Кольский полуостров и его полезные ископаемые
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
Полезные ископаемые | Единицы измерения | Добыча |
Апатитовые руды | Млн. т. | 5,4 |
Железные руды | Млн. т. | 33 |
Медь | Тыс. т. | 21 |
Никель | Тыс. т. | 51 |
Платиноиды | тонн | 0,67 |
Золото | Тонн | 0,118 |
Лопаритовые руды | Тыс. т. | 350 |
Источник
Натролит, найденный в Хибинском массиве. Фото: А. В. Чернявский
О том, что Кольский полуостров – это одна из минералогических кладовых Земли, северяне узнают еще в школе. Считается, что на территории Мурманской области сосредоточена практически вся таблица Менделеева. В регионе есть золото, платина и алмазы – но об этом даже местные не все слышали. В Кольском научном центре Российской академии наук (КНЦ РАН) не только рассказали о залежах полезных ископаемых на Севере, но и поделились своим видением – что нас ждет, когда ценные ресурсы начнут истощаться.
Сокровища на Кольском полуострове были открыты совсем недавно: только в начале XX века, а именно в 20-е годы. Об этом в беседе с GoArctic поделился заведующий лабораторией природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики КНЦ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Тарас Паникоровский.
«Несмотря на то, что Кольский полуостров начал активно осваиваться с XV века, когда были основаны первые постоянные поселения на Терском берегу (Умба, Варзуга, Кандалакша), территории, находившиеся на 5-7 км вглубь полуострова от морского берега, а также немного в сторону от Кольского торгового тракта, оставались белыми пятнами на карте, – пояснил ученый. – Приоткрыть сокровищницу помогли экспедиции академика Александра Евгеньевича Ферсмана. Сегодня можно выделить три наиболее крупных геологических объекта на Кольском полуострове – это Хибинский, Ловозерский и Ковдорский щелочные массивы, на них открыли более 300 новых минералов. Именно поэтому Кольскую щелочную провинцию минералоги всего мира называют «Минералогическим клондайком», и это соответствует истине».
Эгирин-эвдиалит из Ловозерского массива. Фото: А. В. Чернявский
Открытие первых месторождений было связано с деятельностью Северной научно-промысловой экспедиции, которая занималась освоением северных территорий СССР – от Кольского полуострова на западе до Берингова пролива на востоке. В планы исследований включили и архипелаг Шпицберген.
«В августе 1921 года экспедицией под руководством Ферсмана в русле ручья у подножия горы Кукисвумчорр была обнаружена апатит-нефелиновая руда, – отметил представитель КНЦ РАН. – Активные исследования в этом районе позволили открыть серию месторождений, их разработка началась уже в 1929 году. Одновременно с этим шло строительство промышленного комбината и рабочего поселка Хибиногорска, который затем стал городом Кировском. Изучение соседнего Мончегорского района началось после открытия отрядом (также под руководством Александра Евгеньевича Ферсмана) в 1930 году сульфидных медно-никелевых руд на участке «Терраса» горы Нюд и сульфидной вкрапленности на горе Сопча. Разработка этих руд в 1935 году привела к строительству комбината и рабочего поселка, получившего название Мончегорск. В том же году финнами был построен поселок на месте добычи медно-никелевой руды, который после войны вошел в состав Мурманской области. Примерно тогда были открыты и проявления мусковита в районе горы Лейова. Чуть раньше, в 1933 году, по отклонению стрелки компаса была выявлена крупная магнитная аномалия, а затем и найдены коренные выходы железной руды в районе озера Ковдор – так было открыто Ковдорское железорудное месторождение, которое привело к рождению нового города – Ковдор. Поселок Ревда был основан в 1950 году в связи с началом добычи и переработки лопаритовой руды (используется для производства тантала, ниобия и др.). Во многом благодаря открытиям геологов в суровых условиях русской Арктики был задан вектор развития всей Мурманской области».
