«Мы читаем это и не знаем, то ли смеяться, то ли плакать»
Николай Похиленко
Академик РАН Николай Похиленко, ставший автором «попигайской сенсации», признается, что не ожидал такого резонанса от новости про импактиты. И объясняет, что хотя месторождение этих алмазов действительно уникально, до его экономического освоения еще пройдет немало времени
— Николай Петрович, так что все-таки случилось? Сенсация?
— Недавно в Новосибирске проходил международный форум «Интерра», меня попросили провести круглый стол «Новой экономике — новые материалы». Именно оттуда возникла информационная волна про импактные алмазы. Хотя большую часть времени мы там говорили совсем не об этих алмазах. Мы говорили о редкоземельных элементах, возможности их использования. Мы рассказывали о перспективах уникального в планетарном масштабе и фантастически крупного месторождения Томтор, что на северо-западе Якутии. На маленьком участке этого месторождения, «Буранном», разведены запасы, которые стоят по современным оценкам четверть триллиона долларов. А рядом, недалеко, есть Попигайский кратер, где находятся эти необычные импактные алмазы. Мы говорили, что с экономической и геополитической точки зрения было бы целесообразно осваивать эти месторождения в комплексе. По реке Анабар туда можно затащить плавучую атомную электростанцию, чтобы решить проблему с электричеством и построить небольшой вахтовый городок. И вахтовым способом разрабатывать Томтор, в котором находятся десяток высоколиквидных редкоземельных элементов. Они используются везде — в автомобиле- и самолетостроении, в ракетной технике, в микроэлектронике, для создания скоростного транспорта, конструкционных материалов. Сегодня на рынке наблюдается дефицит подобных металлов, поскольку Китай очень серьезно сокращает экспорт и использует их для производства конечных товаров, за реализацию которых получает существенную добавочную стоимость. Китай просто не желает продавать эти редкоземельные металлы. У нас же в стране отсутствует промышленность по добыче и переработке этих металлов.
Об этом и шла речь, а параллельно — о Попигайском кратере, где сосредоточены тоже фантастически огромные запасы технических алмазов. Импактиты превосходят по технологическим характеристикам как синтетику, так и природные алмазы. На весь мир при нынешнем уровне технического потребления алмазов в год запаса месторождения хватит на три тысячи лет. И почему-то некоторые журналисты, присутствующие на «Интерре», не сильно заинтересовались редкоземельными элементами, а вот алмазами — сильно. Я смотрел шквал публикаций по этой части, не понимаю, почему народ так сильно возбудился. Там и о неземном происхождении, и о других вещах говорилось, которые нам и в страшных снах не приснятся. Причем подается все от нашего имени, как будто мы говорили. Я и Никитин из компании АЛРОСА. Мы с ним читаем это и не знаем, то ли смеяться, то ли плакать. Тем не менее этот кратер действительно заслуживает достойного внимания.
— Почему?
— На земле известно где-то около 150 кратеров размером в 200 км в диаметре. Чем отличается Попигайский кратер от других? Первое, что семикилометровый астероид со скоростью около 30 км в секунду 35 млн лет назад врезался на скорости на границе современного Красноярского края и Якутии в кристаллические жесткие архейские породы с возрастом 3 млрд лет, которые содержали очень много графита. Был такой удар, при котором давление составляло 1,5 млн атмосфер, температура три–четыре тысячи градусов. Эти условия существовали примерно одну секунду. Но этой секунды хватило, чтобы перевести графит в то вещество, которое мы называем импактными алмазами — самым твердым известным веществом на земле. На сотни метров разбросаны в зоне кратера эти алмазы, их называют якутиты. Алмазные пилы их не пилят, их можно обрабатывать ими же самими.
— Они действительно тверже обычных в два раза?
