Лаборатория междисциплинарных исследований

В связи с реализацией Министерством науки и высшего образования  проекта по созданию новых лабораторий в академических научных организациях в декабре 2018 г. в Институте минералогии УрО РАН была создана молодежная Лаборатория междисциплинарных исследований природных и синтетических материалов под руководством кандидата геолого-минералогических наук А.М. Юминова.

Целью создания лаборатории стало изучение состава, свойств и применения природных и синтетических материалов по трем основным направлениям:

1) меднорудное сырье, флюсовые добавки и продукты металлургического передела руд месторождений полезных ископаемых Центральной Евразии – основной сырьевой базы древних сообществ эпохи поздней бронзы);

2) горные породы, руды, продукты их переработки, горнопромышленные отходы месторождений стратегических полезных ископаемых;

3) природные и синтетические материалы (Si, SiC₄, SiO₂, LiNbO₃), необходимые для устойчивого развития критических технологий.

В 2019-2021 гг. научные исследования в лаборатории проводились в рамках государственной бюджетной темы «Природные и синтетические материалы: составы, свойства, применение» (№АААА-А19-119072390050-9). В сотрудничестве с исследователями из других академических и образовательных организаций были получены следующие основные результаты по трем направлениям:

1) Впервые определены древнейшие периоды разработки медных месторождений в степной части Южного Зауралья в рамках абсолютной хронологии и этапы добычи медной руды в бронзовом веке (II тыс. до н.э.). Для древних горных выработок Южного Зауралья выявлены стационарные строительные конструкции. Важнейшим открытием является обнаружение фрагментов ошлакованной керамики со следами оловянной бронзы и металлургического шлака, что доказывает наличие металлургического производства непосредственно в местах добычи медного сырья. На древнем руднике Новотемирский выделены три этапа разработки месторождения горняками синташтинско-абашевской, алакульской и культурой эпохи финала бронзового века. Определены горнопроходческие (кайла, мотыги, кувалды), рудодробительные (молоты, молотки) и вспомогательные приспособления (подставки, противовесы) группы орудий горного промысла. Реконструированы возможные модели рычажных подъемных механизмов. Минералого-геохимические особенности металлургических шлаков позволили предположить использование в металлургическом процессе на руднике смешанных концентратов из окисленных и сульфидных руд.

2) Обнаружены новые минеральные виды в различных геологических обстановках: люборжакит Mn₂AsSbS₅ (Воронцовское месторождение золота, Северный Урал), карлдитмарит Cu₉O₄(PO₄)₂(SO₄)₂ и милковоит Cu₄O[PO₄][AsO₄] (вулкан Толбачик, Камчатка), гаспарит-(La) La(AsO₄) (месторождение марганца Ушкатын-III, Казахстан), бадахшанит-(Y) Y₂Mn₄Al(Si₂B₇BeO₂₄) (Кукуртское пегматитовое месторождение, Таджикистан), фальгарит K₄(VO)₃(SO₄)₅ (Фан-Ягнобское угольное месторождение, Таджикистан), акоповаит Li₂Al₄(OH)₁₂(CO₃)(H₂O)₃ (Карасу-Каравшинское месторождение олова, Кыргызстан), наталиякуликит Ca₄Ti₂(Fe³⁺Fe²⁺)(SiFe³⁺Al)O₁₁ (бассейн р. Хатрурим, Израиль), чиёкоит Ca₃Si(CO₃)[B(OH)₄]O(OH)₅ · 12H₂O (рудник Фука, Япония).

Изучены метасоматиты, ассоциирующие с сульфидно-кварцевыми золоторудными жилами Березовского рудного поля (Средний Урал). Формирование мусковитовыхметасоматитов сопровождается накоплением W, Sc, Zr, Hf, Ga, REE, U, Th, Ta, Nb и образованием монацита-(Ce), апатита, циркона, шеелита, вольфрамсодержащего рутила, уранинита, торианита, касситерита. Для кварц-мусковитовыхметасоматитов наиболее характерно увеличение содержаний Pb, Bi, As, Sb, Co, Ni, Ba, In, Cd, Mo, Te, Ag, Au – элементов золоторудной ассоциации. Характер распространения метасоматитов напрямую влияет на характер распространения сульфидно-кварцевых жил и определяет рудоносность дайковых тел.

