История лаборатории
В 1959 году директор института леса Владимир Николаевич Сукачев и заведующий отделом четвертичной геологии Геологического института АН СССР Валериан Иннокентьевич Громов обратились в отделение ОГГН АН СССР с предложением создать радиоуглеродную лабораторию. В этом же году была создана такая лаборатория. Институт леса предоставлял помещение, а Геологический институт – кадры.
Руководителем группы была назначена Наталья Владимировна Кинд; Вера Сергеевна Форова отвечала за химическую часть работы; Леопольд Дмитриевич Сулержицкий в качестве старшего инженера должен был, собственно, «собирать» лабораторию.
Первоначально оборудование и свинцовую защиту для датчиков начали свозить в старую церковь в Успенском, а лабораторию планировалось делать по образцу таковой (газовый пропорциональный метод, Диверс А.Л.) в ГЕОХИ АН СССР. Однако при участии Иосифа Евсеевича Старика (член-корреспондент АН СССР, председатель комиссии абсолютного возраста) за прототип лаборатории были приняты сцинтилляционные лаборатории Института археологии и Института радиационной гигиены АН СССР (Ленинград), которые оказывали активную помощь в создании нашей радиоуглеродной лаборатории.
В начале 60-х гг. радиоуглеродная лаборатория была переименована в «лабораторию абсолютного возраста» и получила помещение в Геологическом институте, куда было перевезено оборудование из церкви в Успенском. Заведующим лабораторией стал доктор наук, профессор Виктор Викторович Чердынцев – специалист в области ядерной физики. Кроме радиоуглеродного метода начал разрабатываться и метод неравновесных урановых рядов. С появлением масс-спектрометра МИ-1305, в лаборатории добавился и K-Ar метод.
В.В.Чердынцев занимался урановыми рядами, а на другие методы были приглашены аспиранты: Виктор Алексеевич Алексеев на 14С метод, а Евгений Михайлович Колесников на K-Ar метод.
Радиоуглеродную группу лаборатории по-прежнему возглавляла Н.В. Кинд, которая главным образам определяла научную тематику работ: история позднего антропогена с особым упором на историю оледенений. В.А. Алексеев вместе с Л.Д. Сулержицким занимались преимущественно физической частью работ, так, например, ими были созданы новые сцинтилляционные установки еще с фторопластовыми кюветами. В.С. Форова отвечала за внедрение химической части процесса. В первые годы работы преимущественно мерились геологические и археологические образцы по научной тематике лаборатории, которые приносили в основном сотрудники лаборатории В.И. Громова. После того как В.А. Алексеев защитил кандидатскую диссертацию и перешел на работу в ГЕОХИ (Черноголовка), физическую часть работ полностью взял на себя Л.Д. Сулержицкий.
В 1964 г. Л.Д. Сулержицкий заинтересовался проблемой радиоактивного углерода в вулканических районах и организовал первую экспедицию на Камчатку. С тех пор, с очень небольшими перерывами, сотрудники нашей лаборатории продолжают радиоуглеродные исследования голоценовых и позднеплейстоценовых отложений Камчатки. Массив радиоуглеродных дат для этого региона приближается уже к 3000 датировок.
В 1971 г. Н.В. Кинд с Л.Д. Сулержицким впервые поехали на Таймыр с целью датирования ледниковых эпох. За 10 полевых сезонов был собран богатейший материал, а массив дат по коллекции мегафауны Таймыра до сих пор самый большой в мире.
В этом же году умер В.В. Чердынцев, и урановые методики были закрыты. Новым заведующим лабораторией стал Владимир Иванович Виноградов, пришедший в лабораторию в 1970 г. на K-Ar метод. Впоследствии В.И. Виноградов начал заниматься легкими элементами. Лаборатория была переименована в «лабораторию абсолютного возраста и стабильных изотопов».
После ухода Н.В. Кинд на пенсию Л.Д. Сулержицкий возглавил 14С группу лаборатории. Сулержицким были сделаны новый эталон и новые счетчики.
История K-Ar
После появления монографии И.Е. Старика «Ядерная геохронология» в 1961 году в ведущих геологических институтах АН СССР начались работы по применению самого простого, в отношении физического эксперимента, метода: калий-аргонового в геологии.
Калий-аргоновый метод в институте прошел длинный путь – от объемного метода, когда количество выделенного из пробы аргона определяется с помощью манометра Мак – Леода, до традиционного ныне метода изотопного разбавления аргоном - 38.
