Геология и технологические открытия. Как в этом нам помогут маленькие включения в кварце?

Доброго времени суток. Мои Любимые Подписчики и Читатели! Больше года я ничего не писала на своей странице и не выходила на связь. Тем не менее я вижу, что статьи по-прежнему интересуют людей и на страничку продолжают подписываться. Хоть времени у меня не так много для того, чтобы писать что-то новое, но я решила все же попробовать. Начну с темы, которая не так давно всколыхнула меня.

Пару недель назад ко мне в руки попала книга Г.С. Франтова «Геология и живая природа», в которой автор в научно-популярной форме пытается найти аналогии в геологии, биологии и связать их с уже имеющимися технологическими открытиями. Эта книга взбудоражила меня, поэтому я решила этим с вами поделиться. Но так как я все же геолог, то основной упор сделаю на геологию.

Кто же такой Г.С. Франтов? Г.С. Франтов – ученый, специалист в области геофизики, кандидат геолого-минералогических наук. Так же он был популяризатором науки и написал много замечательных книг. В конце статьи я оставлю ссылку на портал GeoKnigа, на котором выложены некоторые книги, написанные им.

Автор в книге значительное место уделяет газово-жидким включениям (ГЖВ). Ученый Н.П. Ермаков дал этому слову такое определение.

«Включение – всякий участок, в процессе кристаллизации герметически изолированный в теле минерала и имеющий с ним фазовую границу».

Я представлю вам несколько микрофотографий со своих объектов, чтобы лучше понять данное определение.

Типы флюидных включений на месторождении Аяхта [Петрова и др., 2025]

Изучают эти объекты ученые, которые зовутся термобарогеохимиками, а наука соответветственно называется термобарогеохимия. Этот термин отражает то, что благодаря данной науке можно узнать физико-химические параметры образования, такие как температура и давление, а также состав минералообразующей среды.

Основоположником данном науки стал Г. Сорби еще в 1857 году. Он даже примерно подсчитал сколько включений на 1 мм3 мутного кварца. Их оказалось около 5-6 млн штук! В связи с развитием приборной базы популярность термобарогеохимии возрастает с каждым годом. Только в России есть несколько школ термобарогеохимии.

Генрих Клифтон Сорби (1826-1908) [https://ru.ruwiki.ru/]

Изучение газово-жидких включений имеет прикладное значение при геолого-генетическом изучении месторождений полезных ископаемых, поисках скрытых рудных тел и оценке качества природного кристаллического материала. И конечно они имеют прямое отношение к выращиванию кристаллов и синтеза новых материалов.

Что же такого необычного предложил в своей статье Г.С. Франтов? Он предложил использовать данные объекты в хемотронике. Это наука, сформированная на границе химии и электроники, в рамках которой специалисты изучают и конструируют разные электрохимические преобразователи, которые используются как отдельные блоки в приборостроении.

Преимуществами хемотронных элементов является их экономность. Они потребляют в 100-1000 раз меньший ток, чем полупроводниковые приборы. Это связано с тем, что хемотронные элементы могут выполнять несколько функций, таких как реакция, переработка, хранение информации.

Устройство электрохимического диода. 1 – герметичный корпус, заполненный водным раствором; 2,3 – инертные электроды (2 – торец тонкой платиновой проволоки (микроэлектрод), 3- цилиндр из платиновой фольги).

Важно понимать, что процесс считывания (реакции) и запись информации – это физико-химический процесс, аналогичный элементарной ячейке памяти в электронике, но основанный на фазовых переходах и реакциях в микрообъеме (так как размер включений достаточно мал). А совокупность газово-жидких включений можно назвать распределенной аналоговой хемотронной системой, которая ведет запись параметров температуры, давления, геологических процессов, таких как движение гидротермальных растворов или остывание магмы. Поэтому флюидные включения являются идеальным примером хемотронного устройства хранения и обработки информации, где носитель – это вещество (флюид), а процессор – лабораторный термокриометр, который «расшифровывает» эту запись.

Микротермокамера фирмы Linkam [https://www.linkam.co.uk]

А теперь посмотрим, как это может быть связано с инженерией. С этой точки зрения газово-жидкие включения стоит рассматривать не просто как объекты для изучения, а как прототипы для инженерии. Тогда включения будут изучаться не с точки зрения термобарогеохимии, а с точки зрения геоники.

Геоника – это наука, в которой создание новых материалов и технологий происходит путем заимствования идей, структур и принципов у геологических процессов и объектов.

Если рассматривать ГЖВ, как хемотронные ячейки памяти, то мы сможем в дальнейшем получить:

1. Сенсоры нового типа: Микрокапсулы, меняющие свое фазовое состояние или оптические свойства при определенных P-T условиях, для мониторинга скважин и промышленных процессов.
2. Системы долговременного хранения данных: Концепция сверхстабильного «запечатывания» информации в инертном микрообъеме кристалла (как включения в мутном белом кварце, которые хранят информацию миллионы лет).
3. Микролаборатории (лаборатории на чипе): Использование принципов управления микропотоками и реакциями в микроскопических полостях, аналогичных включениям.

Поэтому вывод о связи геологии и инженерии является однозначным. Хемотроника – это модель решения природы сложных задач химическими способами. Ее объектами для изучения могут выступать флюидные включения, которые могут хранить и передавать информацию о прошлом химическим путем. А геоника, изучая принципы работы этих систем, может переносить эти «изобретения» природы в человеческие технологии.

Тем самым, геологию можно рассматривать не только с точки зрения природных ресурсов, но и как естественную систему, в которой создаются совершенные системы хемотронного упроавления и хранения информации, которые человек только учится понимать и применять.

Спасибо за внимание! Как и обещала ссылка на книги Г.С. Франтова: https://www.geokniga.org/authors/21388