералогических направлений — минералогии техногенеза, экологической минералогии, минералогической палеодозиметрии и биоминералогии. Последняя связана с изучением биоминералов и органо-минеральных агрегатов (физио-, и патогенных) в организме человека — твердых тканей зубов и костей, патогенных камней в различных органах. Достижения уральских минералогов общепризнанны. Академик Н.П. Юшкин удостоен Демидовской премии в 1998 году. Минералогия техногенеза окончательно оформилась в работах уральского профессора Б.В. Чеснокова, удостоенного Демидовской премии в 1993 году. В последние годы отмечается всплеск исследований по био- и техноминералогии, как в связи с постановкой фундаментальных вопросов взаимодействия живой и неживой природы, вплоть до выдвижения гипотез о стартовой роли минералов при возникновении первичной жизни на Земле, так и в связи с прикладными геоэкологическими задачами.

— Сергей Леонидович, как у вас с оборудованием для решения таких сложных задач?      

— Лабораторная база нашего Института гео­логии и геохимии во многом морально и физически устарела: за последние пятнадцать лет в Институт не поступало ни одной единицы дорогостоящего лабораторного оборудования. Например, в наших исследованиях не обойтись без рентгеновского микроанализатора. В институте такой есть, но год его производства – 1968! Сегодня японская фирма-изготовитель JEOL готова его забрать, чтобы поставить в музей. Уже ни у кого такого нет. А мы на нем как-то продолжаем работать. Только в самое последнее время в деле оснащения института современными приборами наметились некоторые позитивные перемены.

Наши основные проблемы – это и плохое финансирование, усугубленное тем, что родная геолого-разведочная отрасль в России переживает, пожалуй, самые трудные времена, это и проблема нехватки молодых кадров. В связи с последней мы возлагаем большие надежды на начавшиеся позитивные сдвиги и возможную организацию в нашем классическом университете специализации «Физика и химия минералов».

— Но ведь есть Уральская горная академия…

— Обучение специалистов в области физики минералов, думаю, возможно лишь в стенах университета. Изменения, происшедшие в содержании науки минералогии, ее преобразование в физику минералов предъявляют совершенно новые требования к специалистам, работающим в этой области – им необходимы глубокие познания как в области наук о Земле, так в физике и химии, навыки использования сложного лабораторного оборудования, знания в области техники современного физического эксперимента, программных средств и продуктов, вычислительных приемов.

В этом году в Уральском государственном университете из второкурсников физфака набрана первая группа, которая будет специализироваться по физике минералов. С началом следующего учебного года мы станем сами готовить себе кадры. Наряду с преподавателями университета там будут читать лекции как сотрудники нашего института, так и Института геофизики.

— Сами вы закончили физико-технический факультет УПИ. Каково почти 30 лет работать в одной упряжке с геологами? Наверное, предположим, в Институте физики металлов вам было бы проще в плане взаимопонимания — физик среди физиков…               

— Все эти проблемы особенно остро стояли в начале моей работы в Институте геологии. Были сложности роста, даже обиды на непонимание. Сегодня можно говорить, что этот длинный и сложный путь пройден, причем это стало возможным благодаря обоюдному желанию как геологов, так и физиков идти навстречу друг другу. Хотел бы отметить большую роль в становлении этого научного направления профессора А.А. Краснобаева, заведующего лабораторией, в которой начинались работы по физике минералов.

Недостатки моего положения «чужого среди своих» сегодня оборачиваются достоинствами. В последнее время большинство открытий делается на стыке наук. Поэтому все большую актуальность приобретают совместные исследования представителей разных научных дисциплин. А я всю жизнь работаю на этом «стыке». Сегодня мы ведем совместные исследования не только с геологами, но с химиками, экологами, медиками. Процесс минералобразования продолжается на Земле миллиарды лет, идет он и сегодня повсюду вокруг нас, начиная с организма человека (камнеобразование в почках, мочевом и желчном пузырях, зубах), и заканчивая техногенными отвалами и водопроводными трубами. Все эти процессы надо изучать и с точки зрения физики, в том числе и для того, чтобы научиться их контролировать и направлять в нужную сторону.

На западе распространена физика музейных образцов. В работу берется одна-две пробы минерала, досконально исследуется, но только как некий экзотический физический объект. В России более активно развивается прикладная или генетическая физика минералов. Мы в первую очередь пытаемся решить проблемы, возникающие в классических геологических дисциплинах. Но для этого необходимы широкие эмпирические наблюдения, поэтому объемы исследований, количество проб возрастает в десятки и сотни раз.

…По словам Сергея Леонидовича, впереди много интересных задач в области экспериментальных исследований природных объектов, теоретической кристаллохимии и спектроскопии минералов. Актуальны разработки моделей атомного и электронного строения минералов, исследования в них радиационных явлений как в связи с проблемами ретроспективной экологической дозиметрии, так и из-за необходимости разработки новых перспективных материалов для так называемых «вейст-форм», используемых при утилизации и захоронения отработанного ядерного топлива. Так что поле деятельности для вновь избранного членкора и его учеников огромно.

Т. Плотникова