Рядом с местом добычи строится горно-обогатительный комбинат для переработки породы, а для проживания шахтеров возводится целый город со всей инфраструктурой, местами отдыха и даже аэропортом. Часто в эти места можно добраться только по воздуху.
Кимберлитовые трубки
Абу Райхан Бируни, исследовавший мир тысячу лет назад и прославившийся в веках своими объяснениями драгоценных камней, писал: «Камень орла называется алмазом, но орла научил носить алмазы человек. Каменщики нашли гнездо в горах и покрыли его стеклом. Орел, не в силах преодолеть препятствия, вынужден нести бриллианты и бросать их в гнездо с высоты, так как не может преодолеть стекло другим способом. После того как люди соберут принесенные птицей камни, они убирают стекло, и орел успокаивается. Через некоторое время гнездо снова накрывают стеклом, и орел сразу же начинает тянуть алмазы, чтобы убрать барьер между собой и птенцами. «
В этой легенде нет ни капли правды. Каменные алмазы редко имеют острые края, которые могут разрезать стекло. Несмотря на свою твердость, алмаз недостаточно прочен, чтобы невредимым пережить падение с большой высоты. Самое главное, легенда не дает ответа на вопрос, откуда у орла алмазы. Не в каждой горе можно найти месторождение драгоценных камней.
Откуда берутся алмазы?
Первые алмазы были добыты в руслах рек. Из-за эрозии первичных месторождений драгоценных камней реки могут уносить выщелоченные фрагменты на тысячи километров от их дома. После долгого путешествия кристаллы алмаза становятся ямчатыми, их грани сглаживаются, а поверхности полируются. Однако качество этих камней всегда высокое; дефектные кристаллы просто ломаются под воздействием внешних сил.
Чтобы получить доступ к природным месторождениям этого светящегося минерала, человек не раз проводил настоящие раскопки в поисках алмазных минералов. Однако добыча алмазоносной речной породы дала лишь скромные караты на кубический метр пустой породы и не помогла ответить на этот вопрос: Откуда берутся алмазы?
Желтые алмазы Оранжевой реки
В 1866 году крупные алмазы были найдены на берегах Оранжевой реки, впадающей в Южную Африку. Это открытие настолько успокоило землевладельцев, что они провели многочисленные геологические исследования. Поиски привели к одному результату: было обнаружено плотное месторождение алмазов!
Вскоре в шахте началась бурная деятельность. Десятки тысяч шахтеров-любителей раскапывали карьер, перемещали грунт и продавали найденные кристаллы торговцам. Бурный рост бизнеса привлек внимание властей: в 1873 году граф Кимберли объявил алмазные земли собственностью британской короны и назвал шахтерский поселок в свою честь.
Породы, содержащие алмазы, называются кимберлитами, а геологические образования, давшие миру залежи сверкающего природного камня, — кимберлитовыми трубками.
Цель разработки кимберлитовых трубок
Кимберлит является ультраосновной породой, что означает, что он содержит от 30 до 45% диоксида кремния, т.е. кремнезема с формулой SiO2. Минералогический состав породы состоит из оливина, пироксена, флогопита и пирита. Первая составляет основную часть кимберлита. Однако ценность породы заключается в минерале, средний вес которого составляет около 0,6 грамма на тонну или 3 карата. Это, как уже ясно, бриллианты.
На кимберлитовые трубки приходится 90% мировых запасов алмазов. Они изготовлены из углерода. Графит, который используется, например, в карандашах, состоит из того же элемента. Единственное различие заключается в структуре решетки минералов. В алмазах атомы углерода не только расположены определенным образом, но и имеют максимально возможную плотность. По этой причине алмазы тверже других минералов, они травят и режут металлы.
Первые кимберлитовые трубки были добыты, когда в мире закончились алмазы. Их можно найти под ногами, как золотые самородки. Особенно богатыми были африканские месторождения. Найдя алмазы у поверхности, старатели поняли, что им нужно идти глубже. Они обнаружили, что кристаллы находятся в трубчатых телах, которые достигают глубины 1,5 километра. Когда появилась соответствующая технология, подземная добыча последовала за карьерным методом.
В трубопроводе «Мир», например, такой рудник работает с 2001 года. Шахтеры достигли основания «чаши» на глубине более 500 метров. Кимберлитовая трубка в Якутии является самой большой в мире. Диаметр оболочки составляет один километр у поверхности. Пласт достигает почти 1,5 метра в глубину. На тонну руды приходится почти 5 каратов. Стоит отметить, что 90 % трубок не содержат алмазов. Однако 10 % «стаканов» достаточно, чтобы удовлетворить мировой спрос на минерал.
