Cześć wszystkim, dziś gościmy doktora Jakuba Ciążelę, pracownika Instytutu Nauk Geologicznych PAN, specjalizującego się w geologii planetarnej. Jego badania koncentrują się na procesach migracji metali oraz poszukiwaniach nowych złóż w nieodkrytych dotąd rejonach. Uczestniczy w analizie danych z misji ExoMars oraz realizuje projekty w ramach International Continental Scientific Drilling Program. Dzień dobry Panie Jakubie, bardzo nam miło, że mamy dziś przyjemność z Panem porozmawiać.
Dr Jakub Ciążela: Dzień dobry, bardzo dziękuję za zaproszenie i cieszę się, że możemy porozmawiać o badaniach na Ziemi i na innych planetach.
Na początku chciałabym zapytać, co skłoniło Pana do zainteresowania się tematem geologii planetarnej? Czy od zawsze wiedział Pan, że właśnie tym chciałby się zajmować?
Nie od samego początku, ale rzeczywiście na początku, tutaj było wspomniane International Continental Drilling Program, tutaj myślałem o International Ocean Discovery Programme, czyli o badaniu oceanów, natomiast potem tak się złożyło, że by pracować w mieście, w którym chciałem pracować ze względów rodzinnych, musiałem troszeczkę się przekwalifikować. Pojawiła się możliwość pracy w geologii planetarnej, więc skoro tak się stało, to zacząłem myśleć o tym jak to, co robię, może pomóc, czyli poszukiwanie nowych złóż metali i w jaki sposób można to robić na innych planetach. Jakimi metodami, jak do tego podejść, co już wiadomo, czego jeszcze nie wiadomo no i okazało się, że jest to bardzo innowacyjne zagadnienie, które jest znane przez niewiele osób i stwarza to możliwości prowadzenia nowych, pionierskich badań, pod warunkiem wykorzystania nowych metod, a nawet tworzenia nowych metod, których jeszcze nie ma, które będą potrzebne, żeby cenne metale na innych planetach odkrywać.
Jednym z zagadnień, którymi Pan się zajmuje, są migracje metali. Czy mógłby Pan przybliżyć, na czym polega ten proces?
Migracja metali polega na przemieszczaniu się metali w obrębie skał i ponieważ jestem geologiem, to rzeczywiście jest to taka rzecz, którą się zajmujemy. Jest to ważne, w jaki sposób metale migrują z jednych warstw Ziemi do kolejnych warstw Ziemi, albo z jednych warstw planet do innych warstw planet, a przede wszystkim jak migrują z wnętrza planet na powierzchnię, To co jest na powierzchni, interesuje nas najbardziej, bo możemy to potem wydobywać. Interesuje nas też, jak się na tę powierzchnię dostaje, bo wtedy wiemy, gdzie ten metal się przenosi. Pod słowem migracja kryją się przeróżne procesy, przede wszystkim procesy magmowe, czyli to jak metale dostają się do magmy i potem wędrują z tą magmą na powierzchnię Ziemi i jak powstają różne minerały na powierzchni Ziemi, jak i innych planet. Drugi możliwy proces to przenoszenie metali przez gorące wody i ich rozpuszczanie, ponieważ o ile temperatura wody na powierzchni ma około 100 stopni, to pod powierzchnią te wody mogą być dużo gorętsze na dnie oceanu, nawet 400 stopni Celsjusza, a pod powierzchnią Ziemi mogą to być jeszcze wyższe temperatury i taka woda może rozpuszczać duże ilości metali, które są dla nas interesujące, czyli miedź, cynk, złoto. Tymi wszystkimi procesami właśnie się zajmuję.
Fascynujące. W takim razie jak właściwie wygląda Pana praca na co dzień? Co tak dokładnie Pan bada i w jaki sposób Pan to robi?