— Я был в Хьюстоне, в исследовательском центре компании Baker Hughes, рассказал об этих алмазах, об их технических характеристиках, что они более выгодны для буровых коронок. Мне сказали, что если у этих алмазов абразивная способность будет хотя бы на 20 процентов выше, чем у хороших образцов технических природных алмазов, или синтетики, это будет революция в инструментальной промышленности и в бурении. У нас есть результаты технологических испытаний, проведенных в Институте сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля в Киеве, что абразивная способность (а не твердость!) импактитов в среднем в два раза выше, чем таковая для природных и синтетических алмазов, образовавшихся в статических условиях. О чем это говорит? О том, что такие алмазы могут применяться при шлифовке взлетно-посадочных полос шаттлов или с целью шлифовки гигантской поверхности для зеркал телескопов, или для обработки высокотемпературных турбин ракетных двигателей, чтобы допуск был меньше одной тысячной миллиметра отклонения от поверхности — там очень четкая должна быть конфигурация поверхности. Недавно у меня был директор исследовательского центра De Beers. Они хотят участвовать в изучении технологических характеристик этих алмазов. Они прекрасно понимают, что это такое. Похоже, что это самое твердое и износостойкое из известных в природе веществ. Они пойдут для обработки каких-то специальных твердых вещей, изготовления на трехмерных станках сложных деталей, к примеру, которые требуются для гражданских и военных самолетов. Или представьте себе буровую коронку, которая без выемки, грубо говоря, будет работать не сто часов, а двести. Еще в 1980-годы в Киеве мы сделали два экспериментальных сверла из природных алмазов и попигайских. Так вот, сверло из попигайских алмазов работало в 15 раз дольше.
— Как оцениваются алмазы на рынке?
— Да никак. Изучение Попигайского месторождения было начато и прекращено в 1980-е годы. Сегодня новые экономические условия — рынок. И перспективы добычи этих алмазов нужно ориентировать под рынок. К примеру, редкоземельные металлы Томтора имеют свою цену. А импактные алмазы — нет. Рынок их не знает, а если нет рынка, то нет и месторождения. Пока минерал лежит в земле, его стоимость — нулевая. Его нужно добыть, предложить рынку, чтобы он им воспользовался, вот тогда это будет полноценное месторождение. Месторождение — это вообще понятие экономическое. Мы это пытались подчеркнуть, но, к сожалению, нас не поняли, и бог знает чего наворотили. И это очень сильно вредит делу, вся эта шумиха, которая поднята вокруг импактных алмазов.
Попигайские алмазы, если их когда-нибудь начнут добывать,
станут использоваться только в промышленности
И что же теперь делать?
— В приоритете — Томтор. Но параллельно нужно решать задачу по импактным алмазам. По идее, их даже проще добывать, чем металлы, но сначала необходимо провести массу маркетинговых исследований, выбрать методику, оценить их себестоимость. Затем провести минералогические исследования, чтобы изучить их дополнительные технологические возможности не только как абразивного материала, но и в других направлениях. Мы пока в принципе не знаем, где они еще могут дополнительно использоваться. Затем нужно провести широкий комплекс испытаний, которые и выведут нас на рыночную оценку. И уже после всего этого говорить о месторождении. Пока это не месторождение, это — Попигайский кратер, набитый импактными алмазами. Это нужно понять и не говорить, что завтра вся Россия за деньги, вырученные от их продажи, поедет на Канары отдыхать.
— А можно получить искусственные алмазы с характеристиками импактитов?
— Можно, но не в таких объемах. Мы пока не знаем причин уникальной амбразивной способности импактных алмазов. Когда узнаем, можно будет говорить об экспериментах, но пока это дело будущего. Нужно научиться выращивать кристаллы в статических условиях. Японцы, кстати, подбираются к этому. Они уже получают синтетические композиты, но не в условиях шокового метаморфизма, как в попигайском кратере. Наша задача — возбудить интерес к попигайскому кратеру и к импактным алмазам, а они спокойно идут к изучению импактных алмазов из других астроблем. Но все равно речь идет о микрообъемах. Синтетиков делают миллиарды карат, они стоят дешево. Для таких же сложных алмазов нужны огромные установки, давление, температуры. Себестоимость получается очень высокая. Мы в институте выращиваем крупные (до 10 карат), с заданными свойствами алмазы, но продаем их по 500 долларов за карат. При этом обычная синтетика стоит 25–70 центов за карат.
«Эксперт Сибирь» №40 (348
Попигайская астроблема
http://j-times.ru/rossiya/popigajskaya-astroblema.html
В бассейне среднего течения бурной реки Попигай на севере Красноярского края расположен крупный метеоритный кратер, входящий в десятку крупнейших кратеров Земли. Попигайская астроблема (звездная рана) представляет уникальный по степени сохранности и обнажённости импактный кратер диаметром100 кми возрастом около 35.7 млн. лет.
