Древнейший в мире пляж находится в Карелии

karelija tundra
Кейвская тундра (Карелия)

Все дачники и отдыхающие любят лениво загорать на пляжах – отлогих берегах озер и морей под монотонный, усыпляющий шум волн, перекатывающих зерна песка и мелкую гальку (в этом отношении мы мало чем отличаемся от братьев наших меньших – тюленей и котиков). Но не все знают, что на пляжах на глазах у них возникают россыпи – важнейший тип месторождений полезных ископаемых.. Россыпями геологи называют перемытые водой песчанистые пласты с повышенной концентрацией ценных устойчивых минералов, оставшихся при выветривании и разрушении коренных пород или месторождений.Обычно россыпи залегают среди осадочных пород – песков и глин; для их возникновения необходим теплый влажный климат, в условиях которого глубинные породы как бы “гниют”: при этом из полевых шпатов и слюд дождевые воды, при участии углекислоты атмосферы, бактерий и органических кислот, выщелачивают калий и натрий. Теряя щелочные элементы, эти минералы разрушаются и превращаются в белую глину – каолинит, а устойчивый кварц остается. В итоге заоблачные горы превращаются в груды рыхлой глины и кварцевого песка.

Кроме кварца при выветривании гранитов остаются редкие устойчивые минералы циркон (ZrSiО4) и монацит (СеРО4), из которых добывают цирконий и редкоземельные элементы. Легкие глины и кварцевый песок уносятся реками и отлагаются на дне озер и морей, превращаясь впоследствии в глинистые сланцы и песчаники. Тяжелые рудные минералы образуют россыпи, накапливаясь при перемыве песков на пляжах.

При выветривании темных железистых пород типа базальтов (например, около города Батуми) возникают пляжи, черные от зерен черного магнитного железняка. Выветривание гранатовых гнейсов украшает некоторые южноуральские озера пляжами красного цвета – из зерен граната. Но при выветривании гранитов обычно остаются циркон-монацитовые россыпи, которые отличаются от окружающих песков и глин повышенной радиоактивностью, поскольку в цирконе и монаците всегда содержатся уран и торий.

На Земле преобладают молодые россыпи, возраст которых составляет несколько миллионов лет, они располагаются в долинах рек или вдоль берегов морей, из них добывают золото, платину, олово, титан, цирконий, алмазы. Известны и более древние россыпи, погребенные под толщами осадков. Они возникли десятки и даже сотни миллионов лет назад – в палеогене, мезозое и палеозое – и свидетельствуют о руслах исчезнувших рек и пляжах высохших морей. Наличие древних россыпей указывает на жаркий и влажный климат в прошедших эпохах истории Земли.Но могут ли россыпи иметь возраст в миллиарды лет? Иначе говоря, похожи ли были древнейшие ландшафты Земли на современные?

Шумел ли три миллиарда лет назад морской прибой, возникали ли под проливными дождями “коры выветривания” магматических пород?.. К архейским россыпям обычно относят только кварц-пиритовые конгломераты гигантского золотоуранового месторождения Витватерсранд в Южной Африке, хотя, по нашему мнению, они лишь внешне напоминают речные отложения, а в действительности – это глубинные рудные залежи, образованные бурлящими рудоносными подземными потоками, обогащенными газом (“Природно-ресурсные ведомости”, N 17 (34), август 2000 г. – “Глубинные золотоносные “реки” Земли”).

Настоящую древнейшую прибрежно-пляжную россыпь, залегающую в осадочных породах архейского возраста и намытую волнами на берегах неведомого моря в эпоху самой ранней истории Земли, нам удалось обнаружить при проведении аэрогео-физической съемки в центральной части Кольского полуострова.. Россыпь залегала в толще осадочных пород с возрастом около 2800 млн. лет, она обозначилась при съемке урано-ториевой аномалией необычной формы – в виде длинной сдвоенной полосы, вытянутой по простиранию слоев осадочных пород. Так проявил себя пласт песчаника с повышенной радиоактивностью, который прослеживался по крыльям большой синклинальной складки, т.е. геологической структуры, похожей на узкое корыто; радиоактивный пласт выходил на поверхность по краям этого “корыта” и погружался к его центру, ныряя под перекрывающие его более молодые сланцы.

