Текст книги "Рассказы о драгоценных камнях"

Автор книги: Валерий Петров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 13 страниц)

Весьма важно подчеркнуть, что формирование искусственного лазурита идет при температурах только ниже 500°. Это очень важный факт, позволяющий понять многие детали образования естественного лазурита. Полученный после обжига продукт крайне своеобразен. В нем содержится от 25 до 35 % солей (сульфат натрия, гипосульфит) и только остальное – лазурит. Синтезированный таким образом лазурит довольно мелкий, в нем только 20–30 % кристаллов образуют зерна размером 0,1–0,2 мм, остальная большая часть синтезированной краски сложена зернами, не превышающими единичных микрометров.

Для геолога крайне важно в синтезе лазурита-ультрамарина то, что он идет только в условиях очень большого избытка солей. Как будет видно далее, ассоциация лазурита с солями в природе весьма примечательна.

Дальнейшая обработка полупродукта – спека – заключается в тщательной промывке спека теплой водой для вымывания из него всех растворимых солей, а затем его дроблении и фракционировании с целью отмывки ультрамарина от всех непрореагировавших остатков шихты, в первую очередь каолина. Остается еще сортировка и упаковка продукта, после чего он готов к использованию.

Делались опыты по получению красок типа ультрамарина, но иных цветов; среди них нашел некоторое применение только фиолетовый ультрамарин, который получается при 24-часовом обжиге синего ультрамарина в 5 %-ном хлористом аммонии при 150 °C. Розовый ультрамарин получается из синего при обработке последнего сухим хлористым водородом в окислительной среде при 150–180 °C. Розовый оттенок получается при экспозиции пигмента на воздухе. Нагревая розовый ультрамарин до 360°, можно получить желтую краску. Указывается, что «селеновый ультрамарин» имеет кроваво-красный цвет. Ничего этого промышленностью пока не выпускается. Остается только мечтать, что будет создана серия разнообразных очень прочных силикатных красок.

Следует обратить внимание еще на одну особенность синтеза ультрамарина. В литературе указывается, что делались опыты использования нефелина, минерала наиболее близкого по химическому составу к лазуриту, как компонента шихты для синтеза ультрамарина, но эти опыты оказались неудачными. Наоборот, длительный нагрев ультрамарина ведет к потере серы и кристаллизации бесцветного нефелина. Это можно рассматривать как еще одно доказательство того, что лазурит устойчив только при относительно низких температурах.

И, наконец, последний вывод. До опытов синтеза ультрамарина не предполагались различия состава природных лазуритов, синтез же очень отчетливо показал существование разных по составу продуктов. Видимо, минералогам следует учесть это и тщательно изучить различные по оттенку* лазуриты. Описываются иногда фиолетовые и светло-голубые разности. Видимо, это может быть следствием различий в химическом составе; может быть, даже само отличие лазурита из разных месторождений также является следствием тонких различий состава. Если бы удалось разгадать, почему афганский лазурит обладает прекрасным темным цветом, а чилийский светлый и гораздо менее красивый, то можно было бы раскрыть многие секреты природы.

Ультрамарин – синяя краска – синтезирован, но крупнокристаллический плотный агрегат – драгоценный лазурит – пока еще никем не получен. По многим примерам известно, что получение крупных кристаллов часто представляет весьма большую трудность, иногда это даже труднее, чем синтез вообще. Очевидно, синтез крупнокристаллического драгоценного лазурита – это задача будущего.

Для минералога лазурит представляет собой большую и еще не совсем расшифрованную загадку. Во-первых, необычен химический состав лазурита. Прежде всего это силикат, т. е. минерал, основу которого составляют кремний и кислород. Обычно в силикаты входят глинозем и различные щелочные и щелочноземельные элементы. Все это характерно и для лазурита, но, кроме того, в состав лазурита входит сера – элемент, совершенно не свойственный силикатам; это уже неожиданно, и положение ее в общей структуре этого силиката пока не ясно.

