Открытие природы месторождений

Еще первобытный человек, осваивая выплавку металлов, обнаружил для себя, что полезные ископаемые встречаются в земной коре не повсеместно. Разные их виды имеют закономерное расположение. Минералы группируются, образуя месторождения. Месторождения нередко взаимосвязаны между собой и образуют т. н. провинции месторождений — обширные территории, на которых встречаются местами крупные залежи того или иного минерала (породы).

Концентрирование минералов связано с различными геологическими процессами, длительность которых измеряется миллионами, а иногда и сотнями миллионов лет. Если познать закономерности образования месторождений, то человек сумеет без особого труда находить все новые и новые залежи полезных ископаемых. В средние века их поиском занимались рудознатцы и прочие поисковики, методы которых были довольно примитивны и не давали желаемого результата. Например, зачастую поиски залежей руды и скоплений подземных вод велись посредством т. н. «волшебной рогульки» — свежесрезанного древесного прутика, имеющего форму вилки (У-образную). За раздвоенные концы вилки следовало браться руками, а другую часть прутика водить поднятой над землей. Если лозоходец, как называли такого поисковика, наталкивался на месторождение, то кончик рогульки опускался к земле. Тем самым прутик показывал место, где надлежит копать.

Ученые полагают, что эффект рогульки действительно иногда срабатывал. Он обусловлен взаимодействием неоднородно распределенных электрических зарядов на теле человека-лозоходца и земной поверхности. Такое взаимодействие улавливалось кожными рецепторами и вызывало слабую мускульную реакцию, незаметную для самого человека. Такие реакции называют психомоторными, их хорошо регистрируют полиграфы (детекторы лжи). Прутик служил своеобразным полиграфом. Одновременно он помогал лозоходцу сконцентрироваться.

Естественно, способ не совсем пригоден для проведения поисковых работ. Распределение зарядов в природе зависит от массы факторов, и оно не повторяется в одинаковой точности каждый раз. Кроме того, непроизвольные мускульные реакции у разных людей, равно как, впрочем, и степень нервной чувствительности, резко различаются по интенсивности.

Вот почему по большей части средневековые рудознатцы и прочие поисковики полагались на свою интуицию и объясняли способность находить новые месторождения действием мистических сил земли или горных человечков (гномов и т. д.). Если интуиция бывалого рудознатца не подводила в знакомой местности, то на новом месте, в незнакомой обстановке человек оказывался бессилен что-либо отыскать.

Сравнительно недавно (около трех столетий назад) начала развиваться научная геология разведки и поиска ископаемых, которая занимается обнаружением и экономической оценкой перспективных месторождений на основе представлений об эволюции земной коры, истории Земли как планеты, причинах образования пород, химии коры и распределении в ней элементов.

За прошедшие столетия ученым удалось открыть немало поразительных фактов. Почти все залежи ископаемых оказались связанными тем или иным образом с формами рельефа. В этом нет ничего удивительного, поскольку сам рельеф образован под действием геологических процессов. Равнины отличаются от гор, а речные долины от долин ледниковых по той причине, что возникновение этих географических объектов обусловлено совместной преобразующей работой внутренних и внешних сил Земли.

В результате такой работы происходит смещение слоев пород и их постепенное разрушение, что приводит к изменению облика дневной, как говорят геологи, поверхности. Ведь эта самая дневная поверхность представляет собой не что иное, как вершину толщи каменных слоев, испытывающих преобразования. По мере видоизменения или разрушения пород, а также за счет химической деятельности живых существ и прочих сил природы в разных местностях возникают новые пласты, где скапливаются определенные минералы. Постепенно образуются месторождения.

История месторождений чрезвычайно увлекательна. Извержения вулканов выносят магматические массы на земную поверхность. Образуются лавовые поля, базальтовые «мостовые», усеянные вулканическими бомбами. Реки наносят пески, гравий, гальку. Ледники переносят валуны. На дне морей накапливаются илы, превращающиеся со временем в перемежающиеся толщи глин, известняков, писчего мела, мергеля.

Чудовищные давления и температуры в недрах заставляют минералы испытывать физико-химические превращения. Породы там претерпевают метаморфизм. Известняки становятся мрамором, а пески песчаником. Граниты и вовсе превращаются самым необычным образом. Они становятся гнейсами, гранитогнейсами или гнейсогранитами. Различать эти породы настолько сложно, что для них создано общее название — гранитоиды.

Миграция атомов, химические реакции в земной коре приводят к тому, что породы претерпевают превращения. Скажем, окаменевшие илы превращаются со временем не в обыкновенный известняк, а в доломит. Нередко на земном шаре удается найти настоящие химические реакторы, где идет интенсивное породообразование. Дно почти каждого древнего моря напоминало колбу, в которой бурно протекали всевозможные химические реакции.