Сформирована база данных по составам Os-Ir-Ru минералов Уральского платиноносного пояса. Отличие ассоциаций минералов платиновой группы из россыпей в количестве включений Os-Ir-Ru связано с обогащением первичного субстрата Os, Ir, Ru и/или степенью его плавления.

В рамках существующих моделей магматического минералообразования изучены реакционные каймы вокруг зерен прожилковых хромитов из Бушвельдского комплекса и базальтов Курильских островов. Сравнительный анализ симплектитных структур минералов показал, что курильские хромиты образованы в результате реакции с базальтовым расплавом. В то же время, структурно сходные хромиты Бушвельда интерпретируются как прошедшие стадии растворения-переосаждения более ранних ксенокристаллов хромита.

3) Экспериментально изучены особенности спектров излучения плазмы NF₃/Ar различного состава в ходе плазмохимического травления (ПХТ) ниобата Li. Результаты исследований дают возможность применения оптической эмиссионной спектроскопии для мониторинга процесса травления LiNbO₃ с целью оценки скорости травления и определения точки остановки ПХТ при реализации многостадийных процессов, основанных на чередовании этапов травления в плазме с обработкой в растворах кислот для удаления слоя LiF, препятствующего эффективному травлению. Разработана технология глубокого высокоскоростного плазмохимического травления ниобата Li.

Геоархеологические работы на руднике позднего бронзового века Воровская яма	Диалог культур и профессий: геолог Анатолий Михайлович Юминов и археолог Роджер Дунан обсуждают план поиска синташтинских рудников

Повышение квалификации, защиты диссертаций:

1. Защита диссертации «Разработка технологии скоростного, глубокого, плазмохимического травления монокристаллического кварца, карбида кремния и ниобата лития при малой мощности» на соискание степени кандидата технических наук по специальности 05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники. Осипов А.А., 16.05.2019.
2. Защита диссертации «Текстиль в позднем бронзовом веке Южного Урала» на соискание степени кандидата исторических наук по специальности 07.00.06 – Археология. Анкушева П.С., 28.02.2020.

Патенты:

1. Патент на изобретение RU 2708812 C1 «Способ обработки поверхности пластин карбида кремния в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме»,11.12.2019. Заявка № 2019114131 от 08.05.2019. Авторы: А.А. Осипов, С.Е. Александров, Е.В. Ендиярова.
2. Патент на полезную модель RU 201717 U1 «Подложкодержатель для плазмохимического травления в низкотемпературной индуктивно-связанной плазме», 29.12.2020. Заявка № 2020112126 от 24.03.2020. Авторы: А.А. Осипов, С.Е. Александров, Е.В. Ендиярова.

С 2022 г. лаборатория в составе 10 сотрудников занимается разработкой научной темы «Эволюция минерально-сырьевой базы Центральной Евразии и развитие ключевых технологий добычи и переработки природного сырья с древности до наших дней: минералого-геохимические свойства материалов и возможности их применения» (№ 122062100023-5). Руководителем новой темы стал кандидат геолого-минералогических наук, младший научный сотрудник ЮУ ФНЦ МиГ УрО РАН М.Н. Анкушев.

Коллектив лаборатории имеет обширный опыт в решении задач, связанных с древними производствами: горным делом, металлургией, гончарством, ткачеством, животноводством. Лаборатория активно сотрудничает с другими организациями археологического и геологического профиля Москвы (Институт археологии РАН, Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН, Институт географии РАН, Институт этнологии и антропологии им. Н.Н. Миклухо-Маклая РАН), Пущино (Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН), Санкт-Петербурга (Санкт-Петербургский государственный университет), Екатеринбурга (Институт истории и археологии УрО РАН, Институт геологии и геохимии УрО РАН), Челябинска (Южно-Уральский государственный университет, Южно-Уральский государственный гуманитарно-педагогический университет, Челябинский государственный университет), Оренбурга (Институт степи УрО РАН, Оренбургский государственный педагогический университет, Оренбургский государственный университет), Барнаула (Алтайский государственный университет).

Сотрудники лаборатории активно развивают международное сотрудничество с зарубежными коллегами из Казахстана (Институт археологии им. А.Х. Маргулана, г. Алматы; Костанайский государственный университет, г. Костанай; Центр истории и археологии, г. Уральск) и Ирана (Исфаханский художественный университет, г. Исфахан).

Форма для отливки горнопроходческого кайла, поздний бронзовый век, Новотемирский древний рудник	Анатолий Михайлович Юминов на раскопках Большого Синташтинского кургана