Второй загадкой лазурита является его цвет. Силикаты, как правило, совершенно бесцветны. Окраску им, всегда очень слабую, придает примесь тяжелых металлов, или, как их иногда называют, «хромофоров». Особенно сильным хромофором является хром, придающий зеленую или красную окраску гранатам, зеленую окраску – изумрудам. Несколько менее интенсивную окраску силикатов вызывает железо, как в окисной, так и в закисной формах. Окисное железо окрашивает обычно силикаты в желтый или красно-бурый цвет. Такую окраску можно было видеть на примере полевых шпатов Мадагаскара. Закисное двухвалентное железо окрашивает силикаты обычно в синевато-зеленый цвет. Прекрасный пример этого – окраска аквамарина. Для медных соединений характерна яркая зеленая окраска. Эта привычная связь окраски и содержания в минерале тяжелого элемента, видимо, и была причиной того, что в приведенной в заголовке цитате из сводки Брикмана говорится о содержании меди в лазурите. Совершенно прав был Василий Беспалов, указывая на полное отсутствие меди в лазурите, но, в свою очередь, и он ошибался – лазурит, как оказывается, тоже может совершенно не содержать железа.

Единственной остающейся возможностью является предположить связь цвета лазурита с присутствием в нем серы. Однако и это предположение в высшей степени неожиданно; хромофоры везде проявляют свою способность окрашивать бесцветные вещества, если они входят в эти вещества, сера же входит в состав очень многих минералов, не содержащих хромофоров, и везде и всегда эти минералы бесцветны, а часто и прозрачны. Можно вспомнить здесь хорошо известные всем квасцы или английскую соль, куда сера входит в довольно больших количествах. Сказанное заставляет предположить, что цвет вызывает необычное ионное состояние серы, входящей в структуру минерала. Конечно, это только предположение, и необходима еще большая научная работа, чтобы доказать его. Пока же все имеющиеся факты с ним согласуются.

Природа силикатов во многом зависит от условий, в которых эти минералы образуются. В тех случаях, когда в данном месте в природе хватает и кислорода, и кремния, оба эти элемента могут соединяться между собой, давая единую кристаллическую постройку, представляющую собой бесконечный каркас, полностью и равномерно заполняющий пространство; так кристаллизуется минерал кварц. При дефиците кремния в каркасе на его место может стать алюминий, но первый – четырехвалентен, а второй – трехвалентен. Ненасыщенная четвертая валентность кислорода, которая ранее уравновешивалась кремнием, здесь должна удовлетворяться щелочным элементом. Наиболее часто это бывает натрий; образуется весьма распространенный минерал – альбит. Натрий находит себе место в каркасе, но, правда, при этом форма каркаса несколько искажается. Еще больший дефицит кремния ведет к замещению двух его атомов на алюминий. Остаются две свободные кислородные валентности, которые могут заместиться или одним кальцием, если он есть в растворе, или двумя ионами натрия. В первом случае формируется минерал анортит, а во втором – нефелин. Ну, а если в данном месте кремнекислоты не хватает и для создания нефелина мало и алюминия – как природа поступает тогда? Отказывается от энергетически очень выгодной каркасной структуры? В ряде случаев – да, но и каркасная структура еще имеет ряд возможностей.

В межкаркасных пустотах можно поместить еще некоторые группы элементов, сами по себе нейтральные. Это может быть хлористый или сернокислый натрии, сернокислый кальций и т. д. Входя в каркас, эти соединения меняют свойства минералов и, что, пожалуй, сейчас для нас наиболее важно, затрудняют прохождение света через эти кристаллы. Однако, чтобы получить окраску, такие минералы (гаюин, содалит, нозеан и другие) должны подвергнуться радиоактивному облучению. В недрах всегда имеется очень слабая радиоактивность, которая в течение очень большого срока существования минерала успевает его «зарядить». И надо сказать, что цвета минералов этого ряда иногда очень красивы. Так, гаюин может быть ярко-синим, небесно-голубым, красным и желтым. К сожалению, окраски эти весьма неустойчивы и исчезают в ряде случаев просто при стоянии минерала на свету.