Исследователи природного феномена предположили, что астероид диаметром около 8 км, двигавшийся с северо-востока, врезался в кристаллические породы раннедокембрийского фундамента Земли. В результате удара, взрыва и температуры, достигавшей 2000 градусов, расплавилось около 1750 кубокилометров горных пород. Миллиарды тонн были перемещены на значительные расстояния, превратились в другие породы, пыль и газ.
Пыль и газ в колоссальном количестве были выброшены в атмосферу и далее в стратосферу, что на многие годы уменьшило приток тепла к поверхности Земли и привело к резкому похолоданию на планете. Часть флоры и фауны, не выдержав изменений в климате, вымерла.
Попигайский импактный кратер представляет собой многокольцевую структуру, аналогичную подобным на Луне, Меркурии и других планетах Солнечной системы.
Котловина кратера была открыта в 1946 году Д. В. Кожевиным и в разное время рассматривалась как грабен, как эрозионная впадина, как вулканический кратер. Лишь в 1970 году ленинградскому геологу В. Л. Масайтису и его коллегам удалось доказать, что Попигайская котловина — один из крупнейших на Земле метеоритных кратеров. Гипотеза о метеоритном происхождении была основана на изучении обнажений породы (Пёстрые скалы), где на поверхности видны отложения, подвергшиеся ударному плавлению и дроблению. Тогда же появилось предположение, что здесь возможны залежи алмазов, связанные с преобразованием графита при больших температурах и давлении в очень твердую породу. В начале 1971 года, при исследовании образцов породы из Попигайского кратера, была открыта новая коренная порода алмазов – импактиты.
Более 120 лет геологи считали единственным коренным источником алмазов кимберлитовые породы. Но открытие новых месторождений алмазов в Австралии и изучение Попигайского метеоритного кратера ознаменовалось появлением новых коренных алмазосодержащих пород – лампроитов и импактитов.
Импактиты образовались за счет переправления кристаллических пород при ударном столкновении с космическими телами. Пока Попигайское месторождение импактных алмазов считается единственным в мире, хотя всего на Земле известно более 150 древних импактных кратеров.
С начала 1972 года в течение двух лет были выполнены работы, которые подтвердили предположения ленинградских геологов о метеоритном образовании Попигайской котловины и наличии здесь нового вида коренного источника алмазов – импактитов.
На территории Попигайской котловины импактиты во многих местах выходят на поверхность и уходят на глубину около 1,5 км. Их площадь превышает 1750 км2. Алмазы рассеяны по всей котловине и встречаются почти везде, как в породах, так и в россыпях. Они образовались при ударном сжатии пород (твердофазный переход), когда графит переходит непосредственно в алмаз.
Общие запасы алмазов Попигайского месторождения, по подсчетам исследователей, превышают все известные запасы алмазов кимберлитовых провинций мира.
Импактные алмазы значительно отличаются от кимберлитовых.
Внешне они совсем не похожи на обычные алмазы. Они неказисты на вид и в основном имеют темную окраску. Также их отличает также высокая плотность и твердость. По этим качествам импактные алмазы незаменимы в технических целях.
Они были известны геологам давно. Импактные алмазы встречаются в России на юго-западном берегу Байдарацкой губы Карского моря, на западе Украины, в Северном Криворожье, а так же в южной части Баварии, в Канаде, Финляндии и т.д.
В последнее время установлено, что импактные алмазы могут возникать при ударном сжатии не только графитсодержащих кристаллических пород, но также осадочных пород, заключающих пласты угля. Кимберлитовые алмазы образовались в результате мощного давления и температуры внутри земли, импактные же алмазы образованы мощным давлением и температурой, но только на поверхности земли.
В середине 70-х гг. была создана специальная Полярная геологоразведочная экспедиция с базой в п. Хатанга Таймырского автономного округа Красноярского края. Научным руководителем этой экспедиции был назначен В.Л. Масайтис.
В короткие сроки была не только проведена доразведка открытых импактных алмазов, но и подсчитаны их запасы. Были выявлены наиболее богатые участки, два из которых – «Ударная» и «Скальная» были изучены досконально. В Хатанге была построена небольшая обогатительная фабрика, а в Попигае вырос целый геологический поселок. Несколько тонн импактов было отправлено на обогащение даже в Мирный на фабрику №3. Геологи выявили, что в россыпях импактные алмазы представлены более качественными образцами, чем в коренных породах.
