В Якутии, рядом с богатейшей алмазоносной кимберлитовой трубкой «Удачная», расположена ее «сестра» — трубка «Загадочная». В ней нет ни одного ценного кристалла, и это одна из главных интриг современной геологии. Изучением уникального объекта в рамках гранта Российского научного фонда (25-77-10027) занимается научный сотрудник Института геологии и геохимии УрО РАН кандидат геолого-минералогических наук Денис Михайленко. В интервью «НУ» он рассказал, как «посылки» из мантии помогают понять эволюцию Земли и почему для науки порой важнее как раз то, чего нет.

— Денис Сергеевич, на фоне всеобщего увлечения космосом ваш взгляд направлен в прямо противоположную сторону — в глубь Земли. Чем вызван этот интерес?

— Наши исследования ориентированы на понимание тех глубинных процессов, которые привели к формированию современного облика планеты. Земля образовалась около 4,6 миллиардов лет назад, после чего начали формироваться кратоны — первые крупные устойчивые блоки коры. В результате движения и столкновения этих блоков друг с другом возникли зоны субдукции, где одни древние платформы погружались под другие. Таким образом, поверхностные породы, которые содержали углерод и другие элементы, опускались в глубинную часть Земли, перемешивались и частично плавились. В конечном счете возникшая горячая масса, насыщенная в том числе газами, прорывалась обратно на поверхность в виде вулканов. И именно продукты вулканизма помогают не умозрительно, а вполне предметно проследить историю формирования и взаимодействия глубинных частей планеты, а также узнать, как эти процессы влияют на образование, например, алмазов.

— Каким образом?

— Мы изучаем кимберлитовые трубки — «корни» древних вулканов, наземная часть которых давно разрушена. По сути это застывшие расплавы, которые, поднимаясь с огромной глубины, захватили с собой обломки мантийных пород, ксенолиты. Помимо них кимберлитовая магма служила «лифтом» и для алмазов, которые также залегают глубоко в недрах Земли. Эти кристаллы представляют собой универсальные капсулы времени: алмаз, когда растет, захватывает мелкие фрагменты окружающих пород, и эти включения в нем почти не меняются на протяжении всего его существования. При этом возраст алмазов может варьироваться от двухсот миллионов до трех миллиардов лет. Анализируя и ксенолиты, и включения в алмазах, мы получаем двойной ключ к пониманию состава, строения и эволюции Земли на разных этапах ее истории.

Кроме того, мы можем понять, как кристаллизовался алмаз. Ведь сегодня это не просто драгоценный камень, а стратегический материал для микроэлектроники, квантовых вычислений, точного машиностроения и оборонной промышленности. Изучение минеральных включений позволит понять, какие условия способствуют образованию алмазов, и в дальнейшем применить это знание для выращивания синтетических аналогов в промышленных масштабах.

— При столкновении платформ возникают не только вулканы, но и горы, которые тоже состоят из вытолкнутых на поверхность глубинных пород. В чем тогда преимущество кимберлитов?

— Действительно, эклогиты — породы определенного состава, образовавшиеся под действием высокого давления и температуры, — можно обнаружить в горных областях. Однако находки там алмазов и эклогитов мантийного происхождения редки. К исключениям, в частности, относится Кокчетавский массив на севере Казахстана и Рудные горы в Германии. Предполагается, что там большие блоки земной коры погрузились на мантийные глубины и быстро вернулись назад. При обычном горообразовании наблюдается менее глубокое погружение, а подъем орогенных, или «горных», эклогитов занимает миллионы лет. За это время неоднократно меняются физико-химические условия, что приводит к неизбежному замещению первичных минералов новообразованными вторичными.

Напротив, кимберлитовая магма вместе с захваченными ею глубинными обломками пород и минералов поднимается с очень высокой скоростью. Преодоление ею расстояние до поверхности по разным оценкам занимает от 72 до 120 часов. Это позволяет сохранить минеральный состав пород практически в неизменном виде, как в герметичной капсуле, мгновенно доставленной из глубин мантии.

— Кимберлитовые трубки — редкие находки?