Лазурит относится к минералам именно этой структурной группы, и по составу, и по структуре он весьма близок к гаюину, но цвет лазурита весьма устойчив. Даже в тончайшем порошке он обладает очень прочным ярким сипим цветом. Исследователи полагают, что причиной этого является появление нескомпенсированных заряженных ионов в гаюине, вызванных радиоактивным облучением, а в лазурите – обусловливается его кристаллизацией. Многое здесь, конечно, не ясно, но совершенно очевидно то, что если удастся полностью понять структурную и химическую причины появления устойчивой очень яркой окраски лазурита, то это сулит расшифровку генезиса многих веществ и позволит получить многие разновидности силикатных красок.

Обратимся теперь к месторождениям лазурита в природе. Самым интересным среди них, пожалуй, является месторождение в США, в свите Грин-Ривер. Здесь нет ни крупных кристаллов лазурита, ни крупных его синих кусков, из которых можно было бы сделать хотя бы брошку или вставку в кольцо. Здесь открыты только мельчайшие, с трудом различимые под микроскопом зерна. Их размеры всего лишь 5—15 мкм, но для геолога эти находки полны глубокого смысла, так как открывают многие тайны условий образования этого минерала.

В центральной части США, главным образом на территории штата Вайоминг и отчасти в штатах, расположенных к югу и востоку от него, развита очень своеобразная толща пород, сложенная осадками многих, длительно существовавших здесь (40–45 млн. лет тому назад) озер. Свиту эту по речке, где впервые описаны слагающие ее породы, назвали свитой Грин-Ривер (зеленой рекой). Сначала на эту свиту обратили внимание ученые. В ней оказались многие минералы, которые ранее встречались только в магматических породах, но условия нахождения этих минералов и их весьма совершенные кристаллические формы свидетельствовали, что минералы эти образовались именно в этой свите. В числе редких вообще минералов в этой толще оказались трона – водосодержащий содовый минерал и давсонит – углекислый натрий и алюминий. Преобладают же в свите сильно битуминозные глинистые сланцы.

Дальнейшие исследования показали, что трона иногда вместе с солью образует довольно мощные слои. Свитой заинтересовались промышленные фирмы, началась разведка, которая показала, что запасы содового сырья здесь огромны. Сейчас в Вайоминге существуют крупные рудники, дающие США значительную часть всей потребляемой этой страной соды. Дальнейшие исследования показали, что сами битуминозные сланцы свиты представляют ценнейший источник энергетического топлива; было выявлено, что давсонит тоже образует крупные пласты, что из него очень легко получить алюминий и что запасы такого алюминия в свите Грин-Ривер соизмеримы с мировыми ресурсами алюминия в других алюминиевых рудах. Изучение свиты Грин-Ривер может быть примером, когда исследования, начатые как чисто теоретические, в конце приносят огромный практический результат.

В процессе разведки свиты Грин-Ривер из одной буровой скважины был извлечен столбик породы (керн), где были синие пятна. Разведчики не сумели определить этот минерал и передали его для изучения известному американскому исследователю глин У. Бредли, который, применив ряд очень «хитрых» методов, сумел показать, что в куске среди троны и соли образовались листочки талька и крохотные кристаллики лазурита. Кристаллы лазурита использовали для своей постройки весь глинозем, который был в растворе, тальк – оставшуюся кремнекислоту и магний. Крайне характерно, что весь процесс образования лазурита шел в условиях очень большого избытка щелочей, что, как мы видели, типично и для условий искусственного синтеза этого минерала. Очень примечательно также, что кристаллизация лазурита в Грин-Ривер происходила при относительно низких температурах. Все это свидетельствует о том, что для получения лазурита необходимо только существование своеобразной физико-химической среды. Редкость лазурита, таким образом, обусловливается именно редкостью этих условий.