Для геологического изучения такой необычно крупной радиоактивной аномалии меня с рабочим высадили с вертолета в невысокие холмистые Кейвские тундры, протянувшиеся с запада на восток в центре Кольского полуострова. Мы поставили палатку и начали знакомиться с геологией района. Маршруты показали, что радиоактивную аномалию вызывал прослой древних архейских песчаников мощностью около 50 м. Характерная “косая слоистость” радиоактивных песчаников указывала на то, что эта порода возникла в прибрежной зоне и была когда-то пляжем, где морской прибой отмывал тяжелые минералы. “Пляж” был огромным, потому что радиоактивный пласт протягивался на сотню километров в широтном направлении и повторялся в 10-15 километрах южнее, как бы “выныривая” из-под перекрывающих черных сланцев.

Содержание урана составляло 40 г на тонну породы, содержание тория – 80 г на тонну породы, что многократно превышало средние содержания этих радиоактивных элементов в земной коре. Поэтому аппаратура на борту самолета Ан-2 четко отрисовала аномалию гамма-излучения. Микроскопическое изучение показало, что радиоактивность была связана с повышенной концентрацией мелких окатанных зерен циркона и монацита – типичных минералов пляжных прибрежных россыпей, возникающих при выветривании гранитов.Детальную геологическую карту этого района ранее составил геолог Кольского филиала АН СССР И.В. Бельков, впоследствии доктор геолого-минералогических наук. Он показал в своих работах, что в синклинальной складке в центре Кольского полуострова сохранился комплекс древнейших осадочных пород, состоявший из мощной толщи песчаников и вышележащих сланцев.

И.В. Бельков выделил множество отдельных осадочных слоев, которые при небольшой мощности отличались удивительной выдержанностью по простиранию. Удивительно, что пласты мощностью в полметра тянулись на десятки километров: в одних преобладал дистен, в других – гранат, в третьих – крестообразные сростки минерала ставролита; тонкий прослой с пластинчатыми черными кристаллами титанового минерала ильменита я проследил на 10 км: точно такие же ильменитовые сланцы я описывал раньше в древних черных сланцах Витимо-Патомского нагорья в Восточной Сибири. Выдержанность разных по составу прослоев напоминала полосчатые ленточные глины, отложенные на дне современных озер.В глубинах Земли песчаники и глинистые сланцы были изменены или, как говорят геологи, метаморфизованы: песчаники частично превратились в гнейсы и граниты, а каолиновые глины под действием высокой температуры и давления стали кристаллическими сланцами со слюдой и необычным минералом дистеном. Его столбчатые кристаллы легко царапаются ножом вдоль удлинения, но поцарапать его поперек невозможно, поскольку твердость в этом направлении резко возрастает; это свойство отразилось в названии (по-гречески “дистен” – “двоякосопротивляющийся”). Называют этот минерал также кианитом, т.е. “темно-синим”; в нем содержится 63% Аl2О3, поэтому дистеновые сланцы представляют интерес как руда алюминия.О пласте с повышенной радиоактивностью в работах И. Белькова не упоминалось, возможно, в связи с тем, что при слове “уран” любая публикация становилась в те времена совершенно секретной и многие геологи были вынуждены во избежание ненужных осложнений просто избегать этой бессмысленно закрытой и “опасной” для обсуждения темы.

Разрезы, составленные И.В. Бельковым, были точными и детальными. Он выделил все различные слои осадочной толщи, а для выделенного нами радиоактивного пласта отметил косую слоистость, что характеризует пляжные прибрежные отложения. Россыпь подстилали низкорадиоактивные песчаники, частично превращенные в кристаллические сланцы и гнейсы. В них сохранялась косая слоистость, характерная для прибрежных песков; иногда в них были прослои скатанной кварцевой гальки. Кристаллические сланцы и гнейсы возникли при изменении древних песчаников с примесью глины, погруженных на большую глубину. Под действием высокой температуры и давления глина превратилась в темную слюду, подчеркивавшую косую (взаимопересекающуюся) слоистость первичной осадочной породы.Выше радиоактивного пласта залегала мощная толща черных глиноземистых сланцев с пластинчатыми кристаллами дистена – Al2SiО5. Однако дистен возник не сразу, он кристаллизовался по минералу андалузиту, который имеет такой же химический состав, как и дистен, но отличается более рыхлой кристаллической структурой. Возникновение дистена по андалузиту позволяло оценить условия, в которые попали пески и каолиновые глины – Al4(Si4O10)(OH)8: температура была не менее 400-500° С, а давление – порядка 12 кбар. Тем не менее осадочные породы сохранили многие структурные особенности, свойственные осадкам.