Иногда они значительно отравляли воду своими конечными продуктами, преимущественно сероводородом. Вытеснение кислорода сероводородом и прочими серосодержащими соединениями в придонной морской воде приводило к образованию в илистых отложениях сидерита, кальцита, пирита, гипса и прочих минеральных веществ.

Все геохимические процессы прямо или косвенно связаны с подвижками неспокойной земной тверди, с ее тектоникой, а стало быть, и глубинным строением. Строение недр в каждой местности сколько-нибудь отличается от такового в соседних областях. Где-то слои смяты в складки, где-то лежат в линию, где-то разорваны на глыбообразные, сдвинутые относительно друг друга блоки. Если бы человек обладал чудесной способностью видеть подземные структуры, то смог бы наблюдать надежно запертые в них скопления руд, нефти, газа, угля и т. д. — месторождения минерального сырья.

Однако глаза человека на это не способны. Впрочем, зрение человеку здесь и не требуется, поскольку наш разум имеет возможность всегда и при любых обстоятельствах видеть гораздо дальше и больше, чем любой глаз. О глубинном строении земной коры могут многое рассказать хотя бы выходящие на поверхность слои горных пород. Но, конечно же, открыто это было не сразу.

Датский ученый Н. Стенон первым пришел к мысли о том, что слои в земной коре образуются поэтапно, причем каждый новый перекрывает последующий. Таким образом, самые молодые породы лежат на поверхности, а самые древние залегают глубже всех остальных в недрах. В идеале древнейшие породы никогда не показываются на дневной поверхности, ведь поверх них лежат более молодые слои. На самом же деле пласты пород крайне редко залегают упорядоченно. Обычно они сильно смещены.

Отличить дислокацию нетрудно, достаточно пройтись по геологическим обнажениям (крупным выходам пород) и внимательно присмотреться к минеральному составу пород. Если в одной и той же местности появляются пласты совершенно разных отложений, то перед нами определенно имеется дислокация. Но какую она имеет природу, каковы ее структура и происхождение? Как можно проследить смещение слоев, заметное на поверхности, далее — в глубь земли?

Увы, по одному только минеральному составу пород определить все это никак нельзя, а значит, нельзя и оценить перспективность дислокации на наличие каких-нибудь ископаемых. А главное, нельзя определить относительный возраст слоев: трудно сказать, какой слой образовался раньше, а какой позже. Потребовалось еще сто лет после открытия Стенона, чтобы разобраться в этой проблеме.

В конце XVIII столетия англичанин В. Смит исследовал окаменелости Британии и обнаружил интересную закономерность. Всем известно, что фауны разных стран на земном шаре разнятся между собой. В Африке обитают такие звери, которых не встретишь в Европе. Смит много поездил по Британии и изучал окаменелости одного возраста в самых разных местах. Оказалось, что они тоже отличаются. Но гораздо сильнее выражены различия между животными из отложений разного возраста.

Чем глубже и древнее отложения, тем более причудливым существам принадлежали найденные в них окаменелости. Эти животные резко отличаются от современных зверей. Сначала попадаются кости мамонтов, потом еще более причудливых млекопитающих, затем гигантских ящеров, необычных рыб. И все это нередко удается найти на одном обнажении.

Позднее геологи, в первую очередь великий англичанин Ч. Лайель, нашли объяснение загадке Смита: за всю историю Земли фауны сменяли друг друга — вымирали одни животные, и на их место приходили другие. Поэтому в каждом слое встречаются окаменелые останки совершенно отличных друг от друга созданий. Окаменелости указывают на точный возраст слоя, позволяя четко определить его расположение относительно окружающих пластов.

Метод такого определения возраста и, следовательно, точного положения слоя относительно других в разрезе земной коры получил название стратиграфического. Гораздо чаще его называют биостратиграфическим, поскольку он опирается преимущественно на палеобиологию (палеонтологию) — науку о древних организмах, чьи останки удается отыскать в слоях горных пород. Каждому слою присуща собственная фауна, которую специалист не спутает с фауной других отложений.

Стратиграфия значительно облегчает поиск месторождений. Причиной тому служит не единственно то, что она указывает на глубинные геологические структуры в недрах. Оказывается, разные виды полезных ископаемых образовались в различные эпохи земной истории. Все эти знания имеют огромное практическое значение, потому что именно благодаря им определяют места поиска тех или иных залежей. На базисе этих теоретических разработок были созданы технологии разведки и поиска месторождений.