Несмотря на хорошее качество импактных алмазов, вопрос об их добыче так и не решили. Из-за удаленности Попигайского месторождения и исключительной твердости импактитов, извлечение алмазов из этих пород показалось делом дорогостоящим. Да и Министерство станкостроительной промышленности СССР, которому было передано более 10 тысяч карат импактных алмазов, не заинтересовалось ими.
В начале 80-х годов прошлого века в СССР уже наладили производство недорогих синтетических алмазов и они вместе с природными техническими алмазами в полной мере удовлетворяли потребности отечественной промышленности. Дорогие и качественные импактные алмазы тогда никому не понадобились. Геологические изыскания месторождения свернули и Полярную ГРЭ расформировали.
За время изысканий была проведена большая исследовательская работа: было пробурено 500 скважин, некоторые достигали в глубину1,7 километров, собрано 1000 тонн уникального керна. Стоимость затрат на исследования в «те еще времена» составила ни много ни мало, а полтора миллиарда долларов США.
Доктор геолого-минералогических наук из Новосибирска С.А. Вишневский много лет занимался исследованием Попигайской астроблемы. Относительная изученность кратера, своеобразие и неповторимость (на протяжении десятков километров геологическая история Земли читается здесь, как по учебнику), позволила ему на заседании специальной комиссии ЮНЕСКО в Париже в 1991 году добиться решения отнести Попигайскую астроблему к памятникам природы планетарного значения первой величины.
Попигайская астроблема отмечена на рельефе как округлая депрессия размерами 60 –75 кмс глубиной днища 200 и более метров относительно внешнего борта кратера. Этот кратер покрыт низкорослым лиственничным лесом, а прилегающая окрестность практически безлесна. Протекающие через котловину реки характеризуются дугообразно-концентрической и радиальной ориентировками долин, наследующими основные черты строения кратера. На снимках из космоса структура астроблемы видна как округлое образование сердцевидной формы размером около60 км, в западной части которой прослеживаются концентрические дуговидные детали, связанные с выходом тагамитов и пород ложа кратера.
Обнажение мегабрекчии “Пестрые Скалы” в западном борту Попигайской астроблемы, которое представляет один из самых впечатляющих выходов импактитов данной формации. Обнажение венчается “шляпой” “поздних” тагамитов (t), которые с резким неровным контактом и временным перерывом отложились на мегабрекчию. На дальнем плане слева – скальные выходы мощного тагамитового покрова, который налегает на мегабрекчию по направлению к центру кратера.
Снимок из космоса Попигайского метеоритного кратера. Мозаичное изображение синтезировано из различных полос (приближение к естественным цветам) четырех сюжетов, полученных спутником Landsat 7 (США). Несмотря на то, что по геологическим данным кратер имеет диаметр 100 км, четко выделяется лишь внутренняя часть кратера диаметром около 80 км, имеющая более темный тон благодаря тому, что она поросла лесом. В западном и северо-западном секторах кратера очевидно проявляются выходы истинного дна кратера и расплавных пород (тагамитов).
Кратер образовался в двуслойной мишени, состоящей из плотных кристаллических пород Анабарского щита и перекрывающих их осадочных пород, бывшая мощность которых на месте события оценивается исследователями в 800 –1200 м[Масайтис и др., 1998]. Кристаллические породы относятся к верхнеанабарской и хапчанской сериям (архей – ранней протерозой), выделяемым в северной части Анабарского щита общей мощностью 10 –12 км. В основном они представлены гнейсами и гранито-гнейсами. В составе верхнеанабарской серии преобладают чередующиеся гиперстеновые и двупироксеновые плагиогнейсы и кристаллические сланцы. В хапчанскую серию входят переслаивающиеся биотит-гранатовые, биотит-гранат-пироксеновые, пироксен-гранатовые гнейсы иногда с силлиманитом и кордиеритом, плагиогнейсы, салит-скаполитовые породы, кальцифиры и мрамора. Нередко гнейсы богаты графитом. В раннем протерозое они испытали гранитизацию и смяты в складки северо-западного и субмеридионального простирания. Породы прорваны небольшими телами ультраосновных и основных пород. В перекрывающий чехол входят осадки верхнего протерозоя (красные и красно-серые кварцевые и полевошпат-кварцевые песчаники, кварцито-песчаники, гравелиты и реже конгломераты и нижнего рифея и венда общей мощностью500 м), кембрийские зеленовато-серые песчаники, гравелиты, конгломераты, глинистые известняки, мергели и доломиты мощностью 80 –230 м, пермские терригенные осадки мощностью 120 –230 м, триасовые вулканогенно-осадочные породы мощностью 20-30 м, юрские лептохлоритовые кварц-полевошпатовые песчаники и меловые пески с глинистыми прослоями. Отложения чехла в настоящее время имеют, в общем, моноклинальное падение на северо-восток которое составляет от 2-3о у края щита до30’на северо-востоке. Депрессия перекрыта различными озерными, аллювиальными, ледниковыми и другими осадками.