Tak jak mówiliśmy, ja wywodzę się z oceanów, ale pracuję też na lądach i od siedmiu, ośmiu lat zajmuję się też innymi planetami, to właściwie każdy dzień jest troszkę inny, bo praca geologa na oceanach, lądzie i innych planetach wygląda zupełnie inaczej. Szukając metali w tych trzech różnych środowiskach, trzeba opanować różne metody. Jeżeli chodzi o geologię oceaniczną, to pracuje się na statkach naukowych, zwykle są to dosyć duże statki, które mogą popłynąć z brzegu Ameryki, czy odpłynąć na przykład z Azorów, czy z Portugalii, czy wybrzeża Ameryki Północnej, czy z Indii i popłynąć na szeroki ocean, czyli to są takie statki, które mają przynajmniej 6, lub 7 metrów długości. Nie są takie duże jak tankowce, czy kontenerowce, ale już dosyć duże, tak żeby można było wystarczająco dużo sprzętu, paliwa no i naukowców wziąć na pokład, żeby można na takim statku miesiąc lub dwa miesiące przeżyć. Oczywiście wykorzystuje się sprzęt naukowy, w przypadku takich badań morskich posługujemy się taką sondą, która jest przyczepiona do kadłuba statku i wysyłamy fale akustyczne, które odbijają się od powierzchni dna i wracają do nas, to daje nam informacje o tym jak ukształtowane jest dno w oceanie. Możemy też opuszczać bardziej skomplikowaną aparaturę. W tym celu stosuje się roboty podwodne między innymi ROV, które mogą na przykład pobierać próbki. Są też inne roboty, takie bardziej autonomiczne, czyli Autonomic Underwater Vehicle, czyli AUV i te roboty mogą robić różne badania geofizyczne, na przykład pomiary magnetyczne, czy też, co przy szukaniu metali jest ważne, pomiary grawimetryczne, przyrodnictwo, elektryczne itd. Tych różnych pomiarów jest bardzo dużo, więc geolog morski pracuje z próbkami skał, ale to są zwykle próbki pobrane z oceanu i dopiero na statku się na tych próbkach pracuje. Na lądzie z kolei jest tak, że idzie się w teren, pobiera się te próbki bezpośrednio i wszystko się widzi, więc dużo się pracuje za pomocą młotka geologicznego, to jest taki dosyć ciężki młot, kilogramowy zwykle. Są też mniejsze, ale tamte, to takie podstawowe narzędzia do pracy w terenie, oprócz kompasu, mapy i szkła powiększającego. Potem bierze się je do laboratorium, przygotowuje się szlify, czyli takie cienkie płytki, które ogląda się pod mikroskopem i potem robi się jeszcze bardziej skomplikowane badania, które już wymagają bardzo dużej aparatury laboratoryjnej. Mimo że próbki są bardzo małe, to aparatura jest bardzo duża. Są takie przyrządy, które mogą mierzyć nawet dziesięć metrów długości, w przypadku niektórych spektrometrów masowych jest to bardzo zróżnicowane. Jeżeli chodzi o geologię planetarną, to jeszcze inaczej to wygląda, ponieważ jest to praca głównie przy komputerze, bo analizuje się dane satelitarne, czyli trzeba programować, trzeba analizować mapy i wyciągać z nich wnioski, ale też można budować swoje przyrządy kosmiczne i rzeczywiście jest to coś, co też musimy robić, ponieważ w tej chwili nie ma jeszcze takich przyrządów, które mogą skutecznie poszukiwać metali w kosmosie. Dlatego taki przyrząd tworzymy i to jest znowu praca, która też wymaga pracy w laboratorium, ale jest bardziej inżynierska. Polega na składaniu przyrządów, wykonywaniu części, testowaniu ich i wreszcie na pomiarach, więc praca geologa jest dzisiaj bardzo zróżnicowana i naprawdę każdy dzień jest inny.
Robot ROV.
Jak Pan przed chwilą wspomniał, prowadzi Pan badania na kontynentach i oceanach i jest to powiązanie z geologią planetarną. W jaki sposób badanie tego co jest na Ziemi może nam pomóc poznawać to co jest na przykład na Marsie, bo jednak środowiska na Marsie i na Ziemi trochę się różnią?
Rzeczywiście środowiska bardzo się różnią, dlatego, że Mars, a także Księżyc, nie mają, bądź mają bardzo małą atmosferę. Mars ma szczątkową atmosferę, jest bardzo suchy, nie ma, albo ma bardzo ograniczoną hydrosferę właściwie tylko do lodu w formie, albo czap lodowych, albo wiecznych zmarzlin, więc środowiska się różnią, natomiast skały i minerały właściwie się nie różnią. Wiemy już teraz, że zestaw skał, które są na Marsie i zestaw skał i minerałów, które są na Księżycu, są niemal takie same jak na Ziemi. Są pewne wyjątki, ale 99% skał i minerałów, które istnieją na Marsie i na Księżycu możemy spotkać na Ziemi. Dlatego tak ważne jest zrozumienie geologii ziemskiej, ponieważ na Marsie czy na Księżycu nie mamy możliwości tak szczegółowej pracy z tymi skałami, więc po zaznajomieniu się z nimi na Ziemi dużo łatwiej jest nam przewidzieć to, czego możemy oczekiwać na Marsie i Księżycu.
Jest Pan zaangażowany w misję ExoMars, czyli wspólny program Europejskiej Agencji Kosmicznej i Rosyjskiej Agencji Kosmicznej Roskosmos, jak ocenia Pan dane z tej misji?