Лазурит является очень заметным и интересным минералом, и поэтому можно думать, что большинство имеющихся на земле месторождений этого минерала уже известно. В Канаде лазурит, как предполагают, образовался при метаморфизме слоев ангидрита, переслаивавшихся с глиной. Мелкие, очень плохо изученные месторождения лазурита отмечаются в ЮАР, Индии, Бирме и еще в некоторых местах США. Крупных же месторождений только три: Афганистан и Памир, которые можно рассматривать как единое месторождение; Слюдянка, об открытии которого выше было рассказано, и, наконец, месторождение в высокогорной восточной части Чилийских Анд. Здесь эксплуатируется месторождение Карен, в истоках реки Рио-Гранде на высоте 4500 м над уровнем моря. Количество добываемого здесь лазурита довольно велико, но качество, к сожалению, не очень высокое. Достаточно указать, что стоимость чилийского лазурита примерно в десять раз ниже, чем стоимость афганского материала.

Из трех крупных месторождений лазурита наиболее изучено Слюдянское месторождение, которое наиболее доступно. Афганские и памирские месторождения изучались советскими специалистами, и сейчас можно уверенно говорить об их идентичности Слюдянскому месторождению. Очень немногие данные, имеющиеся в литературе по месторождениям Чили, также говорят об их аналогичности месторождениям Слюдянки.

Район реки Слюдянки, впадающей в оз. Байкал у самого южного его конца, слагают древнейшие на земле архейские породы. Образовались они примерно 3 млрд. лет тому назад и за это огромное время претерпели очень большое количество изменений, и сейчас, изучая их на дневной поверхности, можно отчасти восстановить их историю. Прежде всего, можно уверенно говорить, что после своего образования эти породы были погружены на глубины 25–30 км, где господствовали температуры 600–800 °C и давление 6–9 тыс. атм. Можно предположить, что это погружение сопровождалось накоплением над слюдянской толщей больших масс более молодых осадков, но позднее при обратном подъеме слюдянской толщи к дневной поверхности все это было смыто полностью.

Сильные изменения, которые слюдянские породы претерпели, позволяют делать только некоторые предположения о их первоначальном составе. Сейчас среди всех пород, слагающих Слюдянский архей, можно выделить нижнюю толщу, где преобладают силикатные породы, и верхнюю, где наибольшим распространением пользуются карбонаты. По характеру взаимоотношений между породами, иногда встречающимся прослойкам песчанистых и карбонатных пород предполагается, что нижняя часть первоначально образовалась как морской осадок, в котором преобладал вулканогенный материал, и только небольшие прослои образовали нормальные морские осадки.

В верхней части толщи, наоборот, преобладают карбонатные породы, известняки и доломиты с большим количеством первоначально песчанистого материала. Все это позволяет предполагать, что при образовании этой верхней слюдянской толщи в море, существовавшем 3 млрд. лет тому назад, господствовало нормальное осадкообразование, а вулканические извержения были относительно редки.

В период самого глубокого погружения осадки архейской толщи находились при таких параметрах температур и давлений, когда наиболее легкоплавкие части горных пород уже могут расплавляться с образованием гранитной магмы. По-видимому, в некоторых слюдянских породах это и происходило. Возникшая гранитная магма частично затвердела в месте своего образования, создав гнейсовые толщи, а частично – внедрилась в вышележащие карбонатные породы, где и застыла, образовав жилы транита и пегматита. Карбонат является породой, исключительно бедной кремнеземом. Углекислый магний и углекислый кальций, слагающие карбонатные слои в условиях высоких температур, стремятся взаимодействовать с кремнеземом с образованием соответствующих силикатов. Это стремление настолько велико, что некоторые жилы гранита обедняются кремнеземом и вместо кварца и полевого шпата, нормально присутствующего в граните, кристаллизуются нефелин или даже гаюин.

