Александр Портнов
Перед Кольской сверхглубокой скважиной ставилась задача добуриться до мантии Земли.
Фото РИА Новости
Приятно загорать на пляжах – песчаных берегах озер и морей, под монотонный шум волн, перекатывающих мелкую гальку. Но не все знают, что пляж – это место возникновения россыпей, то есть важнейшего типа месторождений полезных ископаемых. Россыпями геологи называют перемытые водой пески и песчаники с повышенной концентрацией ценных устойчивых минералов, оставшихся при выветривании и разрушении коренных пород или месторождений.
«Гнилая» порода
Для возникновения россыпей необходим теплый влажный климат, в условиях которого глубинные магматические породы разрушаются и как бы «гниют», превращаясь в коры выветривания, покрывающие глубинные породы рыхлым плащом на огромных территориях. При химическом выветривании дождевые воды с участием углекислоты, органических кислот и бактерий выносят из полевых шпатов и слюд калий и натрий. Теряя щелочные элементы, эти минералы превращаются в белую глину – каолинит, а устойчивый кварц остается. В итоге заоблачные горы превращаются в коры выветривания – пласты рыхлой глины и кварцевого песка. Вода быстро размывает глину и песок, оставляя природный концентрат тяжелых рудных минералов.
При выветривании гранитов сохраняются редкие устойчивые минералы – циркон и монацит, из которых добывают цирконий и редкоземельные элементы. Циркон-монацитовые россыпи обладают повышенной радиоактивностью, поскольку в этих минералах всегда содержатся уран и торий. Кварцевый песок и глины отлагаются на дне озер и морей, превращаясь в песчаники и глинистые сланцы.
При выветривании темных железистых базальтов возникают черные пляжи, богатые магнитным железняком и титановым минералом ильменитом. Разрушение ультраосновных пород мантии и кимберлитов сопровождается образованием платиновых и алмазных россыпей. Выветривание рудных жил создает россыпи золота, олова, вольфрама.
На Земле преобладают молодые россыпи, возникшие несколько миллионов лет назад. Они располагаются в долинах рек или на берегах морей, из них добывают титан, цирконий, редкоземельные элементы, золото, платину, олово, алмазы, янтарь. Океанские пляжи Индии и Бразилии содержат так много редкоземельного минерала монацита, что германское правительство еще в конце ХIХ века отдало своим капитанам секретный приказ: при доставке грузов в эти страны на обратный путь в качестве балласта загружать пляжный песок.
Из заморского песка дальновидные немцы выделяли монацит и циркон, а из этих минералов – редкие элементы: церий, лантан, иттрий, цирконий, торий, уран и даже┘ газ гелий. Этот секрет был раскрыт только после Первой мировой войны, а в 1914 году английская зенитная артиллерия безуспешно обстреливала немецкий дирижабль, бомбивший Лондон. Дирижабль не взорвался и не погиб, как другие цеппелины, заполненные водородом. Английский химик Трелофол догадался, что дирижабль был заполнен гелием. Но гелий считался в то время редчайшим газом, и долгое время никто не знал, что немцы добывали его в огромном количестве из монацита и циркона пляжных песков современных морских россыпей.
Бывают и древние россыпи, погребенные под толщами осадков. Они возникли десятки и сотни миллионов лет назад и свидетельствуют о руслах исчезнувших рек и пляжах высохших морей. Поскольку россыпи обычно возникают за счет кор выветривания, их присутствие указывает на жаркий и влажный климат в прошедших эпохах истории Земли.
Могли ли россыпи возникать миллиарды лет назад? Иначе говоря, имели ли древнейшие ландшафты Земли сходство с современными? Шумел ли 3 млрд. лет назад морской прибой, возникали ли под проливными дождями коры выветривания магматических пород?..
К самым древним россыпям обычно относят раннепротерозойские кварц-пиритовые конгломераты гигантского золото-уранового месторождения Витватерсранд в Южной Африке, возраст которых – 1,9 млрд. лет.
