В лабораториях Плутона

Первоисточником всех горных пород, а следовательно и месторождений полозньгх ископаемых, служит магма. Действительно, в изверженных породах присутствуют все химические элементы, известные на Земле. При разрушении магматических пород ценные вещества тем или иным способом освобождаются и накапливаются в осадочных породах. Поэтому магматические месторождения полезных ископаемых являются первичными, а осадочные (так же как метаморфические, образующиеся при метаморфизме магматических и осадочных) должны рассматриваться как вторичные. Это касается даже самых древних осадочных месторождений, так как и они возникли за счет разрушения первичной земной коры. В позднейшие периоды геологической истории Земли магма периодически поднималась из глубин и создавала новые первичные месторождения. А процессы выветривания и разрушения первичных месторождений, самих изверженных пород и древних вторичных месторождений создавали новые вторичные месторождения.

В появлении магмы и в распространении формаций горных пород существует периодичность, поэтому она есть и в образовании месторождений полезных ископаемых. Однако минеральные скопления, возникавшие в разные геологические эпохи, несколько отличаются одно от другого. Эти отличия были вызваны необратимым характером многих геологических процессов.

В последние годы выяснилось, что вулканические процессы играют гораздо большую роль в образовании месторождений полезных ископаемых, чем считалось ранее. Возьмем месторождения самородной серы. Некоторые из них образовались в кипящих кратерных озерах. Таковы залежи крупнейших японских серных рудников Хоробец и Мацуо. И в настоящее время сера накапливается на дне озер Итибинсай и Хонто на острове Кунашире в Курильской гряде.

А как не упомянуть удивительные серные потоки японского вулкана Сиретоко-Есая на острове Хоккайдо! Только в 1936 г. произошло более 40 излияний, во время которых недра выбросили несколько сот тысяч тонн, серы! Как возникают такие потоки? Ведь в магме сера должна сгореть и превратиться в сернистый газ. Исследования раскрыли тайну серных потоков. По-видимому, они образуются при переплавлении серных руд, сформировавшихся ранее в верхней части вулканического конуса. При расплавлении серы возникают большие подземные камеры, заполненные серой, водой, паром и различными газами. Из этих камер сера периодически извергается по принципу действия гейзера.

Газы, выделяющиеся из лавы, несут с собой большое количество разных металлов. Так, например, в хлористых возгонах из андезито-базальтовой лавы Ключевской сопки присутствуют мышьяк, ртуть и серебро в количествах, в тысячи раз превышающих их среднее содержание в земной коре, а свинец, цинк и молибден - в количествах, превышающих средние содержания в десятки и сотни раз. В возгонах сульфатов из андезитовой лавы Шевелуча установлены бериллий, свинец, цинк, никель и молибден, причем количество их в тысячи раз большее, чем среднее содержание этих элементов в земной коре.

Что происходит с металлами, выносящимися из лавы? Всегда ли они будут образовывать месторождения руд? Нет, далеко не всегда. Многое зависит от того, в какую среду попадают летучие вещества. Если лава изливается на суше, то газы обычно рассеиваются в воздухе и месторождения не образуются. Иная обстановка складывается на небольших глубинах от поверхности, в тех слоях, через которые просачиваются вулканические газы. Проникая по трещинам пород, газы не рассеиваются, и при благоприятных условиях из них могут отлагаться руды ртути и мышьяка, сера и многие другие ценные минеральные вещества.

Благоприятные условия для накопления рудного материала возникают, когда вулканические газы попадают в воду. В последние годы в районах действующих вулканов были проведены наблюдения, которые показали, как из горных пород высвобождаются составные части будущих месторождений железа, марганца, алюминия и других металлов и какими путями они перемещаются с суши в море. Очень интересны также новейшие данные о влиянии подводного вулканизма на образование полезных ископаемых.

Горячие подземные пары и воды в районах действующих вулканов оказывают сильное химическое влияние на горные породы, сквозь которые они поднимаются к поверхности. Недавно вулканолог К. К. Зеленов на Курильских островах провел специальные наблюдения над горячими вулканическими водами - термами. Эти термы поднимаются с больших глубин, а частично образуются в результате растворения вулканических газов (хлористого водорода, сероводорода, сернистого ангидрида и других) в приповерхностных подземных водах, циркулирующих в толщах вулканических пород. Термы, по существу, представляют собой смесь различных кислот и поэтому активно и на больших площадях взаимодействуют с вмещающими породами. Породы, сквозь которые проникают термы, разлагаются, осветляются, теряют железо, марганец, алюминий и некоторые другие элементы, переходящие в раствор. На месте обычно остается кремний, образующий своего рода скелет разрушенной породы, по которому можно судить о ее былом строении. Количество кремнезема в таких измененных породах возрастает до 96%! А сами термы? Они сильно обогащаются различными элементами. Например, содержание алюминия в кислых горячих водах Курильских островов достигает 2-3 г/л, а железа - до 0,5-1 г/л.

Детальное изучение вод горячей реки Юрьева, стекающей со склонов вулкана Эбеко (остров Парамушир) в Охотское море, показало, что источники, формирующие реку, обогащены алюминием и железом, причем последнее находится в закисной форме (Fe²⁺). Горячая вода, вырвавшись на поверхность, соприкасается с кислородом воздуха, вследствие чего закисное железо превращается в окисное. Окись железа неустойчива в кислой среде (воды реки имеют кислую реакцию); она выпадает в виде хлопьев и осаждается в русле реки.

