«Раскалённый металл — это как магия!»

Как учёные исследуют  магнитное поле Земли и влияют ли на нас магнитные бури? Почему мы все живём внутри электрического конденсатора? И как геофизик оказался рядом с горном и наковальней? Об этом рассказывает  Константин Афиногенов, научный сотрудник лаборатории геофизического мониторинга Геофизической обсерватории «Борок» Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН.

— Константин, почему в выходной день вы работаете в лаборатории?

— Для обсерваторских наблюдений нет выходных и праздников, время дня и ночи не разделяется – оборудование работает круглосуточно, и есть процедурные элементы, которые без человека не выполняются. Например, проведение абсолютных магнитных измерений – это может сделать только человек. Существует обязательный регламент: два раза в неделю, понедельник-четверг или вторник-пятница, в зависимости от геомагнитной обстановки, выполняются эти наблюдения. И неважно, это праздник или выходной – их надо выполнять.

— Абсолютные магнитные измерения – что это такое?

— Есть прибор, магнитометр, который смонтирован на теодолит. Теодолит – это такая геодезическая штука, которая позволяет измерять углы в пространстве. У меня есть бумажка, на которой указаны все последовательности измерений, и мне нужно выставить магнитометр под определённым углом, записать значения магнитного поля, который он выдает на дисплей, по времени. Раз в минуту, например, я располагаю магнитометр под определённым углом и записываю эти значения.

Следующий прибор – протонный магнитометр. Если тот магнитометр на теодолите – векторный, его нужно куда-то направлять, и он показывает вектор магнитного поля в конкретном направлении, то есть это векторный феррозондовый магнитометр. Но мне нужно будет ещё с протонным магнитометром сделать десять измерений, из которых будет взята средняя величина, и потом все эти данные я загружаю в специальную программу. Она производит расчёт базовой линии магнитного поля, которая необходима для внесения поправок в работу приборов, работающих автоматически 24/7, чтобы повысить точность этих наблюдений. Поэтому мы два раза в неделю делаем абсолютные измерения магнитного поля – с него получаются не только напряжённость магнитного поля, но и углы склонения-наклонения. Вся эта работа позволяет точно наблюдать за магнитным полем нашей планеты.

— Почему это важно?

— Во-первых, это фундаментальная задача наблюдения за магнитным полем Земли. Здесь очень хорошо, даже по нашей одной точке, видно, как дрейфует магнитный полюс Земли – главный магнитный полюс, который у нас расположен на севере. Например, видно, как он перемещается, и можно рассчитать, в какую сторону, с какой скоростью он движется.

Во-вторых, это наблюдение не точечное, а сетевое. Дело в том, что, до введения санкций мы работали в программе «Интермагнет» – это международная сеть магнитных наблюдений, центр этой программы располагается в IPGP – Институте физики Земли Парижа. Все эти данные, измеряемые здесь, мы отсылали во Францию. Кстати, оборудование здесь тоже стоит французское, они его сами привезли, сами поставили под нашим наблюдением, нас научили, как им пользоваться. И туда же приходили данные со всего мира: Африка, Австралия, США, Южная Америка – все материки. Много таких же точек стоит, где работают такие же люди, 24/7, и ведут абсолютные наблюдения. Для чего? Дело в том, что у нас магнитное поле по планете распределено очень неоднородно. Для понимания, у нас вообще не два полюса – южный и северный. Южный и северный — это глобальные, большие полюса, которые организованы движением жидкой части ядра нашей планеты. Есть ещё множество маленьких, локальных полюсов, которые организованы залежами магнетита, гематита, и это тоже полюса.

— Курская магнитная аномалия, например.

— Да, там, где компас показывает «совсем не туда». У нас на планете много таких мест. И плюс ещё магнитное поле Земли само постоянно меняется, постоянно движется. Это небольшое смещение полюсов. Но магнитное поле планетарное – это ориентир, который до сих пор используют многие корабли, самолеты, в случаях, когда всё остальное «отвалилось». Представьте: идёт огромный корабль в Атлантическом океане, буря – небо закрыто грозовыми облаками, очень сильно заряженными, через которые GPS-сигнал не пробивается. У него пропала спутниковая связь. Радиосвязь недоступна, пеленгование по станциям, чтобы определить своё местоположение, тоже не работает, и вдруг у этого корабля ещё и гирокомпас сломался. Или не сломался, но выдаёт ошибку, не знает, куда идти. Если сейчас этот корабль не сориентируется, сотни людей на борту могут погибнуть. Остаётся одно: идти по старому доброму магнитному компасу, потому что он надёжный, он работает.

