Вослед ушедшему: вулканолог Генрих Штейнберг

320-0003-1536x1031 by .

Генрих Штейнберг. Фото Martin Wagner/400ASA


28 декабря 2020 года ушёл из жизни легендарный вулканолог Генрих Семёнович Штейнберг (1935–2020). «Троицкий вариант — Наука» называет учёного человеком-легендой и напоминает, что Г.С Штейнбергом разгадана природа извержений гейзеров, испытан «Луноход» на вулканическом полигоне и открыто уникальное месторождение рения прямо в кратере действующего вулкана, информирует «Тихоокеанская Россия», ТоРосс.

Генрих Штейнберг закончил геофизический факультет Горного института в Петербурге. Выбор, по его словам, определялся тем, что в этот вуз брали с «пятым пунктом», а геология позволяла держаться подальше от власти и скоплений людей. Недоверие к ним созрело в 1953 году, когда жгли в печке книги «ликвидированных» авторов: отец, ветеран войны и архитектор Ленинградского аэропорта, готовился к аресту после ругательной газетной статьи. Спасла смерть Сталина.

Обучаясь в «урановой» группе, он, тем не менее, дважды проходил практику на Камчатке и только диплом делал на урановом руднике в Казахстане. Поразившись контрасту между этими местами, он отказался давать подписку о секретности, чтобы уйти из урановой темы, и, распределившись в Хабаровск, вскоре перебрался в Камчатскую геолого-геофизическую обсерваторию.

Вулканы
В начале 1960-х представления о природе вулканизма и об условиях внутри действующего вулкана были довольно смутными. Генрих Штейнберг начинает профессиональную карьеру с того, что в 1961 году, в возрасте 26 лет, совершает первый в СССР спуск в кратер действующего Авачинского вулкана. 170 метров по вертикальной стене в изолирующем дыхательном аппарате с кислородным баллоном. Внизу измерена температура, взяты пробы, прожжён рюкзак. Собранные данные и множество последующих наблюдений вошли в его первые научные публикации и стали базой для кандидатской диссертации по глубинному строению вулканов Авачинской группы. Защита состоялась в 1966 году.

Год спустя — ещё более авантюрная попытка подняться на извергающийся вулкан Карымский, где нерегулярно, с интервалом порядка суток происходили взрывы. Измерения с воздуха показывали в кратере радиоактивную аномалию. Но когда пошла лава, радиоактивности в ней не было. Возможно, это газы фонят? Для проверки нужны измерения на кратере. Вышли двое — Генрих Штейнберг и Анатолий Чирков. Но у самой цели их застал взрыв, оба получили травмы: Генрих — множественные переломы, в том числе черепа. Неделю провёл без сознания. Восстановился и потом работал на десятках других извержений.

Так сформировался основной научный проект — мониторинг вулканов и прогноз извержений. Например, одним из важнейших признаков оказался сдвиг спектра вулканических дрожаний в сторону высоких частот по мере того, как подвижки в магматических очагах приближаются к поверхности.

Луна
С появлением космических снимков лунной поверхности Штейнберг обращает внимание на её сходство с вулканическими ландшафтами. Свой интерес к геологии Луны он поначалу считал любительским. Однако знакомство с публикациями показало, что наука ушла не намного дальше.

Соотношения Болдуина. Остро дискутировался вопрос о лунных кратерах — метеоритные они или вулканические? В пользу метеоритной гипотезы приводились так называемые соотношения Болдуина между диаметром, глубиной и другими параметрами взрывных кратеров. Лунные кратеры хорошо им соответствовали, а очевидной причиной взрывов считались метеориты. Штейнберг пишет статью о том, что и вулканические взрывы дают аналогичные параметры кратеров, а значит, соотношения Болдуина не разрешают дилемму.

Представить статью в «Доклады Академии наук» в то время мог только профильный академик. Помог младший брат Александр Штейнберг, физик, работавший в области горения и взрыва. Он подсказал обратиться к малоизвестному академику Сергею Королёву. Его связь с космической программой была засекречена, в прессе он подписывался «проф. К. Сергеев». Статья была отправлена ему почтой в 1965 году и стала единственной, которую Королёв представил в «Доклады Академии наук» как академик. А вот личная встреча, назначенная на январь 1966 года, не состоялась из-за смерти главного конструктора.