— Редки, прежде всего, алмазоносные кимберлиты. Впервые они были найдены в Южной Африке в середине XIX века. Позже, когда в СССР возникла острая потребность в собственных алмазах, академик Владимир Соболев предложил обратить внимание на Якутию. Он теоретически обосновал этот прогноз, найдя сходство в геологическом строении этого региона и Южной Африки. В 1954 году геолог Лариса Попугаева в ходе полевой экспедиции нашла в западной части Якутии первую трубку «Зарница». На следующий год в той же местности были обнаружены трубки «Мир» и «Удачная». Ключом к поиску стал метод отслеживания минерала — спутника кимберлитов — ярко-красного граната, или пиропа. С тех пор в Якутии обнаружили множество кимберлитовых тел, но из них алмазоносных и имеющих промышленное значение всего около полусотни.

Помимо Якутии, у нас относительно недавно началась промышленная разработка месторождений алмазов в Архангельской области. В мировом масштабе основными игроками также остаются Канада и страны Африки. Кроме того, находки кимберлитов и алмазов были на территории Украины, Индии и Китая, но промышленная разработка там не ведется. В целом, из всех известных кимберлитовых трубок алмазоносными и рентабельными для добычи оказываются не более 10 %. Именно поэтому каждая такая находка становится большим событием.

— И все же свой последний проект по гранту РНФ вы посвятили неалмазоносной трубке «Загадочная». Почему именно ей?

— «Загадочная» находится в 25 километрах к югу от богатой алмазами «Удачной». Расположенная в 15 километрах от последней трубка «Зарница» также неплохо насыщена ценными кристаллами и, как говорят, особо славится их крупными формами. И «Загадочная», и «Удачная» имеют одинаковый геологический возраст, а расстояние между ними, если делать проекцию в мантию, не столь существенно. Более того, можно сказать, что они произошли из одного магматического очага, имеют общий корень. 

И тут возникает вопрос: почему в «Загадочной» нет алмазов? Мы начинаем изучать минералогию. В трубках находятся ксенолиты самых разных мантийных пород, например, уже упоминавшиеся эклогиты, а также перидотиты и пироксениты. Их процентное содержание разное. Как правило, преобладают перидотиты, но эти породы хрупкие и в процессе подъема часто разрушаются. Эклогиты, будучи более плотными, сохраняются лучше. Однако их доля в общей массе ксенолитов обычно не превышает 5–10 %. В «Загадочной» 99,9 % ксенолитов являются эклогитами. А вот перидотитов и каких-либо следов их присутствия мы не обнаружили, хотя в норме они там должны быть.

Таких уникальных трубок в мире известно всего четыре: «Орапа» в Ботсване, «Робертс Виктор» в ЮАР, KL-2 в Индии и «Загадочная» в России. Первые три — алмазоносные, а наша — нет. Мы уже начали исследование, но однозначного ответа на вопрос, почему это так, пока нет. Есть несколько гипотез. Согласно первой, в мантию на этом участке могли погрузиться породы, которые не содержали углерода, но этот сценарий представляется маловероятным. Более правдоподобной причиной мог бы быть процесс глубинного метасоматоза: в породы внедрился флюид или расплав, произошла реакция, и весь углерод был «вымыт». Эти предположения согласуются с более ранними выводами, сделанными под руководством академика Николая Соболева, который отмечал, что верхняя мантия под «Загадочной» является сильно измененной, или, как мы говорим, метасоматизированной.

Минеральный состав эклогитов из «Загадочной» также необычен и отличается от всего, что известно по кимберлитовым ксенолитам в мире. Во-первых, мы обнаружили в них цоизит — водосодержащий минерал, который крайне нетипичен для мантии. Конечно, ранее уже были единичные находки цоизита в ксенолитах, но его содержание там не превышало 1 %. В наших же образцах его от 7 до 10 %. Во-вторых, мы впервые для Сибири нашли в ксенолитах цирконы. За всю мировую историю изучения подобных пород было описано всего около 16 цирконсодержащих эклогитов. При этом циркон позволяет определить, когда порода сформировалась или пережила значительный метасоматический этап. Данные по датировке я как раз сейчас ожидаю. Помимо этого, мы находим и другие, крайне не типичные для мантии минералы, например, титанит и алланит. 

Все это однозначно указывает на то, что с этими породами происходили какие-то исключительные процессы. Их детальное изучение — ключ к пониманию уникальных условий, сложившихся в мантии под «Загадочной».

Беседовал Павел КИЕВ