— Но может показывать не туда…

— Да, если стрелка показывает на север, это не означает, что ты идёшь на географический север. Как раз для этого сеть «Интермагнет» делала карту магнитных полей по всей планете – по этим точкам измерений, которые туда постоянно онлайн приходили, формировалась актуальная карта магнитных полей, которая пересылалась на все транспортные суда, самолёты и так далее.

— А сейчас ситуация изменилась? Мы уже не получаем этих данных?

— В 2022-м нам строго запретили отсылать данные магнитных наблюдений вообще куда-либо, даже у нас по стране. Поэтому пока что мы измеряем и складируем информацию у себя. Мы надеемся, во-первых, что когда-то это закончится, во-вторых, это необходимая процедура наблюдения за магнитным полем. Это тоже фундаментальная задача – не только для того чтобы ориентировались корабли. Слежение за магнитным полем – серьёзная научная работа.

— А магнитные бури? Про их влияние на живые организмы есть очень противоречивые мнения. Какое ваше личное отношение к этому явлению?

— Это очень сложный вопрос. На спекуляцию я права не имею, могу отвечать только публикациями людей, которые этим занимаются вплотную. Клинического подтверждения того, что метеорологическая обстановка – скачки давления, температура – влияют на людей, нет. Точно так же нет клинического подтверждения того, что магнитные поля, формируемые нашей планетой, влияют на человека. Основной аргумент, которые приводят медики: посмотрите на томограф. Магнитно-резонансная томография – это обычно один Тесла, хотя бывают приборы более мощные – и пять, и десять Тесла. Магнитное поле настолько большое, что на расстоянии десяти метров туда сложно подойти с металлическим предметом, он начинает притягиваться. На расстоянии метра сложно держать, например, ключи в руке. И вот туда кладут человека. И ничего. У него не болит голова, он нормально себя чувствует.

Константин Афиногенов, научный сотрудник лаборатории геофизического мониторинга Геофизической обсерватории «Борок» Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН. Фото Наталии Лесковой.

А вот людей, которые реагируют на магнитную бурю, достаточно много. Правда это или нет? Не знаю. Соседний с нами институт биологии внутренних вод занимается этими исследованиями. У них уже есть предположительные механизмы того, что слабые магнитные поля на живые организмы как-то влияют. Они брали наши записи настоящих магнитных бурь, воспроизводили их в кольцах Гельмгольца, куда помещали живые организмы, к магнитному полю нечувствительные. Есть птицы, у которых компас в голове, а есть организмы, у которых этого компаса нет, но за их поведением, физиологией наблюдались статистически достоверные признаки того, что они испытывают влияние этих полей. Есть публикации, статьи – нет только клинических исследований на человеке, потому что они негуманны, нельзя помещать человека в такую среду. К тому же это должен быть не один человек, а большая репрезентативная группа.

— А вы сами как-то ощущаете магнитные бури?

— Личные наблюдения присутствуют: у меня при магнитной буре часто болит голова. Я, когда сюда попал, решил проверить, правда это или нет, есть ли тут взаимосвязь. Стал вести журнал, когда у меня болит голова, а потом стал сопоставлять с наблюдениями магнитных бурь – процентов 70-80 совпадения. А ещё такой интересный момент: работал у нас здесь геофизик, сейчас он на пенсии. Он заядлый рыбак – даже с работы на рыбалку отпрашивался. И вот он рассказывал: когда магнитная буря, даже в самую хорошую для рыбной ловли погоду рыба не клюет. Он по приборам всегда смотрел: буря пошла – можно на рыбалку не ходить, клева не будет. Но, опять-таки, публикаций на эту тему не найдешь.

— Есть ли какая-то оригинальность в ваших исследованиях?

— Если говорить о наблюдении за магнитным полем, тут трудно найти что-то оригинальное. Но мы занимаемся не только этим. Оригинальность связана с нашей работой, которая касается наблюдений за атмосферным электричеством. Это и концентрация ионов, и напряженность электрического поля, и аэростатные наблюдения, которое мы почти ежегодно проводим – когда на это есть финансирование. Там пришлось делать собственное оборудование, разрабатывать собственные методики, потому что в некоторых областях этой работы – непаханое поле. Никто не занимался тем, что делаем мы, никто не сделал для этого специальное оборудование, его нет ни в промышленном, ни в разовом исполнении в научных институтах. Все пришлось делать самим «с нуля».

— О каком оборудовании идёт речь и что это за исследования?