Подъем Слюдянского района с огромных глубин, на которых шло изменение пород и внедрение гранитных жил, происходил, видимо, довольно медленно, но далеко не спокойно. Слои пород, слагающих район, претерпели многочисленные изгибы, растяжения и сжатия. При этом весьма сильно сказывалась пластичность пород. В условиях изгиба пород, что происходило при повышенных температурах и давлениях, мрамор оказался значительно более пластичным, чем гранитные жилы, поэтому гранитные жилы раскалывались на отдельные блоки и получали многочисленные трещины; мрамор же тек как пластичная масса, затекая в трещины между разорванными блоками гранита.

Следующий этап образования месторождения имеет место при еще более низких температурах, когда в толще мраморов циркулировали пропитывавшие их воды, температура которых в общем соответствовала температуре всей толщи. Гранит, слагающий жилы, неравновесен с вмещающим их доломитовым мрамором. Доломит – это двойная углекислая соль магния и кальция. В граните псе довольно обильны кремнезем, глинозем и, конечно, калий и натрий. При относительно высоких температурах, где устойчивы силикаты, а не карбонаты, такие минералы не могут находиться совместно. Происходит, как назвал Д. С. Коржинский, «биметасоматический» процесс. За счет окиси магния и кальция, доломитового мрамора и кремниевой кислоты гранита кристаллизуется диопсид – силикат кальция и магния, щелочи же и глинозем, освобождающиеся при этом из гранита, вместе о тем же магнием доломита обычно дают флогопит – главную достопримечательность Слюдянки. Слюда здесь добывалась многие годы, начиная с глубокой древности. Еще дальше от гранита располагается зона кальцитового мрамора – это тот доломит, который потерял магний, пошедший на образование флогопита.

В некоторых слоях Слюдянского района исследователи встречаются с полной неожиданностью. Вместо зоны слюды вокруг обрывков гранитных жил попадаются зоны густо-синего лазурита. Химически картина образования лазуритовой зоны очень близка к химической картине образования слюдяной зоны. Так же как и в слюде, в лазурите концентрируются глинозем, немного кремнезема и щелочи из гранита, т. е. все то, что не пошло на формирование диопсида в первой зоне, но вместе с этим здесь концентрируется и сера, причем, судя по всему, серы здесь довольно много. В ряде случаев сера не только связывается с кремнеземом и щелочами в лазурит, но и с железом. В случае слюды железо входит в состав слюды, а лазурит железа не содержит, и железо с серой дает свой золотистый минерал – пирит. Образуется тот совершенно замечательный по своей декоративности очень дорогой сорт лазурита, который носит название «звездного неба», где на фоне густо-синего лазуритового «ночного неба» блистают яркие золотистые кристаллики пирита – «звезды», рассыпанные по «небу».

Источник серы при образовании лазурита является еще одной геологической загадкой лазурита. Самое простое «упрятать» загадку в недра. Обычно геологи так и делают: серу принесли с собой из недр растворы, вызывавшие изменение гранита. Такое утверждение опровергнуть крайне трудно; ни состав растворов, ни их источник, ни пути, по которым они двигались, совершенно неизвестны, и здесь широкое поле для фантазирования. И в работах ряда исследователей, склонных к фантазии, растворы могут сделать буквально все – они всемогущи.

Нужны детальные и очень точные исследования, чтобы точно понять роль растворов и их возможности. Длительное изучение, проведенное на Слюдянском месторождении в последние годы В. Н. Матониным и М. А. Лицаревым – на Слюдянке и на Памире, показало, что появление лазурита за счет гранита приурочено только к некоторым строго определенным пластам; трудно сказать, один это пласт или несколько, но совершенно ясно, что всегда, когда гранит попадает в слой, где в другом месте идет образование лазурита, то и здесь вокруг него образуется лазурит, много или мало – это уже не так ясно, но он обязательно будет; в других же слоях, даже не очень далеких, этого минерала нет. И еще одно: в самом мраморе, в том слое, в котором образуется лазурит, встречается самородная сера в виде мелких желтых зернышек, сидящих в мелких пустотках. Кроме того, при расколе молотком этого мрамора очень сильно пахнет сероводородом. Очевидно, этот газ выполняет пустоты в кристаллах карбоната. Весьма интересно, что еще в 1891 г. норвежский геолог Брёггер указал на постоянную ассоциацию лазурита с серой и графитом, но исследователи Слюдянки не придавали этому значения.