Экспедиция КНЦ. Фото: А. В. Чернявский
Происхождение богатств
Появление большинства полезных ископаемых на Севере связано с древней вулканической деятельностью, происходившей на Кольском полуострове. Об этом рассказал старший научный сотрудник лаборатории минерагении Арктики Горного института КНЦ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Павел Припачкин.
«Многие месторождения (залежи) твердых металлических и неметаллических полезных ископаемых в Кольском Заполярье обусловлены интенсивной магматической деятельностью, в частности – внедрением в земную кору рудоносных магматических расплавов и образованием рудоносных интрузий (геологические тела, сложенные магматическими горными породами, закристаллизовавшимися в глубине земной коры – прим. ред.), – прокомментировал ученый. – Многие из этих интрузий в современном рельефе выделяются в форме гор и возвышенностей. Например, гора Генеральская, Главный Хребет (Монче, Чуна и Волчьи тундры), возвышенности Имандровского лополита (гора Девичья и другие), Мончеплутон (горы Ниттис, Кумужья, Травяная, Сопча, Нюд, Поаз и другие), возвышенности Федорово-Панского массива (Федорова тундра, горы Сулйепахк, Каменник, Пешемпахк и другие). Все эти массивы содержат Cu-Ni-ЭПГ (элементы платиновой группы)-Cr-Fe-Ti-V руды. Горы Хибинского и Ловозерского массивов содержат апатит-нефелиновые и редкометалльные руды. На месте Ковдорского массива горы уже нет, в его карьере разрабатывают апатит-бадделеитовые и магнетитовые (железные) руды».
Штаффелит из Ловозерского массива. Фото: А. В. Чернявский
«Основные минеральные полезные ископаемые, которые уже добываются на Кольском полуострове, играют заметную роль в экономике Мурманской области, – отметил заведующий лабораторией природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики КНЦ РАН Тарас Паникоровский. – Я говорю о фосфоре, меди, никеле, кобальте, железе, цирконии, ниобии и тантале, а также редкоземельных элементах. В то же время упорная и качественная работа советских, а теперь уже российских геологов обеспечивает постоянный прирост запасов и открытие новых участков. Например, около 10 лет назад работы в Федорово-Панском массиве позволили поставить на баланс 410 тонн платины и палладия».
Редкие сокровища
Есть на Кольском полуострове и другие богатства – в частности, залежи золота, алмазов, драгоценных и поделочных камней.
«Алмазы были обнаружены в результате исследований в 80-90-е годы в самой большой кимберлитовой трубке на Кольском полуострове «Ермаковская-7», – рассказал Тарас Паникоровский. – Трубка расположена на несколько километров восточнее впадения реки Оленица в Кандалакшский залив. Что касается золота, то в Мурманской области есть сразу несколько перспективных участков: в районе Печенги и в Вороньих тундрах. Еще один участок (в районе Мончегорска и Оленегорска, на юге области) – в окрестностях озера Куолоярви. Это продолжение геологической структуры, на которой расположено месторождение «Майское» в Карелии, открытое Мурманской геологоразведочной экспедицией. По официальным данным, на «Майском» в 90-е годы было добыто около 50 кг золота. Имеются приличные запасы платины, однако разработка месторождений Федоровских и Панских тундр была остановлена в 2008 году в связи с мировым кризисом».
Уникальный хибинский тингуаит. Фото: А. В. Чернявский
Область применения
Из полезных ископаемых, которые добываются на Кольском полуострове, производятся фосфатные удобрения для нужд сельского хозяйства. Медь, никель, железо используются в области металлургии, цирконий – в атомной энергетике, ниобий используют в производстве магнитов, а редкоземельные металлы добывают для нужд цифровой техники.
«Залежи (месторождения) полезных ископаемых дают Мурманской области существенную базу для развития ее экономики, а значит, и создания рабочих мест, – объяснил старший научный сотрудник лаборатории минерагении Арктики Горного института КНЦ РАН Павел Припачкин. – Многие города области и их инфраструктура возникли благодаря разработке месторождений полезных ископаемых».