— Это наблюдение за электричеством приземного слоя атмосферы. Это слой атмосферы в котором мы живём, и которым мы дышим. А именно, это наблюдение за аэроионами, находящимися в воздухе. Наша Земля – это проводник, и над нами есть достаточно высоко ионосфера – она тоже проводник. Между ними есть слой воздуха – он почти что диэлектрик. Это как сферический конденсатор. Внутри этого сферического конденсатора есть электрическое поле, в самой атмосфере присутствуют ионы – их мало, но они делают атмосферу немного электропроводящей. Из ионосферы в землю течёт ток, и из земли в ионосферу – тоже, во время грозовых разрядов. У нас получается электрическая цепь, внутри которой мы живём.

— А что нам может дать изучение этого глобального конденсатора?

— Дело в том, что эта глобальная электрическая цепь, вместе со всеми её планетарными и локальными масштабами, сильно взаимодействует с климатом нашей планеты, с погодными явлениями, в том числе – с проявлениями биологической жизни. Она на них влияет, жизнь влияет на неё, и она влияет на климат. Сюда же подключается Солнце, которое влияет на нашу планету – как минимум, греет, за счёт чего мы живём. Это всё взаимосвязано – сложно рассказать в трёх словах, но без атмосферного электричества модель климата нашей планеты неполна. Именно поэтому до сих пор у нас метеорологические прогнозы дают серьёзную ошибку: на длительные периоды предсказать ничего нельзя, и катастрофические явления сложно предсказать.

Подключение наблюдений за атмосферным электричеством в перспективе поможет человечеству жить более комфортно: предугадывать какие-то катастрофы, вовремя эвакуироваться, возможно, даже локально контролировать климат и погоду в каких-то местах – разумно, конечно. Но сейчас всё, что мы можем делать, это наблюдать. Причём наблюдать, не мешая. Это парадигма, правило, которое нельзя нарушать.

— А как вы можете помешать?

— Если будем вмешиваться в эти процессы. Если мы какой-то прибор ставим в поле, нужно позаботиться о том, чтобы этот прибор минимальным образом искажал чистую природную среду. Даже если мы поставили палку, она работает как острие, на ней образуется заряд, искажающий электрическое поле. Каждый наш прибор обязан работать таким образом, чтобы внутри среды он вносил минимальные искажения – это раз. А второе – не мешать биологической дикой жизни. У нас бывали случаи, когда приходили старушки, ругались, что мы опять свои приборы выставили – «они же у вас так жужжат». Ну да, звук они издают, но его на расстоянии двух метров не слышно.

— А что же их тогда смущает?

— Они считают, что геофизики их обязательно «травят», «облучают», распространяют какие-то поля, которые влияют на мозг человека, делают из него зомби. Здесь я ответственно заявляю: каждый наш прибор просто обязан не излучать, обязан ничего не изменять – просто находиться в дикой среде, причём желательно так, чтобы ещё и сливаться с этой средой.

— Это как?

— Даже внешне. Если мы приборы ставим в поле, идёт лось, лося мы не прогоняем. Скорее лось пнёт наш прибор и прогонит нас.

— Бывали ли случаи, что вы фиксировали возможные будущие катаклизмы, изменения погоды: надвигающуюся грозу, например?

— Да, конечно, у нас это происходит постоянно. Но это кратковременное предсказание не на большие временные масштабы, локально по нашей местности, где мы работаем. Бывают случаи, когда никто не обещал никаких грозовых явлений. Небо чистое, никаких признаков – и тут возникает грозовая туча, начинаются гром, молнии, даже дождь, а может и без дождя, сухая гроза. Её видно на приборах ещё до того, как появились облака, потому что разделение зарядов присутствует. Концентрация ионов в приземном слое тоже влияет – в первую очередь, это видно на датчиках электрического поля. Мы знаем это заранее. Это уже вошло в классику – если сидеть и наблюдать за показателями приборов, видишь, как начинает что-то отходить от среднестатистических значений. Вдруг появляются резкие пики в отрицательную сторону или в положительную. Значит, где-то уже разряд формируется. Можно уверенно сказать, что через полчаса чистого неба не будет.

— И вы думаете, что в будущем возможны глобальные предсказания серьёзных природных катаклизмов?

— Да. Наблюдения, которые мы ведём – только одна из частей. Данные, которые мы получили, идут потом нашим теоретикам, математикам, физикам, которые строят на основании этих данных модели, для того чтобы предсказать по существующим наземным наблюдениям то, что происходит с ионосферой, с верхними слоями атмосферы, с Землёй, и что будет происходить в будущем. Как раз эта модель впоследствии, при наличии сетевых данных, может давать более четкие долговременные предсказания. Но модель надо ещё сначала испробовать, развить – на это направлена работа. Несмотря на то, что это фундаментальна работа, прикладных применений у неё может быть очень много.