Вопросы к кимберлитовым трубкам
Если бы можно было брать интервью у геологических образований, ученые и журналисты задали бы кимберлитовым трубкам десятки вопросов. Общепринятая точка зрения о происхождении алмазного стекла заключается в том, что это потоки магмы, которые на поверхности преобразуются в минералы из глубин.
Когда-то их толкали вверх газы, которые под давлением выталкивались наружу, буквально выбрасывая тяжелое содержимое мантии. В процессе этого содержимое сдавило и раскололо более мягкие и хрупкие породы верхних слоев.
Достигнув поверхности, магма под давлением газа затвердела и распалась на минералы. Однако алмазы встречаются по всей глубине трубок, что объясняется глубоким образованием алмазов. В этом причина их необычайной плотности.
Причина — огромное давление на глубине нескольких километров. Уже образовавшиеся там алмазы переносятся течением и распределяются в нем. Некоторые кристаллы поднялись на поверхность, другие еще не достигли ее. Такое происхождение кимберлитов является лишь гипотезой, поскольку следующие вопросы все еще остаются открытыми:
1. почему трубы встречаются исключительно на древних платформах? Эти участки земной коры прошли через фазу формирования. Поскольку платформы очень старые, они тектонически стабильны. Речь идет о толстой и твердой «коре» Земли.
Импульс газов и магмы на таких плитах непонятен, поскольку легче проникнуть на тонкие новые платформы, на дно океанов длиной 10 км или в переходные зоны между их водами и побережьем. Толщина кимберлитовых плит достигает 40 километров. В этих условиях нет активных вулканов с лавой, которая могла бы вынести алмазы из глубин.
Предполагается, что трубы образовались в то время, когда стабильные сегодня платформы были еще молодыми. Наземная часть вулканов была разрушена под действием внешних факторов. Остались только подземные «стаканы».
Чем обусловлена форма минеральных зерен в кимберлите? Алмазы — это единственные кристаллы в горной породе, имеющие идеальную форму. Агрегаты твердые, но хрупкие. Вы когда-нибудь видели, как грани бриллианта полируются, когда вы ударяете по нему под определенным углом?
Почему же алмазы сохраняют свою форму, когда они выходят из глубин и буквально прорезают себе путь сквозь поверхностные породы? Ученые не могут объяснить это. Другие минералы в кимберлитах, которые также являются кристаллическими, образовались из лавы вблизи поверхности, но превратились в круглые зерна.
Минералоги не нашли никаких доказательств плавления. Тогда размер зерен оливина и пироксена можно было бы объяснить действием на них раскаленной магмы. Она может буквально растопить лица минералов. Но камень должен был потерять свою кристаллическую структуру и превратиться в подобие стекла. Этого не произошло.
Разгадка тайн кимберлитовых трубок
Александр Портнов, доктор геолого-минералогических наук, предположил, что кимберлитовая трубка — это большое отверстие, образованное не потоками газа, поднимающимися из глубины, а огромными кимберлитовыми пузырями. Это объясняет расположение и форму «пузырей», потому что:
- 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 глубоких струй или горячих точек. Они известны как горячие точки, над которыми на уязвимых платформах образуются вулканы. Например, вулканы Гавайских островов образовались из обожженной коры Тихого океана.
Однако если газ не может выйти и магма выталкивается наружу, в горячих точках образуются пузыри. Каждый кубический километр таких пузырьков обладает подъемной силой в 2,5 миллиарда тонн. Закон Архимеда работает. Глубокие смеси водорода и метана легче воды. «Тела» старых платформ в три раза плотнее воды. Эта разница обеспечивает подъем газа.
Когда пузырь поднимается, под ним образуется область низкого давления. Именно поэтому кимберлитовая трубка на фотографии имеет хомутовую структуру. Это означает слияние фрагментов ранее сформированных пород в единую массу. Это связано с перекристаллизацией маниковых пород под воздействием газа. Камни дробятся и буквально падают в область низкого давления, т.е. сначала к ножке стеклянной трубки, а затем к верху пробирки.
По словам Портнова, камни перекатываются, как галька, потоком газа и теряют свое лицо. Под микроскопом «обрамленная» поверхность минеральных зерен напоминает микропористую структуру лопаток газовых турбин.