Очень интенсивно накопление железа идет в озере Тихом и в нескольких других водоемах в кальдере вулкана Богдан Хмельницкий (остров Итуруп). Железо и алюминий поступают с водами кислого источника, вытекающего в северо-восточной части озера Тихого. В литре воды этого источника содержится 188 мг закисного железа и 78 мг водной окиси алюминия. После выхода вод источника на поверхность железо окисляется и сразу осаждается на дне озера на площади, достигающей 0,5 км². Здесь возникло месторождение бурого железняка (лимонита), названное Лимонитовым каскадом. Мощность бурого железняка местами достигает 12 м. Рост месторождения продолжается и ныне - осаждающийся бурый железняк цементирует следы самой недавней деятельности человека - срубленные топором колышки, брошенные бутылки. Запасы месторождения каждые сутки увеличиваются более чем на тонну. Таким образом на глазах человека происходит образование нового месторождения.

Подобные месторождения являются важным объектом промышленных разработок в Японии. Они Характеризуются исключительной чистотой железных руд и но содержат почти никаких примесей.

Условия для осаждения алюминия не такие, как для железа. Хотя в горячей воде реки Юрьева алюминия растворяется почти в два раза больше, чем железа, он остается в растворе до тех пор, пока речная вода не достигнет моря. При смещении кислых вод реки с морскими образуется шлейф густой желтой мути. Это - взвесь выпавших в осадок гидратов окиси алюминия и железа. В устье реки Юрьевой ежесуточно выпадает в виде мути около 35 т железа и более 65 т алюминия. Таким путем и здесь создается материал для образования морского месторождения алюминия и железа. Однако у берегов Курильских островов нет благоприятных условий для накопления рудного материала и образования месторождений алюминия и железа. Выпадающий осадок перемешивается с илистым материалом, принесенным с суши, а далее рассеивается движущейся морской водой.

Подобные процессы выноса железа, алюминия и многих других элементов установлены совместной советско-индонезийской экспедицией в вулканических районах Индонезии. По словам участника этой экспедиции К. К. Зеленова, «особенно ярким примером такого перераспределения оказалось грандиозное горячее кратерное озеро Кава Иджен - великолепная чаша, хранящая 40 млн. м³ смеси концентрированной природой серной и соляной кислоты. В каждом литре этой смеси, наряду с другими солями, содержится более 5 г растворенного алюминия, а всего в диковинном горном резервуаре растворено более 200 000 т этого металла. Воды озера просачиваются сквозь толщу изверженных пород конуса вулкана и образуют кислую речку Банипутих. Под влиянием интенсивного тропического испарения по берегам озера Кава Иджен и р. Банипутих высаживается большое количество квасцов и гипса, а там, где кислые воды реки смешиваются с пресными водами других рек, начинается природный процесс нейтрализации кислых вод с выпадением во взвесь гидроокислов алюминия. У села Левунг, где воды р. Банипутих и других рек вливаются в обширную ирригационную систему, можно наблюдать уже мощный мутно-белый поток с расходом около 4 м³ в секунду. Предварительные расчёты показали, что в литре этой воды находится до 0,5 г тончайшей белой взвеси с содержанием около 40% Аl²О³. Иными словами, на рисовых полях, орошаемых этой водой, ежесуточно рассеиваются десятки тонн гидроокиси алюминия».

В Индонезии и на островах тропической части Тихого океана, в отличие от берегов Курильских островов и Японии, местами возникают благоприятные условия для осаждения взвеси гидратов алюминия и железа. Это происходит на коралловых островах, где вода особенно чистая - в заливах-атоллах, отгороженных от действия волн. Сюда не поступают песчанистые и илистые частицы, поэтому осаждающаяся смесь гидратов окиси алюминия и железа почти не разубоживается (обедняется) посторонним осадочным материалом. Примером такого уже несколько измененного осадка является бурая, похожая на почву, масса на одной из морских террас кораллового острова Ниуэ (близ островов Тонга). В ее составе 38,6% Аl2О3 и 28,5% Fе²О³. Немалое значение имеет взаимодействие кислых вулканических вод с коралловыми известняками. Некоторая часть кислот при этом нейтрализуется, что вызывает энергичное выделение в осадок соединений алюминия и железа. Вместе с тем кислые вулканические воды растворяют известняки; в известняках возникают пустоты-каверны. В этих пустотах зарождаются и накапливаются выделившиеся осадки гидратов алюминия и железа. Таков возможный путь образования морских месторождений бокситов, вытекающий из данных о современной вулканической деятельности, как это представляет себе, в частности, К. К. Зеленое.

В последние годы возрос интерес к подводному вулканизму, особенно после работ академика Н. С. Шатского, доказавшего, что с подводной вулканической деятельностью связано возникновение определенных типов железных и марганцевых руд, образующих крупнейшие месторождения, накопление мощных толщ кремнистых пород-яшм, скоплений фосфоритов и других полезных ископаемых. Академик Н. С. Шатский привлек внимание исследователей к закономерным комплексам вулканических и осадочных пород, которые представляют собой не что иное, как определенные типы формаций горных пород. По способу образования слагающих пород такие формации называются вулканогенно-осадочными.