Эта и другие статьи по геоморфологии Луны были замечены и за рубежом. Генриха Штейнберга включили в состав редколлегии журнала Modern Geology, пригласили в США на конференцию по геологии Луны (выехать не удалось), а также позвали в Институт космических исследований в создаваемый под лунную программу отряд космонавтов Академии наук.

После медицинских обследований и испытаний, включая перегрузки на центрифуге от 4g до 10g, из нескольких сотен претендентов только трое, включая Генриха Штейнберга, получили допуск Главной медицинской комиссии в 1970 году. Правда, пилотируемая лунная программа уже была свёрнута. Тогда он выиграл закрытый конкурс на организацию ходовых испытаний «Лунохода» на Камчатке, где ландшафты ближе всего к лунным. Из четырёх подобранных площадок одна в итоге получила статус полигона, где испытывали «Луноходы», а потом и зарубежные планетоходы.

Испытания прошли на ура. Однако вместо награды из-за интриг начальства Генрих Штейнберг подвергся уголовному преследованию и был уволен из камчатского Института вулканологии ДВНЦ АН СССР «по сокращению штатов».

Затем, работая электриком в котельной, он на досуге занимается наукой, публикует десятки статей и исполняет обязанности вице-президента Международного общества по геологии Луны.

Все обвинения были сняты лишь в 1976 году, и лишь ещё через два года удалось вернуться к «официальной» научной работе в сахалинском Институте морской геологии и геофизики ДВНЦ АН СССР на Сахалине и Курилах.

Гейзеры
Однако ещё до этого тяжёлого периода было выполнено важное исследование, о котором сегодня нечасто вспоминают, хотя оно имеет вполне фундаментальный характер. Совместно с братом Александром и физиком Александром Мержановым (будущим академиком) Генрих Штейнберг создаёт теорию извержения гейзеров, которая подтверждается и экспериментально в Долине гейзеров на Камчатке, и на лабораторной модели.

Гейзерный процесс. Подземный резервуар гейзера заполняется одновременно холодными грунтовыми водами и горячим глубинным источником. Сначала холодная вода прибывает быстро. Но когда резервуар заполнен и вода поднимается по узкому и высокому изливному каналу, давление резко возрастает, ослабляя приток холодной воды. Резервуар постепенно нагревается выше 100 °C, поскольку под высоким давлением температура кипения выше. Когда кипение понемногу всё же начинается, пар выталкивает воду из узкого канала на поверхность. Избыточное давление с резервуара снимается, перегретая вода вскипает по всему его объему и мощной струей выбрасывается в воздух.

Хотя гейзерный процесс кажется несложным, до 1970 года не было выстроено его теории. Она была сформулирована благодаря ряду экспериментов в Долине гейзеров. Например, при гидрозондировании порция воды заданной температуры заливалась в гейзер после извержения, и по изменению периода определялся его тепловой режим. А при химическом зондировании в гейзеры добавлялась солёная вода, и потом по концентрации соли определялись режимы питания и перемешивания. Построенная математическая модель с четырьмя стадиями гейзерного цикла показала, какие параметры определяют, будет ли источник работать как гейзер, фумарола или горячий ключ.

И вновь вулканы
В 1980-х годах научная группа переключила своё внимание на вулканы и предложила простой и оригинальный механизм повышения давления, приводящий к извержению.

Накачка вулкана. Рассмотрим нестандартную задачку школьного уровня. Закрытая вертикальная трубка заполнена несжимаемой жидкостью. У дна находится пузырёк воздуха. Как изменится давление, когда пузырёк всплывёт? Решение элементарно, но настолько странно, что в Институте химической физики в Черноголовке даже поставили эксперимент для его проверки. Оказывается, давление вверху трубки станет таким, каким было внизу, а внизу вырастет соответственно высоте трубки. И вот в процессе дегазации магмы в глубине вулканического очага возникают пузырьки, которые, всплывая, повышают давление, пока оно не выбьет из кратера лавовую пробку.

Конечно, это лишь отдельные яркие моменты из работ Генриха Штейнберга, которые в контексте всей мировой вулканологии сделали прогноз извержений надёжным и заблаговременным.