— Знаю, что у вас есть интересное хобби – кузнечное ремесло. Как вы стали геофизиком-кузнецом?

— Началось всё с детства. Мне было лет пять, я смотрел с папой мультик, где мне запомнилась картинка: всё в красно-черных тонах, кузница и большой кузнец с огромной кувалдой, и поменьше мужичок, и вот они куют вместе. Тот, который с молоточком – бам-бам, с кувалдой – ба-бах! Я спросил у папы, что это они делают. Папа сказал, что это молотобоец – с кувалдой, а с молоточком – кузнец: он ему показывает, куда бить, и тот бьёт в нужное место. И мне так это засело в голову! Всегда была мечта, где бы найти кузницу, посмотреть на это вживую, но не было в округе ничего подобного. Не знаю, почему я об этом всегда мечтал. Может, это родовая память.

— А потом выяснилось, что у вас кто-то из предков ковал?

— Да, много кто из предков были кузнецами – это потом мне уже мама рассказывала. Так что я носил в себе эту мечту-идею – хочу кузницу. Огонь – это понятно, он генетически закреплён в подсознании, мозг у человека сформирован любовью к огню, потому что это был фактор выживания в течение минимум 600 тысяч лет. А знал человек огонь ещё до этого.

— Но далеко не все люди тянутся к огню, тем более хотят иметь кузницу...

— Как раз к огню тянутся практически все. Зажжённая свечка, костёр, камин, печка, просто на экране компьютера горящий огонь – это человеку приятно, это завораживает. Практически каждый человек любит смотреть на огонь. Многие любят нюхать дым костра. К слову, биологи делали много статей: оказывается, человек – самое невосприимчивое на планете к дровяному дыму существо. Он может этим дымом дышать достаточно долго, и ему ничего не будет. Это фактор отбора: те, кто мог сидеть у костра, те, кто мог дышать дымом и не задыхаться, выжили, дали потомство. Это закрепилось в подсознании человека.

Константин Афиногенов в кузнице. Фото Андрея Афанасьева.

А следующий шаг – это раскалённый металл. Расплавленный металл, который был твёрдым, а стал жидким – это как магия, то, что в старину считали страшным колдовством. Когда человек пошёл на болото, накопал рыжих камней, смешал с углём, засунул в вонючую печь, которая дымит весь день, и вдруг оттуда достал сталь – он колдун, он из камня железо сделал. Или медь – раньше тем же способом добывали медь, в угольных печах: засунули туда сине-зеленых камней, опять с углём перемешали, ослиного навоза добавили – азот всё-таки, обязательный для химической реакции, и у него медь вытекла. Точно, колдун!

— Вы себя чувствуете таким колдуном?

— Возможно иногда, но я всё-таки ученый, я понимаю подоплёку: знаю химию, сопромат, материаловедение. А некоторые люди, которые ко мне приходят, так и думают. Может, когда выходят, крестятся, плюют.

— Есть ли у вас какие-то свои фирменные придумки в кузнице?

— Есть просто те, о которых многие люди забыли. Я в какой-то момент увидел на Ютубе Леонида Борисовича Архангельского, потом с ним как-то даже переписывался. Он стал вести цикл роликов о том, как начать ковать с нуля. Я ему поплакался, что тоже хотел быть кузнецом, он мне сказал: «Огонь в сердце затушить – жизнь золой и пеплом покроется». Что, думаю, дед старый, ты делаешь со мной? Пошёл, говорю жене: «Наташ, не могу, мне нужна кузница». Жена у меня – золотой человек, отдала мне бюджет семейный и сказала идти искать гараж под кузницу. Я нашёл. Тоже судьба: вышел, вижу – висит на доске объявлений бумажка: «Продаю длинный гараж дёшево, быстро». Женщина, вдова, продавала гараж мужа – я его сразу же купил, стал делать кузницу. Постепенно – переносной горн, на коленке собранный, наковальня у меня уже тогда была, причём жена мне её и купила двенадцать лет назад. И вот потихоньку всё так и выросло.

Что касается разных хитростей и придумок: дело в том, что история кузнечного ремесла очень богатая. Всё новое – это хорошо забытое старое. То, что сейчас многие кузнецы делают по всему миру – это современные технологии: пневмомолот или гидравлический пресс. Человек руками мало машет. Есть, конечно, кузнецы, которые работают вручную, но это единицы – в нашей стране их мало. Это в основном исторические реконструкторы – они хорошо знают историю, от них я много разных вещей узнал, как упростить свою работу. К примеру, та же самая термообработка стали – для того чтобы провести грамотную закалку и отпуск, желательно иметь современное оборудование, хотя бы муфельную печь с контролем температуры, или термопару, или лазерный пирометр, чтобы температуру заготовки знать, не перегреть её, не недогреть. Но у меня всего этого нет, и в старину люди почему-то обходились без этого. Есть хитрости. Например, можно посыпать солью определённого металла клиночек и смотреть, когда эти соли расплавятся.

