Ископаемые Кольского полуострова

Что ни говорите, а все же приятно загорать на песчаных пляжах – берегах морей и озер, под размеренный шум волн, перекатывающих своей массой мелкую гальку. Но далеко не всем известно, что пляж представляет собой место возникновения россыпей, а это один из важнейших типов месторождений ископаемых. Геологи называют россыпями перемытые водой песчаники с большой концентрацией устойчивых минералов, которые остаются при выветривании месторождений или коренных пород.

Для возникновения таких россыпей обязателен влажный и теплый климат, в условиях которого глубинные породы разрушаются и как бы «подгнивают», превращаясь при этом в коры выветривания, которые покрывают глубинные породы на огромных территориях рыхлым плащом. При химическом выветривании дожди с участием органических кислот, углекислоты и бактерий выносят из этих слюд и полевых шпатов натрий и калий. Теряя эти щелочные элементы, минералы становятся белой глиной, или каолинитом, а устойчивый к этому воздействию кварц остается. В итоге породы превращаются в коры выветривания, состоящие из пластов кварцевого песка и рыхлой глины. Вода при этом достаточно быстро размывает песок и глину, оставляя концентрат тяжелых рудных минералов.

Во время процесса выветривания гранитов, как правило, сохраняются редкие устойчивые минералы – монацит и циркон, из которых затем добывают редкоземельные элементы и цирконий. Циркон-монацитовые россыпи радиоактивны, так как в этих минералах имеется торий и уран. Глины и кварцевый песок остаются на дне морей и озер, превращаясь в глинистые сланцы и песчинки.

При выветривании железистых базальтов темного цвета возникают черные пляжи, богатые титановым минералом ильменитом и магнитным железняком. Разрушение кимберлитов и пород мантии сопровождается образованием алмазных и платиновых россыпей. Выветривание рудных жил формирует россыпи олова, золота, вольфрама.

На Земле чаще всего встречаются молодые россыпи, возраст которых - несколько миллионов лет. Они располагаются на берегах морей или в долинах рек, из них добывают цирконий, титан, редкоземельные элементы, олово, золото, платину, янтарь, алмазы. Знаменитые океанские пляжи Бразилии и Индии содержат так много редкоземельного монацита, что правительство Германии еще в конце девятнадцатого века отдало капитанам своего флота секретный приказ: при доставке грузов туда в качестве балласта в обратный путь загружать пляжный песок.

Дальновидные немцы из заморского песка выделяли циркон и монацит, а уже из минералов – редкоземельные элементы: лантан, церий, иттрий, торий, цирконий, уран и даже… гелий. Этот секрет, конечно, был раскрыт, но только после Первой мировой войны. А тем временем в 1914 году британская зенитная артиллерия обстреливала без успеха немецкий дирижабль. Несмотря на попадания, он не взорвался, как другие дирижабли, заполненные водородом. Английский химик Трелофол впоследствии догадался, что дирижабль был заполнен именно гелием. Но в те времена гелий считался редчайшим газом, и очень долго никто не догадывался, что в Германии добывали его в огромном количестве из циркона и монацита пляжных песков морских россыпей.

Бывают и древние россыпи, правда, погребенные глубоко под толщами осадков. Они сформировались сотни миллионов лет назад и являются признаками наличия здесь русел исчезнувших рек и пляжей давно высохших морей. Так как эти россыпи возникают, как правило, за счет коры выветривания, их наличие однозначно указывает на влажный и жаркий климат в далеком прошлом.

И тут возникает множество вопросов. Могли ли такие россыпи формироваться миллиарды лет назад? Другими словами, имели ли ландшафты древней Земли сходство с нынешними? Шумел ли точно так же три миллиарда лет назад морской прибой, возникали ли под воздействием проливных дождей коры выветривания горных пород?

Геологи к наиболее древним россыпям относят кварц-пиритовые конгломераты раннепротерозойского геологического периода, присутствующие в гигантском золото-урановом месторождении Витватерсранд, расположенном в Южной Африке, имеющих возраст 1.9 миллиарда лет.