Все эти новые выявленные факты заставляют решительно протестовать против предположения о привносе серы растворами. Если бы растворы, циркулировавшие по слюдянской толще, везде содержали серу, то везде вокруг блоков гранита в мраморе должны были бы образовываться зоны лазурита, но этого нет. Более вероятно предположение о связи серы только с определенными слоями мрамора. В этом случае не надо предполагать даже вообще движения каких-либо непрерывных «токов раствора» для образования «биметасоматических» зон на границах двух неравновесных пород. Достаточно только небольшого количества воды – горной влажности. Эта вода, циркулируя между неравновесными породами, перекосит недостающие вещества, постоянно изменяя свой состав, обеспечивая кристаллизацию устойчивых минералов, образующих необходимые реакционные зоны.

Таким образом, наиболее обоснованным сейчас будет предположение, что сера изначально присутствовала среди мраморов, а это может быть только в том случае, если карбонатные породы – осадочные доломиты – отлагаясь, переслаивались с солями и гипсом. Стоит напомнить читателям о находке лазурита в свите Грин-Ривер в США. В сущности говоря, и здесь на Слюдянке, если высказанное предположение правильно, геохимические условия образования лазурита те же, что и в Грин-Ривер, но на Байкале это образование шло при более высоких температурах, чем в Америке, а как следствие этого – крупная кристаллизация лазурита и сплошные массы, сложенные этим минералом, а не отдельные мельчайшие зерна, как это было описано в солях США. Следует, однако, подчеркнуть, что и здесь температуры не могли быть очень высокими. Напомним, что при синтезе ультрамарина при перегреве материал получается бесцветным. Еще одна аналогия с синтезом – в слюдянских мраморах присутствует сера, т. е. при образовании лазурита, видимо, везде имела место восстановительная среда и избыток солей. Это то же, чего добиваются химики при синтезе ультрамарина.

Предположение о связи лазурита с осадочными соленосными породами, сделанное М. А. Лицаревым и В. И. Виноградовым еще несколько лет тому назад, проверялось в течение всего последнего времени, и было найдено несколько новых независимых доказательств. Во-первых, с помощью тонких физических исследований было показано, что строение атома серы в лазурите (ее изотопный состав) такое, которое характерно для осадочных пород, а во-вторых, на Памире в продуктивной на лазурит толще мраморов имеются натеки поваренной соли, явно вымываемые дождевыми водами из мрамора.

Сделанное выше предположение о связи лазуритовых месторождений с толщами древних осадков, содержащих отложения солей, теоретически крайне интересно. Надо указать, что предположение о существовании в архейских осадках соленосных толщ находит подтверждение не только в лазуритовых месторождениях; в ряде других районов, вне связи с лазуритом, геологи приходят к выводу о существовании солей среди древнейших архейских отложений. Вывод этот имеет огромное теоретическое значение. Ведь это говорит о том, что моря, существовавшие почти 3 млрд. лет тому назад, имели примерно такой же химизм, как и сейчас, и тогда в них местами отлагались соли так же, как это имеет место в современных озерах Сиваша или в заливе Кара-Богаз-Гол.

Чем далее идет изучение месторождений лазурита, тем больше находится доказательств того, что лазурит образуется в толще ранее существовавших эвапоритовых толщ. Недавно канадские геологи опубликовали статью, где, цитируя работы советских авторов, указывают, что и изученные ими месторождения также образовались за счет легкорастворимых солей, отложившихся при выпаривании морской или озерной воды.

Когда я вижу красивую лазуритовую брошку, я любуюсь ею, но вместе с тем я не могу не представлять моря далеких от нас времен, когда в них едва только зарождалась жизнь, но уже образовывались соляные залежи, и думаю о тех громадных глубинах, где эти соли подвергались взаимодействию с гранитом или другими силикатами, создав в результате прекрасное голубое дитя – драгоценный лазурит.