Myślę, ze najważniejsze dane, które spłynęły z tej misji, dotyczą między innymi odkrycia wody w niskich szerokościach geograficznych. Na Marsie w kanionie Valles Marineris potwierdzono obecność lodu wodnego, co jest znaczącym odkryciem, ponieważ wcześniej dokumentowano bardzo licznie lód wodny na Marsie, ale niekoniecznie tak blisko równika, a zatem widać, że lód wodny na Marsie jest całkiem powszechny, powszechniejszy niż sądzono kiedyś. W związku z tym możliwości przeżycia potencjalnych kolonizatorów w przyszłości, za może 15, czy 20 lat, są stosunkowo wyższe, niż myślano wcześniej. To jest chyba główna zaleta misji ExoMars. Oprócz tego misja przyczyniła się do zwiększenia wiedzy na temat gazów na Marsie, takich jak metan, czy chlorowodór. Potwierdzono, że mamy chlorowodór na Marsie, teraz trwa debata, na temat skąd on jest, czy z procesów wulkanicznych, czy w jakiś innych procesach jest uwalniany na przykład z wiecznej zmarzliny, co jest bardziej prawdopodobne, Jeżeli chodzi o metan, to wydaje się, że jest on mniej powszechny, niż sądzono w przeszłości. Te wyniki być może ostudziły nieco entuzjazm jeszcze sprzed dekady, czy dwóch na temat bardziej powszechnej obecności metanu na Marsie. To chyba są takie główne wyniki misji ExoMars. Ta misja ma jeszcze większe ambicje, celujące w zebranie dowodów na istnienie życia na Marsie. Niestety zmaga się ona z opóźnieniami. Orbiter jak wiadomo działa już od 7 lat, natomiast nie udało się zobaczyć jeszcze łazika, w wyniku przede wszystkim rosyjskiej inwazji na Ukrainę. Pogorszenie relacji z Rosją powoduje, że misja ma niestety opóźnienia. Były też inne mniejsze problemy, ale koniec końców na to najważniejsze na temat misji ExoMars jeszcze musimy poczekać.
Satelita ExoMars na tle Marsa.
Czy są jeszcze jakieś sposoby, na które można wykorzystać właśnie te dane, o których Pan wspomniał?
O których danych mówimy teraz?
O danych z misji ExoMars.
Tak, jest bardzo dużo sposobów i jest bardzo dużo danych, na przykład są też dane dotyczące obrazowania Marsa. Po raz pierwszy udało się zobrazować powierzchnię Marsa w kolorze w szerokim zakresie. Jest bardzo dużo atrakcyjnych zdjęć, z których można wiele informacji wyciągnąć. Te zdjęcia wyglądają dużo lepiej niż wcześniejsze czarnobiałe i łatwiej jest je potem geologom interpretować.
Wraz z zespołem z Polski pracował Pan nad stworzeniem narzędzia o nazwie MIRORES służącego do wykrywania rud siarczkowych na Marsie za pomocą podczerwieni. Czy mógłby Pan trochę przybliżyć nam ten temat?
Tak, od 2018 roku wraz ze swoim zespołem rozwijam ten przyrząd. To jest przyrząd, który powstał przede wszystkim z myślą o Marsie, ale w tej chwili prawdopodobnie wcześniej zostanie wysłany na orbitę Księżyca, jeszcze zanim zostanie wysłany na orbitę Marsa, ponieważ w międzyczasie, przede wszystkim w latach mniej więcej 2020, 2021, coraz więcej ludzi zaczęło interesować się Księżycem i my też poszliśmy w tym kierunku. Przystosowaliśmy i zaadoptowaliśmy ten przyrząd do działania na Księżycu i do wykrywania na nim metali. Przede wszystkim do wykrywania dwóch bardzo ważnych minerałów, jeden to ilmenit, czyli bardzo ważny minerał, który zawiera żelazo i tytan. Występuje on też na Ziemi, co jest jednym z powodów, dlaczego Ziemię warto badać. Nawet nie trzeba daleko szukać od Wrocławia, gdzie mieszkam, ponieważ 40 km od Wrocławia mamy fiolit, czyli takie skały, które kiedyś budowały skorupę oceaniczną i tam też są złoża żelaza i tytanu, kiedyś były wydobywane przez Niemców w czasie II wojny światowej i dzięki różnym badaniom ziemskim, i na kontynentach, i na oceanach, wiemy bardzo dobrze, jak ten ilmenit się zachowuje. Okazuje się, że ilmenit jest nie tylko źródłem żelaza, tytanu, a także tlenu, co warto wspomnieć, ale oprócz tych pierwiastków również helu. Jeden z izotopów helu, czyli hel3, jest niezwykle cennym izotopem, ponieważ występuje właściwie tylko na Księżycu. Na Ziemi mamy przede wszystkim hel4. Hel3, dociera z wiatru słonecznego do powierzchni Księżyca. Księżyc nie ma atmosfery, więc może ten hel cały czas absorbować i