Начались работы в лаборатории под началом В.В. Чердынцева, но новый мощный импульс они получили с приходом в 1971г. молодого, сорокалетнего В.И. Виноградова.
Директор ГИНа, академик А.В. Пейве понимал значение геохронологии для развития науки о земле и не только заходил в лабораторию запросто, но и находил средства на покупку оборудования. Был куплен 180-градусный масс-спектрометр GD-150, позволивший наконец делать серийные измерения изотопного состава образцов методом изотопного разбавления, а позже – МИ1201.
Но помимо масс-спектрометра, необходима была установка для плавления горных пород и очистки выделившегося из них аргона от сопутствующих газов – азота, СО2 , кислорода, углеводородов и т.д. Никто в мире таких установок не выпускал (задача не из простых!), и каждая лаборатория изощрялась в их конструировании. К 1973 году в ГИН АН СССР действовала полностью стеклянная система, с двумя реакторами плавления и вымораживанием аргона на активированный уголь в стеклянные ампулы. Ампулы отпаивались от установки, припаивались к системе напуска на GD-150 (ныне умершей фирмы братьев Varian), стеклянные капилляры разбивались стальным бойком, и освобожденный аргон разлетался по вакуумной системе, прихватывая с собой стеклянную крошку и угольную пыль.
Крошка выводила из строя уплотнения вакуумных вентилей. Пыль сорбировала газы.
Измерялись тогда в основном глаукониты коллекции Б.М. Келлера. Искались и самые «старые» изотопные системы (биотит, КПШ) Алданского щита. В обоих случаях речь шла об анализе древних пород с высоким содержанием калия и радиогенного аргона. Основная работа легла на С.Б. Смелова (руководителя К-Аг группы), инженера В.П. Рычкова и уникального механика С.В. Баданина. Прецизионные измерения калия делала Е.А. Кузьмина, обучившая этому Н.В. Королеву.
В середине 70-х Е.В. Девяткин предложил провести исследования четвертичных базальтов Монголии. С.Б. Смелов и С.В. Баданин смонтировали первую цельнометаллическую установку экстракции аргона с непосредственным (минуя стекло) напуском аргона в камеру GD-150.
Параллельно просчитывалась система плавления образцов в высокочастотном поле (индукционный нагрев): ожидалась постановка работ А.Р. Гептнером и Б.П. Золотаревым по стратиграфии базальтов Исландии, изучении поведения аргона при гидротермальном минералообразовании.
Завершая экскурс в технические аспекты калий-аргонового метода, нужно сказать, что в лаборатории было создано около семи установок для экстракции и очистки аргона из горных пород. Для их проектирования, расчетов, испытаний работали Д.О. Герцев, О.В. Хоревина, Д.И. Головин. Были подключены ведущие институты СССР и РФ. Решались вопросы по имплантации ионов изотопов аргона в алюминиевую фольгу, рассчитывались вакуумно-плотные переходы молибден - нержавеющая сталь, вольфрам – нержавеющая сталь (отдел ОГРА ИАЭ им. И.В. Курчатова). В Государственном институте прикладной химии (ГИПХ, Ленинград), по техническому заданию лаборатории, изготовили из осажденного из газовой фазы вольфрама тигли для плавки проб.
Оптимальные температурные режимы работы геттеров (поглотителей активной составляющей газовой фазы, выделяющейся из образцов) обсуждались в ИАЭ им. И.В. Курчатова, в Институте порошковой металлургии им. Бардина, с Московским электроламповым заводом (МЭЛЗ).
Некоторые инженерные решения очень сложного узла плавления – ведь температура тигля достигает 1800° С! – после технологической доработки были использованы при изготовлении на Сумском заводе электронных микроскопов (СЭЛМИ) серийного масс-спектрометрического комплекса МИ1201ИГ. Ориентированный на анализ изотопного состава Инертных Газов (ИГ), он и по сей день не уступает аналитическими возможностями зарубежным аналогам.
МИ1201ИГ работает в лаборатории с 1991г.
Первая, очень ненадежная ЭВМ, производства Курского завода «Счетмаш»– Искра-226 (аналог «валютной» ХТ) – тоже появилась в калий-аргоновой группе. На ней с удовольствием учились программированию и решению статистических задач сотрудники лаборатории.