В 1988 году Генрих Штейнберг защищает докторскую диссертацию по физическим механизмам вулканических и гейзерных взрывов. В 1991 году создаёт собственный Институт вулканологии и геодинамики, ИВиГ. В 1992 году по линии ООН отправляется с группой в Никарагуа, где не могут понять, близок ли конец извержения вулкана Сьерра-Негро и можно ли возвращать эвакуированных жителей. Вулканологам приходится в перерыве между взрывами подняться к вулкану, а Штейнбергу спуститься в кратер и взять пробы. Вывод: извержение заканчивается, чрезвычайное положение можно отменять. В том же году ИВиГ запускает систему мониторинга курильских вулканов, которая в дальнейшем исправно функционирует. В частности, в 1999 году она даёт предупреждение губернатору, главе района и службам МЧС за четыре дня до начала извержения на вулкане Кудрявый.

Рений
Вулкан Кудрявый на острове Итуруп стал для Генриха Штейнберга последней большой любовью. В 1992 году в его кратере, на поле с многочисленными фумаролами, были найдены необычные отложения. Лабораторный анализ показал, что это сульфид рения ReS2. Это первый открытый минерал редкоземельного рения, названный потом рениитом. Открытие оказалось достаточно сенсационным, чтобы журнал Nature в 1994 году вынес его на обложку.

Уникальное месторождение. В кратере Кудрявого сульфат рения осаждается из горячих вулканических газов. Его концентрация в газе достаточная, чтобы считать кратер единственным в мире месторождением рения. Рений — редкоземельный металл, востребованный в аэрокосмической отрасли для жаропрочных сплавов, в нефтепереработке — для катализаторов. Все источники рения в мире дают лишь 40–50 тонн в год, и это попутная добыча в составе медно-молибденовых и других руд. Кудрявый же буквально «выбрасывает на ветер» порядка 20 тонн рения в год.

Генриха Штейнберга захватила идея наладить промышленную добычу рения в кратере -вулкана. Была получена лицензия, проведена оценка запасов, разработана и протестирована технология осаждения рения из газовой фазы. Но преодолевать бюрократические препятствия оказалось труднее, чем вулканические. Инвесторы пугались, когда рений вдруг объявляли стратегическим сырьём. Правительство не раз давало распоряжения обеспечить разработку месторождения, но нижестоящая бюрократия их саботировала. Зато чиновники не упускали случая выписать штраф за отсутствие отчёта по природоохранным мероприятиям на объекте — в кратере вулкана, куда без противогаза не ходят.