— А ослиный навоз применяете?

— У нас ослов нет. А вот, например, стружку от костей и рога можно настрогать, и из обычных гвоздей с помощью кузнечной сварки сделать клинок, а потом сделать азотирование и цементацию – вот это я делаю. Я сейчас уже знаю, что нужно положить туда азотосодержащие белковые компоненты, которые при высокой температуре будут разваливаться и появится химически активный азот. Он будет проникать в разогретую сталь и выполнять функцию материала, который заставит сталь стать более твёрдой. При закалке подобной стали появится такая структура как мартенсит, например, там не только углерод, но и азот участвует в образовании мартенсита. В итоге получаю уникальный клинок, который ни на одном заводе не сделают.

Фото Андрея Афанасьева.

Это всё я сейчас знаю, в книжках прочитал. Кстати, самые лучшие книги по материаловедению – советские. Современные, конечно, есть, но почему-то это переводные зарубежные издания, как будто своего нет ничего, и часто ещё неправильно переведённые. А вот советские книги по металлургии – это очень серьёзно: все разжёвано до мелочей. Плюс лабораторные испытания стали – это тоже обязательно, но их приходится доставать с большим трудом по интернету, потому что это информация неширокого употребления.

— А подмастерье у вас уже есть? Растите молодых кузнецов?

— Ученик пока один, но если ещё кто-то придет, буду рад. Это Ваня Фетисов, но у него сейчас одиннадцатый класс, он озабочен поступлением. Хотя ковать ему нравится. Он давно, видно, тянулся к ковке, ходил где-то на мастер-классы. У него тоже в предках – ювелиры и кузнецы, и он тоже потянулся в кузницу. Ваня со мной связался через учительницу, она у них химию вела. Она мне сказала, что есть паренёк, очень хочет ковать. Я говорю: пусть приходит, я всё равно в кузнице по выходным один сижу. И вот он стал приходить заниматься. Больше пока никто на постоянку не приходит, но, бывало, приходили знакомые из Борка, приезжие с детьми – я им давал подержать молоток, они пытались что-то ковать. Как правило, да, огонь – это круто, раскалённый металл – вау! Но когда человек берёт молоток и понимает, что нужно затратить серьёзные усилия, чтобы это выковать, они как-то тушуются. Один раз промахнулся – деталь испорчена, уже некрасиво.

— Да и опасно, наверное.

— Да, особенно когда ещё угляшка какая-нибудь отлетит, раскалённый кусок металла ткнется. Люди такие: нет, я лучше со стороны посмотрю, видео сниму. Ваня вот решился – ему нравится огонь, металл. Несмотря на то что он худенький, щуплый. Видимо, упорства хватает, а не сил. Я ему говорю – отдохни, а он кувалду взял двухкилограммовую и пошёл ковать. Это именно в подсознании, в генетике прошито. Кузнец – это не просто здоровый мужик с кувалдой, это в первую очередь инженер. Там не надо быть очень сильным, чтобы кувалду в десять килограммов одним пальцем поднимать. Нет. А вот грамотно металл деформировать – да, нужно всегда знать, в какое место ударить молотком, пускай удар будет слабым, но точным. На глаз нужно определять температуру металла: перегрел – испортил, недогрел, ударил – трещина пошла. Особенно если это современная высоколегированная сталь, капризная, где очень узкий ковочный интервал – там приходится помучиться. Очень много нужно контролировать. Ну и опять-таки – нужен либо опыт, который человек годами наработал, либо опыт других людей, который человек подчерпнул из книг, из общения с другими кузнецами. Этих знаний мало не бывает. Большинство людей исполняет эту работу как заклинание, не вникая в подробности, почему делают именно так. «Вот мой дедушка делал так, мой папа делал так, и я буду делать так же – почему, не знаю, просто они так делали, и я тоже буду».

— А у вас есть такие «заклинания»?

— Единственное, что я произношу волшебного, это слово «ынт», когда закаливаю клинки.

— Что это такое?

— Не знаю, почему, но в голову вошло – так делают японцы, когда закаливают свои катаны. Они произносят это слово, когда опускают свои катаны во время закалки в воду. Это какое-то их сакральное слово. С ним всё получается.

– А без этого слова не получается?

– Не знаю, не пробовал.

Фото Андрея Афанасьева.