Кольская урановая аномалия
Настоящую древнейшую прибрежно-пляжную россыпь, залегающую в осадочных породах архейского возраста и намытую волнами на берегах неведомого моря в эпоху самой ранней истории Земли, нам удалось обнаружить при аэрогеофизической съемке центральной части Кольского полуострова. Съемка, проведенная с борта самолета Ан-2, выявила огромную уран-ториевую аномалию в виде двух извилистых овалов, вытянутых на многие десятки километров. Радиоактивные пласты залегали в осадочных породах возрастом 2,87 млрд. лет.
Пласты песчаника с повышенной радиоактивностью окаймляли геологическую структуру, называемую в геологии синклиналью и похожую на огромное корыто или желоб. Радиоактивный пласт представлял собой типичную циркон-монацитовую россыпь, которая выходила на поверхность по краям этого желоба. В центре синклинали россыпь закрывали более молодые богатые алюминием черные углистые сланцы, возраст которых по уран-свинцовому методу составлял 2,79, а по рубидий-стронциевому – 2,70 млрд. лет.
 Кристаллические зерна из кольской россыпи: М – монацит; Ц – циркон. Увеличение в 20 раз. Фото из архива автора |
Для геологического изучения такой необычно крупной радиоактивной аномалии я и рабочий высадились с вертолета на невысокий пологий водораздел под названием Кейвские тундры, который протянулся с запада на восток через центр Кольского полуострова. Мы поставили палатку и начали знакомиться с геологией района.
Оказалось, что радиоактивную аномалию вызывал прослой архейских песчаников мощностью 50 метров. Характерная «косая слоистость» радиоактивных песчаников указывала на то, что эта порода возникла на берегу древнейшего океана и была когда-то типичной пляжной россыпью, где концентрировались тяжелые минералы. В начале геологической истории Земли здесь был морской берег, который протягивался на сотни километров в широтном направлении. Пляж на берегу был очень широким, поскольку россыпь повторялась в 10–15 километрах южнее, выступая из-под черных сланцев на другом крыле синклинали.
Содержание урана составляло 40 граммов на тонну породы, содержание тория – 80 граммов на тонну, что многократно превышало средние содержания этих элементов в земной коре.
Изучение показало, что радиоактивность была связана с концентрацией мелких окатанных зерен циркона и монацита. Это были типичные тяжелые минералы прибрежных россыпей, возникающих при выветривании гранитов.
Детальную геологическую карту этого района составил геолог кольского филиала АН СССР доктор геолого-минералогических наук И.В.Бельков. Он показал в своих работах, что в синклинальной складке в центре Кольского полуострова выделяется Кейвская свита – комплекс древнейших осадочных пород, состоящий из мощной толщи светлых песчаников и вышележащих черных углистых сланцев с высоким содержанием алюминия.
Пласты мощностью всего в полметра тянулись на десятки километров: в одних преобладал глиноземистый минерал дистен, в других – красный гранат, в третьих – крестообразные сростки коричневых кристаллов ставролита или черные пластинки титанового минерала ильменита. Выдержанность разных по составу слоев архейских осадков напоминала полосчатые ленточные глины, отложенные в застойной воде на дне ледниковых озер.
В северном крыле складки песчаники и глинистые сланцы были изменены. Песчаники превратились в гнейсы и граниты, а каолиновые глины под действием высокой температуры и давления стали кристаллическими сланцами с преобладанием высокоглиноземистого минерала дистена. Его голубые пластинки легко царапались ножом вдоль удлинения кристаллов, но поцарапать их поперек было невозможно, поскольку твердость в этом направлении резко возрастает.
Это свойство отразилось в названии: по-гречески дистен – «двоякосопротивляющийся». Называют этот минерал также кианитом, то есть «темно-синим», в нем содержится 63% окиси алюминия и поэтому дистеновые сланцы представляют интерес как алюминиевая руда.
О пласте с повышенной радиоактивностью в работах Белькова не упоминалось, возможно, в связи с тем, что при слове «уран» любая публикация становилась в те времена секретной – и многие геологи избегали этой закрытой темы.
Выше радиоактивного пласта залегали богатые алюминием черные сланцы с кристаллами дистена. Однако дистен возник не сразу, он кристаллизовался за счет минерала андалузита. Чтобы андалузит превратился в дистен, нужны температура не менее 500╠С и давление более 12 кбар. Это значит, что породы геосинклинали когда-то побывали на глубине около 15 километров.