При этом, активная промышленная деятельность серьезно вредит экологии региона.
«Конечно, добыча полезных ископаемых открытым способом с помощью гигантских карьеров создает наличие огромных хвостохранилищ, пылью от которых покрываются города, – продолжил Тарас Паникоровский. – Медно-никелевое производство связано со значительными выбросами в атмосферу диоксида серы. Почвы в окрестностях города Мончегорска загрязнены тяжелыми металлами».
По этой причине, как подчеркнул ученый, акценты в добыче полезных ископаемых уже сместились в сторону природоподобных технологий, позволяющих сохранить, а где-то и восстановить первозданную красоту природы.
«Над этими проблемами трудятся десятки ученых Кольского научного центра, – добавил Тарас Паникоровский. – На сегодняшний день созданы технологии, позволяющие использовать отходы промпроизводства для создания искусственных газонов и специальные составы для ремедиации почв».
Тарас Паникоровский: дистанционная работа в период пандемии
Попытка заглянуть в будущее
Несмотря на то, что месторождения Кольского полуострова активно осваиваются на протяжении 100 лет, природе еще есть, чем удивить человека.
«Новые минералы открываются постоянно, и этот процесс будет продолжаться, – уверен кандидат геолого-минералогических наук Павел Припачкин. – Ключевые геологические открытия в области, конечно, сделаны – открыты наиболее крупные и важные для своего времени месторождения. Однако, конъюнктура минерального сырья постоянно меняется, и многое еще предстоит открыть. Так, в свое время, в пределах известных медно-никелевых месторождений были открыты новые платинометалльные объекты, а среди апатит-нефелиновых руд было обращено внимание на редкометалльный потенциал, и так далее. Кроме того, остается возможность открытия различных мелких месторождений, на которые ранее не обращали внимания, а сегодня – в связи с развитием передовых технологий добычи и переработки и меняющейся конъюнктуры на рынке минерального сырья – их отработка может стать рентабельной».
Образец иванюкита – нового минерала, открытого сотрудниками КНЦ
«Десятки тысяч людей, живущих в Мурманской области, связали свою судьбу с добычей, переработкой руд и изготовлением конечной продукции, – продолжил кандидат геолого-минералогических наук Тарас Паникоровский. – Сегодня ресурсная база является стержнем экономики области, однако всегда приходит время, когда даже самые крупные залежи заканчиваются. Иногда это приводит к тому, что целые города становятся городами-призраками. Чтобы избежать этого, нужно вовремя переключиться на производство современной высокотехнологичной продукции, тем более что все необходимое для этого в Мурманской области есть. В Кольском научном центре в течение последних десяти лет разрабатывалась технология Кольского химико-технологического кластера. Он должен будет обеспечить страну стратегическими и конструкционными материалами на основе соединений редких и редкоземельных металлов. Предполагается производство современных сорбентов для селективного извлечения драгоценных металлов из продуктов отходов медно-никелевого производства, а также сорбентов для извлечения радиоактивных изотопов из жидких радиоактивных отходов с их последующим переводом в титанатную керамику синрок-типа».
Полевые работы на Кольском полуострове. Фото: А. В. Чернявский
Несколько слов о туризме
Крупнейший горный массив на Кольском полуострове – Хибины – ежегодно привлекает тысячи туристов со всего мира. Одно из развлечений приезжих – геологический туризм. По данным из открытых источников, всего несколько дней тура в Хибинах с опытным гидом обойдутся одному участнику в среднем в 30 тысяч рублей (включено питание и проживание). Обычно гостей знакомят с геологическим строением Хибин, а также предлагают им собрать минералогическую коллекцию. В Кольском научном центре РАН в рамках научных мероприятий организуют свои полевые экскурсии по нескольким реперным геологическим объектам Мурманской области.
***
Наталья Линкевич, специально для GoArctic.
Источник