Севернее геосинклинали выходили на поверхность поднятые с большой глубины древние архейские мурман-ские граниты. Это сочетание древних гранитов, измененных песчаников, глин и цирконо-монацитовой россыпи было не случайным. Очевидно, граниты представляли собой сточенные неумолимой эрозией “корни” некогда высоких гранитных плоскогорий, от разрушения которых в прибрежной зоне остались пески, глины и пляж, засыпанный цирконом и монацитом. Около трех миллиардов лет назад в условиях не очень жаркого, но влажного климата граниты широким плащом накрыла “кора выветривания”, состоящая из белых каолиновых глин с кварцевыми зернами и примесью редких минералов.Реки размывали глину, отделяли ее от кварцевого песка. В неведомом море песок отлагался вблизи берегов, волны его перемывали и концентрировали тяжелые радиоактивные минералы на пустынных пляжах. Море наступало, прибрежные россыпи с цирконом и монацитом уходили под воду, их закрывали пласты каолиновых глин, которые в виде мути уносились далеко от берега и отлагались на больших глубинах. Восстановительная среда в глинистом осадке способствовала сохранению падающего на дно органического вещества: возможно, это были остатки сине-зеленых водорослей. Органического вещества было так много, что оно окрасило белые каолиновые глины в черный цвет: древнейшее море было уже наполнено примитивной жизнью!

Для оценки климата архея важно, что “коры выветривания” были каолиновыми, характерными для умеренных широт, а не бокситовыми, возникающими в зоне экватора. Это можно объяснить или относительно невысокой температурой, при которой происходило выветривание, или более высоким, чем сейчас, содержанием углекислоты в атмосфере Земли. Дело в том, что каолинизация горных пород идет в слабокислой среде, связанной с повышенной концентрацией СО2 в холодных дождях средних широт, тогда как для бокситизации, когда выносится и кремнезем, необходима щелочная среда с пониженным содержанием углекислоты в теплой воде. Если бы в архее шла бокситизация, то в сланцах вместо дистена был бы минерал корунд, оксид алюминия.Сейчас породы Кольского полуострова глубоко эродированы, большая часть их стерта с лица Земли. Миллиарды лет их уничтожали дожди, реки и, наконец, льды относительно недавних великих оледенений. Поэтому глиноземистые сланцы сохранились лишь в провальной зоне огромного “корыта”, северный борт которого подпирают мурманские граниты. Запасы алюминия здесь так велики, что дистеновые сланцы могли бы обеспечить сырьем всю алюминиевую промышленность России. Но алюминий входит в состав дистена, разложение которого требует больших энергетических затрат.

Наличие древнейшей россыпи в зоне интенсивного метаморфизма позволило выяснить, как ведут себя радиоактивные элементы в условиях гранитизации осадочных пород, т.е. при превращении радиоактивных песчаников в граниты. Особенностью россыпного пласта было то, что в южной части геосинклинали радиоактивный пласт оставался песчаником и был практически не гранитизирован, а в северной, вблизи от глубинного разлома, отделявшего древние осадки от мурманских гранитов, гранитизация была сильной. Проявлялась она в поведении калия: в песчаниках южного крыла складки содержание К не превышало 1% и было связано с примесью слюды, а в северном крыле, в зоне гранитизации, его содержание увеличилось до 3-4% за счет новообразованного калиевого полевого шпата. Однако среднее содержание урана и тория в сотне проб, отобранных на южном и северном крыльях, осталось одинаковым: 40 г/т для урана и 80 г/т – для тория. В западном направлении нарастала также концентрация натрия, что привело к образованию за счет архейских песчаников небольшого Сахарйокского массива сиенитов – высокощелочных натрий-калиевых пород. В щелочной среде обломочный монацит оказался неустойчивым, а составляющие его уран, торий, редкоземельные элементы и фосфор объединились в апатитоподобный редкоземельный силикат бритолит, где роль фосфора в значительной мере выполняет кремний.

При калишпатизации, т.е. в начальной стадии щелочного метасоматоза, радиоактивные элементы остались в составе циркона и монацита. Песчанистая россыпь превратилась в радиоактивные граниты; возраст этих гранитов составляет около 2,3 млрд. лет, определить его можно рубидий-стронциевым методом по новообразованному калиевому полевому шпату. Но оценка возраста радиоактивных гранитов уран-свинцовым методом по минералу циркону привела бы к грубой ошибке и резкому увеличению возраста, поскольку циркон в этом граните реликтовый, заимствованный из более древних пород типа архейских гранитов мурманского блока с возрастом около
3 млрд. лет.

В последнее время появились сенсационные сообщения американских ученых о находках древнейших гранитов в Гренландии, Южной Африке и других регионах. Поскольку возраст их определялся только уран-свинцовым методом по минералу циркону, следовало бы проверить иными методами, не завышен ли возраст этих гранитов примесью древних минералов, сохранившихся как реликты в более молодых гранитизированных толщах.

 

Александр ПОРТНОВ,академик РАЕН