Первая кимберлитовая трубка открыта в 1866-м году. Разрабатывалась до 1914-го года вручную. Рудник признан крупнейшим в мире, раскопанным без применения техники. Увидеть масштабную воронку в земле можно в провинции Кимберли. В честь нее и названа первая трубка.
После подобные обнаружили и за пределами ЮАР и даже Африки. В России, к примеру, есть регион, на который приходится несколько крупных трубок. Речь о Якутии. В середине прошлого века там открыли сначала Зарницу, потом Мир, а следом Удачный, Сытыканский, Маршруитную. Все, как полагается кимберлитовым трубкам, подобны по форме бокалам, уходящим ножками вертикально в землю. Слагает образования твердая порода — кимберлит. Зачем же тратить силы и финансы на раскопки таковой?
Цель разработки кимберлитовых трубок
Кимберлит — ультраосновная горная порода, значит в ней 30—45% кремнезема, то есть оксида кремния с формулой SiO2. Минеральный состав породы — оливин, пироксен, флогипит, пироп. Первый слагает основную массу кимберлита. Однако ценят породу за минерал, которого на тонну приходится в среднем около 0,6 грамма, то есть 3-х карат. Речь, как понятно, об алмазе.
На кимберлитовые трубки приходится 90% мировых запасов алмазов. Они состоят из углерода. Из этого же элемента сложен, к примеру, графит, что используют в карандашах. Разница лишь в кристаллических решетках минералов. У алмаза атомы углерода расположены не только особым образом, но и максимально плотно. Поэтому бриллианты тверже прочих минералов, царапают и режут металлы.
Первая кимберлитовая трубка начала разрабатываться, когда в мире истощились россыпи алмазов. Их, подобно самородкам золота, можно было найти под ногами. Особенно богатыми были как раз африканские россыпи. Выбрав алмазы у поверхности, добытчики поняли, что нужно углубляться. Выяснилось, что кристаллы залегают в пределах трубковидных тел, уходящих на глубину до 1,5 километра. Когда появилась соответствующая техника, после карьерного метода разработки стали делать подземные рудники.
На кимберлитовой трубке Мир в , к примеру, такой действует с 2001-го года. Добытчики дошли до ножки «бокала», углубившись больше, чем на 500 метров. Кимберлитовая трубка в Якутии является крупнейшей в мире. У поверхности диаметр бокала равен километру. Вглубь образование уходит почти на 1,5. На тонну руды приходятся почти 5 карат. Стоит заметить, что 90% трубок не содержат алмазов. Однако 10% «бокалов» достаточно, чтобы удовлетворить мировую потребность в минерале.
Вопросы к кимберлитовым трубкам
При возможности интервьюировать геологические образования, ученые и журналисты задали бы кимберлитовым трубкам десятки вопросов. Стандартный взгляд на происхождение алмазоносных бокалов гласит, что это преобразовавшиеся у поверхности в минералы потоки магмы из глубин земли.
Они некогда вытолкнуты газами, которые под давлением вырывались наружу, буквально подбрасывая вверх тяжелое содержимое мантии. На пути это содержимое расталкивало и ломало более мягкие и рыхлые породы верхних слоев.
Подходя к поверхности, вытолкнутая газами магма отвердевала, разделяясь на минералы. Однако алмазы встречаются по всей глубине трубок и обусловлено это глубинным формированием бриллиантов. Именно с этим связывают их исключительную плотность.
Дело в колоссальном давлении на многокилометровых глубинах. Уже сформированные там алмазы подхватывались потоком, распределялись в нем. Какие-то кристаллы возносились к поверхности, а какие-то не доходили до нее. Такое происхождение кимберлитов — лишь гипотеза, поскольку остаются открытыми следующие вопросы:
1. Почему трубки находятся исключительно на древних платформах? Такие участки земной коры прошли этап формирования. Будучи древними, платформы тектонически устойчивы. Речь о толстых и твердых «корках» земли.
Непонятно устремление в таковые газов и магмы, ведь проще пробить тонкие платформы-новички, 10-километровое дно океанов или переходные зоны меж их водами и берегом. Толщина же плит с кимберлитами равна 40-ка километрам. В таких условиях нет действующих вулканов с той самой вырывающейся лавой, которая может нести из глубин алмазы.
Есть предположение, что трубки формировались во времена, когда ныне стабильные платформы были молоды. Наземная часть вулканов под действием внешних факторов разрушилась. Остались только подземные «бокалы».
2. Чем обусловлена форма минеральных зерен в кимберлите? Алмазы — единственные кристаллы в породе, причем кристаллы идеальной формы. Агрегаты тверды, но хрупки. Приходилось видеть, как скалывается грань бриллианта при ударе под определенным углом?
Почему же алмазы сохранили форму, поднимаясь из глубин, буквально пробивая путь среди поверхностных пород? Ученые не могут объяснить. Другие же минералы кимберлитов, коим тоже свойственен кристаллический вид, формировались из лавы у поверхности, но стали округлыми зернами.
Минерологи не нашли следов оплавления. Тогда можно было бы объяснить зернистость оливина, пироксена действием на них раскаленной магмы. Она могла буквально расплавить грани минералов. Однако при этом камни должны утратить кристаллическую структуру, превратившись в подобие стекла. Этого не произошло.