Влажный архей
Севернее залегали архейские Мурманские граниты, тоже поднятые с большой глубины. Это сочетание гранитов с циркон-монацитовой россыпью было неслучайным. Мурманские граниты представляли собой сточенные «корни» высоких гранитных гор, от разрушения которых в прибрежной зоне неведомого моря остались пески, глины и пляжи, засыпанные цирконом и монацитом. Около 3 млрд. лет назад в условиях не очень жаркого, но влажного климата из минералов гранитов были вынесены все щелочные элементы, и они превратились в глиноземистые каолинитовые глины с примесью кварца и редких минералов. Это значит, что 3 млрд. лет назад климат не очень отличался от современного.
Реки размывали глину, отделяли ее от кварцевого песка. В древнем море песок отлагался вблизи берегов, волны его перемывали и собирали тяжелые радиоактивные минералы на пустынных пляжах. Глины отлагались вдали от берега. Но море наступало, прибрежные россыпи с цирконом и монацитом уходили под воду, их закрывали пласты каолиновых глин. Вместе с глиной на дно падали остатки сине-зеленых водорослей и бактерий. Органического вещества было так много, что оно пропитало белые глины и окрасило их в черный цвет: это значит, что древнейшее море было уже наполнено примитивной жизнью. Каолинитовая кора выветривания характерна для умеренных широт и указывает на относительно прохладный климат данной местности в архее.
 Схема размещения древнейшей россыпи в центральной части Кольского полуострова. Рисунок из архива автора |
В дальнейшем породы Кольского полуострова миллиарды лет разрушались дождями, реками и льдами. Поэтому поднятая из глубин огромная древняя россыпь, вместе с перекрывающими ее дистеновыми сланцами, сохранилась лишь внутри узкого желоба, северный борт которого подпирали Мурманские граниты. Запасы алюминия в дистеновых сланцах были так велики, что Кейвское месторождение могло бы обеспечить сырьем всю алюминиевую промышленность России. Но руды эти низкого качества, поскольку извлечение алюминия из дистена требует больших энергетических затрат.
Превращения древней россыпи
На Кольском полуострове прослеживается уникальная геологическая эволюция вещества древней россыпи. Сначала древние архейские граниты при выветривании превратились в монацит-цирконовые песчанистые россыпи, часть которых сохранилась почти без изменения. В море отложились глиноземистые каолинитовые глины, из которых в процессе метаморфизма возникли дистеновые сланцы. Привнос калия создал из россыпей микроклиновые радиоактивные граниты, в которых сохранились обломочные циркон и монацит.
Растворы натрия были более активными, они способствовали растворению глинозема сланцев, и в щелочной среде кристаллизовались нефелин, силикат алюминия и натрия. Вместо россыпного монацита возник бритолит, редкий силикофосфат со структурой апатита, вобравший в себя церий, торий, уран и фосфор.
Геологи часто придают большое значение выносу рудных элементов глубинными растворами из осадочных пород, переносу их на большие расстояния с последующей концентрацией в месторождениях. Региональный щелочной метасоматоз в осадочных породах Кейвской синклинали показывает, что редкие и радиоактивные элементы в обломочных минералах ведут себя инертно и при гранитизации остаются в первичном залегании.
В последнее время появились сенсационные сообщения о находках древнейших окаменевших бактерий с возрастом в миллиарды лет. Особенно много таких находок сделано в Западной Австралии, где найдены клеточные организмы раннего архея с возрастом 3,4 млрд. лет! Для того чтобы окаменевшие клетки сохранили свою форму, требуются особые условия, когда породы не изменены нагревом или смятием. Такие условия на Земле иногда бывают на щитах – устойчивых блоках земной коры. Таким блоком в России является восточная часть Кольского полуострова. Здесь сохранились неизмененные гранитизацией пески древнейшей пляжной россыпи. Возможно, на архейских пляжах Кольского полуострова с возрастом 2,9 млрд. лет следует искать формы проявления древнейшей жизни.