Древнейшую пляжную россыпь, которая залегает в осадочных породах архея и намытую протоволнами на берегах неизвестного моря в эпоху ранней истории планеты, нам удалось найти во время проведения аэрогеофизической съемки Кольского полуострова, сделанной с борта самолета Ан-2. Огромная уран-ториевая аномалия была выявлена в виде двух сложной конфигурации овалов, вытянутых на десятки километров. Радиоактивные пласты оказались сосредоточены в осадочных породах, возраст которых равен 2.87 миллиардов лет.

Пласты песчаника с повышенным радиоактивным фоном окаймляли структуру, которую в геологии называют синклиналью, внешне напоминающей огромное корыто. Радиоактивный пласт являл собою классическую циркон-монацитовую россыпь, выходящую на поверхность по краям синклинали. В центре ее россыпь покрывали черные углистые сланцы, богатые алюминием, возраст которых, определенный по уран-свинцовому методу, составлял 2.79 миллиардов лет, а по рубидий-стронциевому методу – 2.70 миллиардов лет.

Для геологического исследования подобной аномально крупной радиоактивной россыпи я вместе с рабочим высадился на пологий невысокий водораздел, называемый Кейвскими тундрами, протянувшийся с востока на запад через центральную часть Кольского полуострова. Мы установили палатку и принялись изучать геологию района.

Оказалось, что причиной радиоактивности оказалась прослойка архейских песчаников толщиной около 50 метров. Характерная для радиоактивных песчаников «косая слоистость» явно указывала на то, что данная порода сформировалась на берегу древнего океана и была типичной пляжной россыпью, в которой концентрировались тяжелые минералы. 3-4 миллиарда лет назад здесь был морской берег, тянувшийся на сотни километров по широте. Пляж на берегу акватории был очень широким, так как россыпь повторялась в 10–15 км к югу, выступая из-под выходящих на поверхность черных сланцев на другой стороне синклинали.

Концентрация урана была 40 грамм на тонну породы, тория – 80 грамм на тонну, что во много раз больше среднего содержания данных элементов в земной коре.

Исследование показало, что радиоактивность связана с наличием мелких окатанных зерен монацита и циркона. Это были классические тяжелые минералы прибрежных россыпей, которые обычно формируются при выветривании гранитов.

Детально проработанную геологическую карту данного района составил геолог кольского филиала Академии наук СССР И. В. Бельков, доктор геолого-минералогических наук. Он показал, что в синклинальной складке в центре полуострова выделяется Кейвская свита – древнейшие осадочные породы, которые состоят из толстого слоя светлых песчаников и черных углистых сланцев, залегающих немного выше, с высокой концентрацией алюминия.

Пласты мощностью полметра протянулись по длине на десятки километров: в одних преобладал красный гранат, в других – дистен, в-третьих – ставролит или ильменит.

В северном крыле складки глинистые сланцы и песчаники были изменены. Песчаники превратились в граниты и гнейсы, а каолиновые глины под действием высокого давления и температуры стали кристаллическими сланцами, в которых преобладает минерал дистен. Его голубые пластинки очень легко можно было поцарапать обычным ножом вдоль удлинения кристаллов, но поперек поцарапать их было невозможно, так как в этом направлении твердость резко возрастает.

Эта характеристика нашла отражение в названии минерала: по-гречески дистен означает «двоякосопротивляющийся». Этот минерал иногда называют кианитом, («темно-синим»), в нем содержится 63 процента окиси алюминия.

О пласте, имеющем повышенную радиоактивность, в работах Белькова не сообщалось, скорее всего, потому, что в советские времена при упоминании слова «уран» любая публикация становилась секретной, поэтому геологи старались избегать этой темы.

Выше радиоактивного пласта оказались черные сланцы, богатые алюминием с кристаллами дистена. Но дистен возник постепенно, не сразу, он кристаллизовался за счет андалузита. Для этого нужна температура 500ºС и давление не менее 12 кбар. Это означает, что породы геосинклинали побывали в свое время на глубине порядка 15 километров.