«Месторождений рения в мире нет. Его добывают только попутно с молибденом или медью. На горнообогатительных комбинатах концентрат молибденовых или медных руд обжигают, и соединения рения уходят в газ, а из газа выделяют соли или окислы рения. А на Кудрявом всё это уже сделал вулкан, который сам работает как огромный обогатительный комбинат. Для получения всего одной тонны рения традиционным способом надо добыть, вывезти и переработать один–два миллиона тонн руды. Это большие деньги, поэтому на мировом рынке в 2005–2014 годы цена одного килограмма рения от четырёх до двенадцати тысяч долларов, – рассказывал в одном из своих интервью Генрих Штейнберг, отмечая, что с открытия месторождения рения в 1992 году до его разработки прошло четверть века. – Всего было шесть или семь поручений правительства России. После первого, подписанного Виктором Черномырдиным, я ходил по кабинетам, а министры или замы спокойно отвечали: «Поручение – не деньги. А денег нет, значит, поручение недействительно». Через своего хорошего знакомого, с которым мы когда-то работали на Камчатке, удалось выбить пятнадцать миллионов рублей и в 1994 году начать поисково-оценочные работы; денег не хватало, всё шло через пень-колоду, но всё-таки работали. А в 1997 году случился довольно крупный скандал на международном уровне. Россия подписала два крупных контракта с Китаем и Индией на поставку боевых самолётов, и понадобился рений. Бросились в Госрезерв, но рения, который запасался ещё со времён Союза, нет. Вероятно, ушёл под шумок. Созвали срочное заседание Совмина, выпустили директиву – срочно начинать работать, профинансировали. Только мы начали активно работать – грянул августовский дефолт 1998 года. Госфинасирование рухнуло. Нашли частного российского инвестора, провели разведку, утвердили запасы и в 2007 году получили лицензию на добычу рения. И опять встали…
Между тем, по прогнозам госэкспертизы, в 2015 году России будет нужно не меньше десяти тонн рения в год. И это только для авиации, космоса. Не считая гражданские потребности, в частности, нефтехимию: этот металл используется в создании рений-платиновых катализаторов для всех марок топлива с октановым числом выше девяноста пяти. В оборонке же он используется для двигателей, ракетных оболочек, в гироскопах и так далее. До введения санкций использовали вторичный рений (лом) и закупали за рубежом. А если его нам перестанут продавать?! Как к 2020 году перейти на двигатели пятого поколения?
В советские годы, на максимуме в 1980−х, Союз добывал его из медной руды на Джезказганском медном месторождении в Казахстане. Ещё немного добывали в Армении и Узбекистане. Всего «брали» от семи до девяти тонн в год при мировой добыче двадцать–двадцать две тонны. Утверждённые динамические же запасы на вулкане Кудрявый составляют тридцать шесть тонн в год при нынешней мировой добыче в пятьдесят–пятьдесят пять тонн. Больше половины мирового рынка могло бы принадлежать нашей стране.
Разработку опытно-промышленной установки на Кудрявом финансировал частный инвестор. На его же деньги создаётся промышленная установка, которую мы должны запустить в этом году… Государство в это месторождение не вложило ни копейки. Те бюджетные пятнадцать миллионов рублей, которые давали в девяностые, мы вернули при получении лицензии на добычу рения. Но рений – металл стратегический, вывезти его на экспорт просто так не получится. Нужно разрешение правительства, согласованное со всеми заинтересованными ведомствами. Внутренний же рынок – монополия оборонно-промышленного комплекса, который может назначить любую цену. Деваться инвестору некуда, и придётся продавать себе в убыток. Тупиковая ситуация. Сейчас поставили освоение месторождения в программу развития Курил до 2025 года. На проект предусмотрено два с половиной миллиарда рублей, из которых только четыреста миллионов из госбюджета. Остальные деньги ищите, где хотите. Кстати, из-за обвала рубля сейчас проект уже стоит больше четырёх миллиардов. Губернатор Сахалина Олег Кожемяко обещал помочь региональными средствами, построить инфраструктуру для месторождения, но нужно и федеральное участие. И не в 2021–2023 годах, а с 2017. Ведь каждый год в небо улетают миллионы долларов, которые бы могли работать на страну
».

И всё же почти каждый полевой сезон на кратере Кудрявого велись работы, в которых Генрих Штейнберг участвовал вплоть до восьмидесятилетнего возраста. В последние годы появился наконец стабильный инвестор. Удалось построить канатную дорогу на кратер, доработать технологию. И, что очень важно, его сын, Михаил Штейнберг, геофизик по образованию, активно включился в процесс и обеспечил преемственность работ.

Даже из схватки с бюрократией Генрих Штейнберг под конец жизни всё же вышел победителем. Пусть и по очкам, а не нокаутом. Он до конца сохранил свой образ, который мастерски подметил Андрей Битов в очерке «Путешествие к другу детства», — образ человека, повседневно ставящего перед собой недостижимые цели и как бы в порядке вещей их достигающего.

Последний год Генрих Штейнберг, человек, всю жизнь преданный Камчатке и Курилам, жил у старшей дочери в Петербурге — на Пушкинской улице, в двух шагах от того дома, где прошла его молодость в кругу Андрея Битова, Евгения Рейна, Александра Городницкого, Глеба Горбовского, Иосифа Бродского. Однажды Генрих Штейнберг объяснил свою тягу к людям искусства так: «Жизнь научной идеи коротка — уже завтра она будет оспорена или превзойдена. А произведения искусства вечны». Но в итоге саму его жизнь в науке можно назвать произведением искусства.

Александр Сергеев
«Троицкий вариант — Наука»

https://trv-science.ru/2021/01/steinberg-in-memoriam-1935-2020/?fbclid=IwAR31pPtXwfNs7F1zeoyYzkKgo8tF6kzJ2dlzGY7Q3rVMVhYJt71gDFXzLEQ

Похожие записи


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>