3. Почему кимберлитовые трубки бокаловидные, похожи на воронки. Выталкивание глубинным газом под напором пород на поверхность подобно взрыву. В однородной среде при этом должны образоваться сферические камеры.
Геологи называют их камуфлетными, изучили сотни таковых. Получается, ядерные реакции и взрывы внутри планеты не имеют отношения к образованию кимберлитовых трубок? На вопросы, вытекающие из одной теории, дают ответы другие гипотезы. Некоторые из них звучат правдоподобно.
Разгадка тайн кимберлитовых трубок
Доктором геолого-минералогических наук Александром Портновым выдвинута теория, согласно которой кимберлитовая трубка — большая дыра, образованная не потоками вырывающегося из глубин газа, а огромными пузырями из него. Это объясняет расположение и форму «бокалов», поскольку:
- Пузыри могут образоваться только под газонепроницаемыми древними платформами. Через рыхлые и тонкие молодые субстанция проходит еще в состоянии миниатюрных молекул. Под стабильными же платформами они собираются триллионами. В этом случае силы газа хватает, дабы образовать игловидную трещину.
- Через игловидную трещину в твердых глубинных породах пузырь просачивается в более рыхлые известняки, граниты. Подобно системе гидравлического привода автомобиля, газ как бы растекается в поверхностных породах, раздвигая их. Вот и получается бокаловидная форма трубки.
Теория Портнова основана на недавнем открытии так называемых глубинных форсунок или горячих точек. Именно над ними на уязвимых платформах образуются вулканы. Прожженная на сквозь кора Тихого океана, к примеру, стала вулканами Гавайских островов.
Однако если газ не может выйти, попутно вытолкнув магму, в местах горячих точек формируются пузыри. Каждый кубический километр таковых снабжен подъемной силой в 2,5 миллиарда тонн. Срабатывает закон Архимеда. Глубинная смесь водорода и метана легче воды. «Тела» древних платформ в 3 раза плотнее воды. За счет этой разности и осуществляется подъем газа.
По мере подъема пузыря под ним образуется область низкого давления. Поэтому кимберлитовая трубка на фото имеет брекчевидную структуру. Она подразумевает соединение в единую массу обломков сформированных ранее камней. Это объясняется перекристаллизацией под действием газа пород мании. Камни дробятся и буквально падают в область малого давления, то есть сначала в ножку бокала-трубки, а потом и в верхнюю чашу.
Мчась в потоке газа, по мнению Портнова, камни окатываются им, подобно гальке, теряя свои грани. Под микроскопом «окатанная» поверхность минеральных зерен напоминает микропористую структуру лопаток газовых турбин.
Образование алмазов в кимберлитах по Портнову
Теория Александра Портнова отвечает и на вопрос, почему алмазы в кимберлитовых трубках имеют форму кристаллов. Профессор «поднял» материалы 1969-го года. Тогда академик наук СССР Борис Дерягин синтезировал алмаз из метана, опровергнув возможность формирования минерала только из графита. Последний нестабилен в мантии земли, а вот метана там достаточно в виде карбидов водорода.
Дерягин синтезировал алмаз из метана при давлении ниже атмосферного. В глубинах мантии давление колоссальное, блокирует окислительные способности кислорода. По мере подъема газового пузыря, показатель падает до 5-ти килобар.
Пари этом кислород начинает соединяться с водородом и метаном. Это процесс самовоспламенения газа. Какое-то время в подземном резервуаре бушует пламя. Если кислорода в газовом пузыре минимум, элемент притягивает из молекул метана лишь водород. Остается чистый углерод. Он складывается в алмазы. С точки зрения теории, они формируются вместе с кимберлитовой трубкой, а не «вырываются» из мантии Земли.
Именно поэтому кимберлитовая трубка Попугаевой наполнена алмазами с идеальными, не сколотыми и не окатанными гранями. При образовании 90% кимберлитов кислорода в газовом пузыре было недостаточно, или с излишком. Последнее приводит к сгоранию углерода. При этом кислород вырывает из силикатов железо. Так образуется магнетит. Получаются кимберлиты без бриллиантов, но с повышенной магнитностью.
Если кислорода в газовом пузыре, проколовшем литосферную плиту мало, итогом реакций становятся пары воды. Они впитываются породами, минеральной пылью. Как правило, влагу вбирает серпентинит — одна из типичных составных кимберлитов.
1954 год, кимберлитовая трубка «Мир», тогда открытая, стали прорывом на алмазном рынке России. Меж тем, геологи могли наткнуться и на трубки, лишенные бриллиантов. Добытчики сравнивают такие с нерабочими дымоходами. Если же труба действует, в ней, подобно саже, оседают кристаллы.
Перед тем, как назвали кимберлитовую трубку в провинции Кимберли, геологи прошлого столетия задумались над природой включений в алмазах из «бокала». Некоторые бриллианты захватили частицы пиропа и других минералов.
Возраст включений превышает возраст самой трубки. Это типично для многих кимберлитов. Определение возраста — основа для теории, что алмазы сформировались в мантии, лишь потом поднявшись к поверхности. С точки же зрения профессора Портного, сторонние включения в камнях — пыль, поднятая газом из глубин. Возраст самих бриллиантов с ней не совпадает.