okazuje się, że właśnie ilmenit świetnie absorbuje hel, wiemy, że wykryto tam bardzo dużo rud. Jest to tak ważne, ponieważ hel3 może służyć do fuzji termojądrowej, czyli wytwarzania energii w wyniku łączenia cząstek elementarnych, na przykład można atomy helu3, albo trytu ze sobą łączyć i to wytwarza ogromne ilości energii. Powstają teraz takie prototypowe elektrownie i w przyszłej dekadzie jak zaczną działać, hel3 będzie bardzo potrzebny. Być może będzie można go z Księżyca sprowadzać. Hel3 przydatny jest także do chłodzenia, ponieważ chłodzi do bardzo niskich temperatur efektywniej niż hel4. To jest jeden minerał, który chcemy odkrywać na Księżycu, a drugi minerał to troilit, który jest z kolei siarczkiem. Siarczki to takie żółte, błyszczące minerały, które często wyglądają trochę jak złoto. Troilit jest przykładem minerału, którego nie ma za dużo na Ziemi i pochodzi on głównie z meteorytów, chociaż w pewnych lokalizacjach występuje, tylko dosyć rzadko, natomiast na Księżycu jest go dużo i będzie on stanowił główne źródło siarki i metali, takich jak żelazo, na Księżycu. Być może będzie on stowarzyszony z innymi siarczkami, które dostarczą nam miedzi i innych metali. Siarka będzie bardzo ważna jako komponent siarkobetonu. Na Księżycu beton trzeba będzie wytwarzać na bazie siarki, a nie wody, ponieważ wody jest zbyt mało, żeby wykorzystywać ją przemysłowo. Okazuje się, że siarkobeton jest dosyć trwały i odporny na zmiany temperatur. Na Księżycu dobowo mamy kilkaset stopni różnicy w temperaturze i niskie ciśnienie, więc substancje bardzo łatwo sublimują i dzięki temu, że te badania są prowadzone, wiemy, że siarkobeton bardzo dobrze to znosi. MIRORES to przyrząd, który będzie tych wszystkich minerałów szukał, ponieważ przyrząd, który byłby w stanie takich minerałów szukać, jeszcze nie istnieje, dlatego prowadzimy w tej chwili prace, żeby w 2029 roku móc go wysłać na orbitę Księżyca.
Chciałam jeszcze dopytać o te rudy siarczkowe. Dlaczego one są obiektem badań? Odpowiedział Pan po części na to pytanie, ponieważ wspomniał Pan, że są dobrym surowcem do tworzenia, na przykład betonu, ale czy jest w nich jeszcze coś interesującego?
Jest jeszcze jedna rzecz, oprócz tego siarkobetonu, bo siarczki zawierają bardzo dużo metali i oprócz miedzi obfitują też w cynk, ołów i można tych metali dużo wymienić, ale siarczki w tym piryd mogą być wykorzystywane jako surowiec do tworzenia paneli fotowoltaicznych na Księżycu. Jest to ważne, ponieważ będziemy potrzebować energii i ta energia będzie prawdopodobnie pochodziła z paneli fotowoltaicznych. Promieni słonecznych dociera do powierzchni Księżyca bardzo dużo. To jest najłatwiejsze do uzyskania źródło energii, ale wytwarzanie takich paneli z krzemu, tak jak na Ziemi jest procesem bardzo energochłonnym i prawdopodobnie będzie to trudne do realizacji, dlatego pracuje się nad alternatywami, do których wykorzystywane są właśnie siarczki, które są obecne na Księżycu i najlepszym surowcem.
Na sam koniec zadam jeszcze pytanie o bliską lub daleką przyszłość. Kiedy i czy w ogóle, według Pana, nadejdzie taki moment, że górnictwo kosmiczne stanie się naszą rzeczywistością, że każdy będzie mógł się w to zaangażować i będzie to zwykłą pracą?
To kiedy każdy będzie mógł się w to zaangażować, może być daleką przyszłością, ale myślę, że w ciągu dekady będziemy mieli górnictwo kosmiczne na Księżycu, a w ciągu około 30 lat będziemy mieli pierwsze przynajmniej eksperymentalne górnictwo kosmiczne na Marsie. Jeżeli chodzi o planetoidy, na które był taki wielki „bum” w zeszłej dekadzie, to tutaj nie jestem takim optymistą i myślę, że to jest raczej kwestia co najmniej 50 – 100 lat, kiedy będziemy w stanie sprowadzać fragmenty planetoid lub całe planetoidy, żeby móc czerpać z nich na przykład metale.
Tym pytaniem kończymy już naszą inspirującą rozmowę. Dziękujemy Panu za poświęcony nam czas i życzymy wielu sukcesów w kolejnych projektach.
Jeszcze raz bardzo dziękuję za zaproszenie.
Wywiad przeprowadziły: Olga Górna, Justyna Szutta, Natalia Rutkowska
Redakcja tekstu – Alex Rymarski