Аллогенные брекчии, зювиты и тагамиты залегают на ложе из раздробленных пород фундамента и заполняют сложную воронку с максимально глубиной2 км. Аутигенные брекчии наблюдаются в южном обрамлении кратера и также в виде выступов фундамента в западном секторе кратера, где на поверхность выходит кольцевое поднятие ложа. Аллогенные брекчии в общем подстилают более высокотемпературные зювиты и тагамиты, заполняя понижения в рельефе истинного ложа, или реже находятся внутри импактной толщи в виде неправильных линз. Мелкообломочные брекчии (псаммито-алевритовые) перекрывают импактную толщу, образуя покров в центральной и северной части кратера. Выходы аллогенной брекчии, образованные очевидно низкоскоростными выбросами, встречаются в виде отдельных пятен также вне депрессии, залегая на брекчированных породах внешней зоны кратера, а также и вне кратера на расстоянии до70 кмот его центра.
Схема геологического строения Попигайского кратера: 1 – кристаллические породы верхнеанабарской и хапчанской серий архея; 2 – осадочные породы верхнего протерозоя и нижнего палеозоя; 3 – осадочные и вулканогенно-осадочный породы верхнего палеозоя и мезозоя; 4 – тагамиты; 5 – зювиты; 6 — псаммито-алевритовые брекчии; 7 – аллогенные брекчии; 8 – гребень кольцевого поднятия; 9 – надвиги и сбросы; 10 – разрывные нарушения не установленной морфологии; 11 – центр кратера. По Масайтису и др., [1980, 1998].
Геологический разрез Попигайского кратера по линии СЗ-ЮВ (см. рис. 8). [Масайтис и др., 1998].
Зювиты наиболее распространены среди импактитов. Они залегают в основном на аллогенной брекчии, а на кольцевом поднятии и юго-западном борту непосредственно на фундаменте. Суммарная мощность зювитов в центре кратера может превышать1 км. В верхней части разреза преобладают пепловые и реже лапиллиевые зювиты с преобладанием обломков осадочных пород и в меньшей степенти обломков импактного стекла, тогда как в нижней части разреза широким распространением поользуются зювиты с преобладанием обломков кристаллических пород и импактнрого стекла. Среди зювитов выделяются многочисленные петрографические разновидности. Тагамиты (от реки Тагама в восточной части кратера) состоят из стекловатой или раскристаллизованной в той или иной мере матрицы с включениями фрагментов пород мишени различного размера. Крупные класты размером более первых сантиметров и до первых метров, как правило, не содержатся в количестве, превышающем первые проценты, тогда как содержание более мелких фрагментов колеблется от 5 % до 30 %. Соотношение осадочных и кристаллических кластов варьирует около значения 1:9. Различаются низкотемпературная и высокотемпературная разновидности. Основными отличиями служат более высокая степень вторичной измененности низкотемпературных тагамитов и более сильное развитие реакционных каемок вокруг фрагментов породи их большее проплавление в высокотемпературных разностях. Тагамиты слагают тела различной формы – субгоризонтальные пластообразные тела, линзовидные, неправильные и ветвящиеся бескорневые тела, дайки и жилы. Наиболее распространены они во внешней воронке. Тагмиты составляют примерно 35% от объема зювитов.