Севернее этого места залегали Мурманские архейские граниты, тоже некогда поднятые с большой глубины. Сочетание циркон-монацитовой россыпи с гранитами было отнюдь неслучайным. Мурманские граниты - это сточенные «корни» довольно высоких гранитных гор, после разрушения которых в прибрежной зоне древнего моря остались глины, пески и пляжи, засыпанные монацитом и цирконом. Три миллиарда лет назад или около того в условиях не жаркого, но очень влажного климата из гранитов были выветрены все щелочные элементы, после чего они превратились в каолинитовые глины с примесью редких минералов и кварца. То есть три миллиарда лет назад здешний климат был схож с современным.

Реки постепенно размывали глину, отделяли от песка. В древности песок отлагался около берегов, волны перемывали его, собирая радиоактивные минералы на пустынных обширных пляжах. Глины, как правило, отлагались дальше от линии берега. Но если море наступало, россыпи с монацитом и цирконом уходили под воду, на их месте оказывались пласты каолиновых глин. С глиной на дно моря падали останки бактерий и сине-зеленых водорослей. Органики было так много, что она пропитала глины и окрасила их в черный цвет: следовательно, древнее море уже было наполнено жизнью, пускай и примитивными формами. Каолинитовая кора выветривания достаточно характерна для большинства умеренных широт и говорит об умеренно прохладном климате этой местности в архее.

Ископаемые Кольского полуострова на протяжении миллиардов лет разрушались реками, дождями и льдом. Поэтому огромная древняя россыпь, поднятая из глубин, вместе с перекрывающими сланцами, сохранилась только внутри узкого желоба, у которого северное крыло подпирали Мурманские граниты. В дистеновых сланцах запасы алюминия были столь велики, что Кейвское месторождение легко могло бы обеспечить рудой всю алюминиевую промышленность РФ. Однако руды эти довольно низкого качества, так как для извлечения алюминия из дистена необходимы большие затраты энергии.

Ископаемые Кольского полуострова хорошо характеризуют эволюцию древней россыпи. Сначала архейские граниты при выветривании превратились в песчанистые монацит-цирконовые россыпи, некоторая часть сохранилась почти без изменения до наших дней. В море отложились каолинитовые глиноземистые глины, из которых посредством метаморфизма сформировались дистеновые сланцы. Привнос такого элемента, как калий, создал из этих россыпей радиоактивные микроклиновые граниты, в которых сохранились циркон и монацит.

Растворы натрия были еще более химически активными, они способствовали быстрому растворению глинозема сланцев, затем в щелочной среде кристаллизовались силикат алюминия, нефелин и натрий. На месте россыпного монацита появился бритолит, достаточно редкий силикофосфат, вобравший в себя торий, церий, фосфор и уран.

Щелочной региональный метасоматоз в породах Кейвской синклинали говорит о том, что радиоактивные и редкие элементы в обломочных минералах чаще всего ведут себя инертно и в процессе гранитизации остаются, как правило, в первичном залегании.

В последнее время можно встретить сенсационные сообщения о находках древнейших окаменевших бактерий, возраст которых составляет миллиарды лет. Особенно много подобных находок имеется в Западной Австралии, где обнаружены клеточные организмы, датированные ранним археем возрастом 3.4 миллиарда лет! Чтобы окаменевшие клетки полностью сохранили свою форму, необходимы особые условия, породы не должны изменяться смятием или нагревом. Подобные условия иногда бывают на так называемых щитах – устойчивых блоках коры. В России таким блоком является восточная область Кольского полуострова. Именно здесь сохранились пески древнейшей пляжной россыпи. Вероятно, на архейских пляжах с возрастом 2.9 миллиарда лет имеет смысл искать и формы древнейшей жизни. Ископаемые Кольского полуострова еще должны рассказать нам об истории нашей планеты с ее ранних периодов.

Объем добычи полезных ископаемых на территории Кольского полуострова