АЛЕКСЕЙ ФИЛИМОНОВ: "ВЗГЛЯД ФИЗИКА НА ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГА"

16 сентября 2022, 11:16

ПРЕДСТАВИТЕЛЬ АУ ВПЕРВЫЕ СТАЛ УЧАСТНИКОМ КОНФЕРЕНЦИИ ПО НАУКАМ О ЗЕМЛЕ, ПРОХОДИВШЕЙ НА КАМЧАТКЕ

  Из научной командировки на Камчатку возвратился домой исполняющий обязанности ректора Алферовского университета Алексей Филимонов. По приглашению Института вулканологии и сейсмологии он сделал доклад на проходившей в Петропавловске-на-Камчатке Xll международной школе-конференции по наукам о Земле имени профессора Л. Л. Перчука. Встреча носит имя всемирно известного ученого-геофизика, который внес огромный вклад в вулканологию.

- АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, ВЫ ПО СВОЕМУ НАУЧНОМУ ПРОФИЛЮ ВРОДЕ БЫ ДАЛЕКИ ОТ ПРОБЛЕМ ВУЛКАНОЛОГИИ. КАК ВЫ ВПИСАЛИСЬ В ЭТУ НАУЧНУЮ ВСТРЕЧУ?

    - Дело в том, что специализация этой школы-конференции достаточно широкая - там и физики, и геофизики и геохимики и прикладные математики. Собралось больше сотни специалистов разных направлений, в том числе ученые из МГУ, с Урала, из Иркутска, Улан-Удэ, Казани. Было среди участников и несколько петербуржцев.



- С КАКИМ ДОКЛАДОМ ВЫ ТАМ ВЫСТУПИЛИ?

   - Доклад мой назывался "Использование метода нейтронного рассеяния для анализа поведения воды в пористых средах". Вода - это самое известное и одно из самых загадочных веществ на земле. Первым наблюдавшимся человеком фазовым переходом является замерзание воды с образованием льда. Вода обладает богатым разнообразием кристаллических форм, из которых в настоящее время достоверно известно тринадцать.
Структуры этих кристаллических модификаций обладают тем общим свойством, что каждая молекула воды в них образует ровно четыре водородных связи с соседними молекулами воды, причем эти связи направлены к вершинам правильного или немного искаженного тетраэдра. Во всех случаях (кроме льда X) молекула воды сохраняет свою целостность, являясь в двух из четырех водородных связей донором и в двух других — акцептором атома водорода. Особенно неоднозначным становится процесс плавления/замерзания воды в условиях ограниченной геометрии. Параметры перехода и структура льда существенно зависят от размера пор и каналов, характера интерфейсов топологии системы.
   Целью нашего эксперимента являлось исследование эволюции атомной динамики в процессе фазового перехода - плавление/затвердевание воды в каналах хризотилового асбеста. Это такой минерал с уникальными свойствами, который известен людям с доисторических времен. Его название означает "неразрушимый", и при этом он способен разделяться на тончайшие волокна, из которых когда-то даже ткали полотно. Эта система крайне интересна, так как может быть рассмотрена как аналог биологических мембран и напитанных водой горных пород.
   А так как вулканическая порода - это как раз типичная пористая (часто нанопористая) система, то коллегам было очень интересно узнать о подходе физиков к анализу объектов, которые достаточно давно и хорошо исследованы геологами. Для того, чтобы предложить что-то новое, мы поставили эксперимент по неупругому рассеянию нейтронов в воде, внедренной в наноканалы матрицы хризотилового асбеста.



- ЭТО, ВИДИМО, БЫЛА РАБОТА БОЛЬШОГО КОЛЛЕКТИВА?

   - В эксперименте принимал участие международный коллектив, костяк которого составляли российские ученые, работающие за рубежом - в США, Франции, Швейцарии. Причем экспериментальная часть была выполнена еще до пандемии. Научная судьба раскидала наших соотечественников по всему миру, но в этом эксперименте мы собрались все вместе. Эксперимент получился очень интересный, и предварительные выводы, которые можно сделать и о которых я рассказал на конференции, таковы: обнаружена новая модификация льда. Отличительной особенностью является упорядочение водорода на связях, которое ранее наблюдалось только в фазах высокого давления. Было установлено, что вода в условиях ограниченной геометрии в исследуемых волокнах имеет высокую степень упорядоченности протонов, что позволяет поставить вопрос о наличии сегнетоэлектричества в этой фазе. Проведенное моделирование динамики указало на существование четкой ориентационной упорядоченности молекул воды. Методами молекулярной динамики при сверхнизких температурах был смоделирован процесс замерзания воды в наноканалах: это когда диаметр канала сопоставим по порядку величины с размером молекулы воды. Так вот, оказалось, что даже при сверхнизких температурах вода полностью не замерзает. Замерзает она только частично. Образуются очень небольшого размера тетраэдры, которые находятся в постоянном вращательном движении. То есть, даже при температуре, близкой к гелиевой, не получается 100-процентного замерзания воды. Этот результат очень необычный, очень интересный. Понятно, что проблема требует дальнейшего исследования для того, чтобы понять механизм, как это происходит. Потому что с точки зрения биологии это может породить новый подход к проблеме криопротекторов - тех самых веществ, которые вводят в живой организм для того, чтобы предотвратить разрывы клеточных мембран при замораживании организма.

- КАКУЮ РЕАКЦИЮ ВЫЗВАЛО ВАШЕ ВЫСТУПЛЕНИЕ?

   - После доклада ко мне много народу подходило, приглашали приехать с информацией по этой теме к ним в научные центры, в частности, на Урал, в Иркутск. Предварительные договоренности достигнуты, а там уж как получится.



- ТАКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ ПОЛЕЗНЫ ВАЖНЫМИ ЗНАКОМСТВАМИ. ЭТО ВСТРЕЧА НЕ БЫЛА ИСКЛЮЧЕНИЕМ?

   - Познакомился с несколькими академиками-геофизиками, в частности, с директором Института вулканологии и сейсмологии РАН, членом-корреспондентом РАН Алексеем Озеровым. Оказалось, что у них большое количество прикладных задач, которые лежат на 90 процентов в сфере научных интересов и возможностей нашего Академического университета. Предварительно договорились о взаимодействии в области научных проектов. В течение ближайшего месяца Алексей Юрьевич планирует приехать к нам, чтобы на месте посмотреть чем мы можем уже с сегодняшнего дня заняться.

- КАКОЕ ОСТАЛОСЬ У ВАС ВПЕЧАТЛЕНИЕ ОТ КОНФЕРЕНЦИИ?

   - Это было интересно и им, и мне. Я много занимаюсь пористыми средами, и как раз в вулканологии все эти объекты присутствуют. Лавовые материалы - это все классические пористые среды. Коллегам-геологам был интересен взгляд физика на их проблемы. Как мне показалось, я в какой-то мере их любопытство удовлетворил. Такие конференции проходят раз в три года, следующая запланирована на 2025 год. Но если у нас совместная работа наладится, коллеги сказали, что готовы сотрудничать прямо сейчас.

Беседу вел Олег Сердобольский
Фото Юрия Белинского и из личного архива Алексея Филимонова--0--