История группы стабильных изотопов
Стабильные изотопы начали осваиваться в лаборатории в 1973 г В.И. Виноградовым, научные интересы которого были связаны, главным образом, с геохимией изотопов серы. Для этой цели был приобретен новый и достаточно совершенный для того времени масс-спектрометр МИ-1201 (п/о «Электрон», г. Сумы), в адаптации которого к нуждам геохимии В.И. Виноградов принимал деятельное участие.
Вскоре (1974-1975 г.г.) начал осваиваться изотопно-кислородный палео-температурный анализ, на развитии которого в ГИНе активно настаивал В.В. Меннер. Эта работа была поручена Б.Г. Покровскому, которым была создана необходимая экспериментальная техника и получены (по материалам Ю.Б. Гладенкова) первые результаты, касающиеся изменений климата в позднем кайнозое северных районов Атлантики и Пацифики (Гладенков, Покровский, 1979, 1980).
Затем палеоклиматические исследования были заброшены. Более актуальным для института было признано направление, связанное с изучением изверженных пород и, в частности, офиолитов, что потребовало разработки значительно более сложных методов определения изотопного состава кислорода в силикатах и окислах и водорода в гидроксил-содержащих минералах. В этой области, в течение 80-х и 90-х годов наша лаборатория занимала в России ведущее место. В 1984 г. Б.Г. Покровским была защищена кандидатская диссертация «Изотопы кислорода и водорода как индикаторы условий преобразования пород офиолитовых комплексов». В дальнейшем он занимался изучением геохимии изотопов в щелочных породах и карбонатитах, а также в эффузивах островных дуг. Итоги этой работы подведены в книге «Коровая контаминация мантийных магм по данным изотопной геохимии» («Наука», 2000) и одноименной докторской диссертации (защищена в 2002 г). Начиная с 1990 г, наряду с изверженными породами, в лаборатории ведется изучение изотопного состава кислорода, углерода и серы в осадочных породах позднего докембрия и раннего палеозоя. Цель этих работ, которые представляются на данный момент наиболее перспективными, - выявление связи между изотопными вариациями и изменениями природной среды в геологическом прошлом, а также решение задач изотопной стратиграфии.
В 2002 году лабораторию возглавил Б.Г. Покровский.
История группы Rb-Sr изотопии
Приход в Геологический институт Владимира Ивановича Виноградова связывался дирекцией с налаживанием Rb-Sr и позднее Sm-Nd для решения актуальных задач тектоники плит. При большой поддержке директора института академика А.В. Пейве в 1979 году был приобретен самый современный на тот момент твердофазный масс-спектрометр фирмы Varian – MAT-260. Другим определяющим элементом было создание чистой комнаты, т.к. упор делался на работу с ультраосновными породами с очень низкими содержаниями Rb и Sr. Основным объектом исследований стали офиолиты Полярного Урала. Результаты исследований, в которых участвовали В.И. Виноградов, Б.Г. Покровский, М.И. Буякайте, В.Н. Кулешов в сотрудничестве с А.А. Савельевым и Г.Н. Савельевой были обобщены в монографии «Геохимия изотопов в офиолитах Полярного Урала» (1983). Большой объем работ по химической подготовке проб был выполнен Т. А. Драгавцевой и Н.И. Макаровой. Коллектив группы, сформировавшийся при выполнении этой задачи, сохранялся на протяжении трех десятилетий. По результатам работ М.И.Буякайте в 1983 г. защитила кандидатскую диссертацию – «Геохимия изотопов стронция в офиолитах Полярного Урала».
Потом последовала серия работ совместных с K-Ar группой по прецизионному датированию эоценовых глауконитов Сирии и уточнению по этим датировкам стратиграфической шкалы.
Следующая большая серия работ была связана с изотопными исследованиями пород Срединного хребта Камчатки. В этих работах активное участие принимал еще один сотрудник группы – В.С. Григорьев, который провел около 10 полевых сезонов на Камчатке. В этом цикле работ использовался еще один -- Sm-Nd-метод, основанный на твердофазной масс-спектрометрии и требующий еще большей точности, чем Rb-Sr-метод.
Дальнейшее применение Sm-Nd метода было связано с изучением происхождения фосфоритов различных месторождений. В этих работах принимали участие В.Н. Кулешов и А.О. Луканин.
В последние два десятилетия группа выполнила большой цикл работ по изучению осадочных пород разного возраста и в различных регионах, начиная от рифейских пород Сибирской платформы до девона Припятского прогиба.