Истинное ложе кратера в наиболее глубоких частях прослеживается на глубине2 кми характеризуется сложным строением – присутствует кольцевое поднятие диаметром45 км, выходящее на поверхность в западном секторе кратера. Возможно, что существует и центральное поднятие диаметром 10-15 кмс амплитудой поднятия в несколько сотен метров. Крутизна кольцевого поднятия варьирует в различных участках от 3? – 5? до 30?, достигая 45?, внутренний борт кольцевого поднятия более крутой, чем внешний. Кольцевое поднятие обрамлено внешним кольцевым желобом с диаметром по днищу 55 –60 кми глубиной от 1,2 –1,5 кмна северо-западе до 1,7 –2,0 кмна юго-востоке. Крутизна внешнего склона составляет 10 – 20?. Рельеф кольцевого желоба осложнен локальными радиальными желобами шириной 10 –15 км. Снаружи депрессии наблюдается внешняя кольцевая зона террас с хаотично залегающими гигантскими блоками осадочных пород, смещенными по центробежными дугообразными надвигами, взбросо-надвигами, складками, трещинами и др.
Зювиты и тагамиты содержат алмазы, образованные в результате твердофазного преобразования графита кристаллических пород мишени. В результате бурения и других геолого-разведочных работ были найдены большие запасы этих промышленных алмазов. Попигайские алмазы, равно как и алмазы других кратеров, сингенетичны ударному событию. Содержания Ni, Co, Cr в тагамитах превышают содержания в породах мишени, что может быть результатом примеси метеоритного вещества, предположительно обыкновенного хондрита. Так, если концентрации этих элементов в гнейсах составляют соответственно 27, 13 и 80 нг/г, то в тагамитах в они достигают 85, 9 и 110 нг/г с Ni/Co отношением около 10. Ir содержится в тагамитах в количестве 0,1 нг/г при содержании в гнейсах 0,01 нг/г, а в ударных стеклах его концентрация может достигать 4,7 нг/г. Попигайский метеорит, образовавший эту астроблему, мог достигать в диаметре около8 километров.
Как показали исследования, образование апографитовых алмазов в астроблеме контролировалось только ударными давлениями >35-50 ГПа. Они равномерно затухали во всех направлениях от центра взрыва, и поэтому пространственные вариации содержания алмазов в тагамитах исходно отражали только неравномерное распределение графита в породах мишени. Далее, в зависимости от термичес-кой эволюции расплавов (закалка или длительное охлаждение в составе мощных погребённых масс) их начальная алмазоносность могла снижаться под действием процессов растворения, на что указывают следы коррозии, широко распространённые в алмазах из тагамитов.
Ученые считают, что главным фактором растворения алмазов является высокотемпературное воздействие K и Na в присутствии воды, которая является активным агентом такого процесса. Особенно интенсивно растворение алмазов протекало в крупных, долго остывавших массах расплава с температурой >1000°С. При закалке расплавов роль такого растворения снижалась. Однако, в целом, при всех прочих равных условиях, сохранность алмазов в «сухих» расплавах была всегда выше, чем и объясняется повышенная алмазоносность тагамитов I типа. Кроме участия в коррозии алмазов, вода как мощный агент кристаллизации влияла на постимпактную эволюцию расплавов. Их «сухие» вязкие разности были закалены в гологиалиновые продукты (бомбы тагамитов в зювитах) или образовали крипто- и тонкозернистые агрегаты (медленное остывание в составе крупных тел). «Влажные» расплавы, напротив, были частично (закалка в зювитах) или хорошо (медленное остывание в составе крупных тел) раскристаллизованы, с широким развитием остаточных стёкол, явлений растворения и импактного анатексиса реститных обломков гнейсов, ликвационных и коронарных структур. Таким образом, вода в расплавах определяла не только их итоговую алмазоносность, но и кристаллизационную эволюцию, что стало петрологической причиной образования тагамитов I и II типа.
Использованы материалы
meteorites.ru
Масайтис В.Л. и др. Алмазоносные импактиты Попигайской астроблемы. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1998. 179 с.
Вишневский С.А. Астроблемы. Новосибирск: “Нон-парель”, 2007. 288 с.
Комментарии
Но это им в будущем и зачтётся...!
Когда кафе-БИСТРО в их Нью-Йорке открывать будут...