Сегодня - 23.10.2017

Новосибирские ученые расплавили породы верхней мантии с помощью электронной пушки

11 мая 2017
 
В Институте  ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН прошел уникальный эксперимент — плавление мантийного ксенолита Авачинского вулкана (полуостров Камчатка) при  температуре 2500 градусов с помощью мощного электронного пучка. В эксперименте ученые повторили процессы, происходящие в верхней мантии Земли при  извержении вулканов.  
 

Верхняя мантия — геосфера, расположенная на глубине от 30—70 км до 670 км. Ксенолит — глубинная порода, вынесенная  лавами при вулканических извержениях с глубины 40—70 км.

 
Результаты исследования позволяют уточнить условия образования рудных месторождений так называемой порфировой формации. К ним относятся месторождения золота на Аляске, известные благодаря «золотой» лихорадке,  крупные Чилийские месторождения меди, месторождения золота и платины на Камчатке.
 
― Эти эксперименты нужны для изучения процессов, происходящих в мантии Земли под действующими вулканами, в частности, возникновения расплавов, которые затем извергаются на поверхность и выбрасывают обломки мантийных пород. Эксперименты позволят понять, как формируются рудные месторождения, и спрогнозировать, на каких глубинах мы можем ожидать процессы растворения и переноса рудных элементов, — объяснил главный научный сотрудник лаборатории моделирования динамики эндогенных и техногенных систем Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН, профессор НГУ доктор геолого-минералогических наук Виктор Николаевич Шарапов.
 
Также ученые предполагают, что в условиях, похожих на экспериментальные, плавятся метеоры-болиды, попадая в земную атмосферу. Кроме того, возможно, результаты исследований прольют свет на образование «тектитов» — пород из силикатного стекла неизвестного происхождения.
 
«Герой» опыта — ксенолит, попавший на поверхность Земли из верхней мантии около 4000 лет назад во время извержения Авачинского вулкана. 
 
На глазах у всех  образец положили в установку для электронно-лучевой сварки, и в вакууме, под действием пучка электронов, началось плавление, продолжавшееся 45 минут.
 
Плавление ксенолита, наблюдение через монитор
 
― Установка (источник мощных электронных пучков для электронно-лучевых технологий) была разработана 8 лет назад и изначально предназначалась для электронно-лучевых сварок, поставлявшихся на военно-промышленные комплексы России. В последний год она была модернизирована — электронный пучок стал поворачиваться на 270 градусов, чтобы увеличить ресурс работы электронной пушки. В ней можно расплавить даже вольфрам — самый тугоплавкий элемент в таблице Менделеева (температура плавления 3 400°C), — рассказал научный сотрудник ИЯФ СО РАН Юрий Игнатьевич Семенов. 
 
Процесс плавления выводился на экран монитора, и можно было наблюдать за «образованием вулкана» в лаборатории. Температура в эксперименте ― 2 500°C, в два раза выше, чем у самых горячих на планете лав Гавайского вулкана.
 
Плавление происходит точечно — пучок электронов диаметром  3—4 сантиметра направляется на определенный участок камня, и плавится преимущественно этот фрагмент, а не весь образец целиком. Поэтому ученые смогут увидеть, что произойдет в трещинах  нерасплавленной породы, когда по ним будет поступать  газ образовавшийся в ходе процесса.
 
«Разброс значений температур на образце, помещенном в камеру — от  полного плавления  (2 500°C) до почти комнатной температуры.  Выделяющиеся  при плавлении газы фильтруются в этой породе, мы можем зафиксировать  их воздействие на эту породу и просмотреть весь спектр процессов, которые протекают внутри минерально- трещиноватой массы», — уточнил Виктор Шарапов.
 
Подплавленный в эксперименте ксенолит
 
Проведению эксперимента предшествовала разработка теоретической модели процесса растворения газами твердого вещества главным научным сотрудником  Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН доктором физико-математических наук Анатолием Николаевичем Черепановым и научным сотрудником этого же института доктором физико-математических Верой Корнилиевной Черепановой. Полученная в эксперименте скорость растворения газами минералов твердой породы хорошо согласуется с оценками модели. 
 
Результаты экспериментов можно будет использовать для улучшения прогнозов, образования малоглубинных рудных месторождений и для предсказания интенсивных сейсмических событий.
 
«Наука в Сибири»
 
Фото Надежды Дмитриевой
 
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus