Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

железо, которые, несомненно, крайне важны для современной цивилизации, однако большинство других важных элементов, от сурьмы до цинка, — это лишь крохотные доли от общего количества. Впрочем, даже крошечные доли в абсолютных числах выглядят весьма впечатляюще. В XIX — начале XX веков предприимчивые аферисты использовали эти знания, чтобы убедить людей в том, что можно разбогатеть, добывая золото из морской воды. В океанах действительно растворено огромное количество этого драгоценного металла: по современным оценкам, там его от 3 до 30 миллионов тонн, а это эквивалентно объемам золотодобычи на месторождениях за тысячу лет с лишним при современном уровне добычи. Однако беда в том, что слишком мала концентрация — а этот параметр является ключевым для определения рентабельности получения любого вещества. Одна тонна морской воды содержит всего несколько миллиардных долей грамма золота. Чтобы разбогатеть, придется обработать колоссальное количество воды. Излишне говорить, что инвесторы, вкладывавшиеся в эти программы, не вернули свои деньги.

Континентальная кора содержит в среднем гораздо больше золота, чем морская вода, но все же слишком мало, чтобы его было целесообразно извлекать из любой старой породы — иначе наш ландшафт усеивали бы золотые рудники. То же самое справедливо для всех минеральных ресурсов: чтобы добыча была рентабельной, должен существовать какой-то механизм их концентрации. К счастью для нас, за огромное геологическое время различные процессы отделяли химические элементы и распределяли минералы по месторождениям, и теперь добывать их стало экономически выгодно. Насколько мы знаем, такие процессы уникальны для Земли: геологический состав и история Луны и других планет земной группы делают маловероятной возможность обнаружить там такие же залежи, как на Земле.

Какие процессы выделяют редкие химические элементы из больших объемов вещества планеты и концентрируют их в определенных месторождениях? Они многочисленны и разнообразны, но во многих случаях важно наличие воды.

Вода — активный растворитель: в ней может содержаться множество различных элементов и соединений. В большинстве случаев чем выше температура и давление, тем больше растворенных веществ она может удерживать. Когда вода проходит по горячим частям земной коры, она вымывает из окружающих пород большие количества различных химических элементов и переносит их на большие расстояния. Способность этих так называемых гидротермальных растворов переносить растворенные металлы усиливается присутствием других элементов, которые образуют с металлами химические комплексы — например, хлора и серы. Сегодня растворы с таким составом бьют из горячих источников, расположенных вдоль океанических хребтов. Эти источники, известные как «черные курильщики», возникают в местах разделения плит — там, где магма поднимается вверх и создает новую океаническую кору. Морская вода просачивается в породы, нагревается до очень высоких температур и в итоге снова изливается горячей всплывающей струей. У некоторых черных курильщиков температура воды намного превосходит 300 градусов Цельсия (при этом сокрушительное давление океана не позволяет воде закипать даже при таких повышенных температурах). Но как только эти перегретые кристально прозрачные гидротермальные растворы смешиваются с холодной морской водой, они уже не могут удерживать растворенные металлы. Образуются мелкие черные частицы сульфидов этих элементов, что придает таким источникам вид заводских труб, извергающих черный дым. Выпадающие в виде осадков крошечные зерна, богатые медью, цинком, свинцом, никелем, железом и некоторыми другими металлами, создают на морском дне залежи высокосортной руды.

Черные курильщики были обнаружены случайно в 1979 году, когда геологи использовали подводный аппарат «Алвин» для изучения системы океанических хребтов, а с тех пор их находили в самых разных местах. Предпринимались попытки вести рядом с ними добычу, собирая мелкий рыхлый осадок, однако морская разработка полезных ископаемых — дело грязное, дорогое и вредное для окружающей среды, а во многих местах черные курильщики слишком разбросаны, чтобы разрабатывать их отложения было экономически целесообразно. Однако наблюдение за этим современным процессом образования руд стало своеобразным отражением принципа первых геологов: «Настоящее — ключ к прошлому»; теперь мы понимаем, как изначально формировались древние наземные месторождения, а это облегчает их разведку.

Конечно же, не все месторождения полезных ископаемых создаются черными курильщиками. Повысить концентрацию ценных веществ могут самые разные процессы: гравитация заставляет оседать тяжелые полезные минералы на дно резервуаров магмы, возникающих в земной коре; дождевые воды вымывают легко растворимые минералы, оставляя нерастворимые, но ценные; тепло в вулканически активных регионах (особенно над зонами субдукции) приводит к своеобразной дистилляции различных полезных элементов, которые откладываются слоями или жилами в окружающих более холодных породах.

Рудные тела, созданные такими процессами, случайно обнаруживались еще тысячи лет назад, но наблюдательные люди быстро поняли, что существуют заметные связи: определенные руды всегда встречаются вместе с определенными типами горных пород. Такие наблюдения облегчили поиск новых месторождений. Однако в некоторых случаях самые явные месторождения полезных ископаемых на Земле уже выработаны. Искать новые становится все труднее, и многие страны создали геологические службы, призванные нанести на карту имеющиеся минеральные и энергетические ресурсы и оценить их запасы. В странах, где полезных ископаемых много — США, России, Канаде, Австралии и некоторых других — у таких организаций есть исследовательские подразделения, тоже в основном сосредоточенные на ресурсах. Однако в двадцать первом веке поощрение разведки и помощь горнодобывающей промышленности — это палка о двух концах. С одной стороны, нам нужны редкие элементы, чтобы производить массу вещей — от авиационных двигателей до электрических лампочек; без них современное общество просто не сможет существовать. С другой стороны, нет никаких сомнений, что горнодобывающая промышленность в погоне за прибылью иногда эксплуатирует население и наносит ущерб окружающей среде. Без контроля такие проблемы могут в будущем усугубиться, поскольку количество полезных ископаемых в любом случае ограничено.

Есть ли у этой дилеммы решение? Возможно ли стабильное будущее, в котором потребности общества удовлетворяются без непоправимого ущерба для Земли и ее обитателей? Решения пока нет, но определенные обнадеживающие признаки присутствуют. Один из них таков: несмотря на быстрый рост потребления, мировые «запасы» многих полезных ископаемых за последние пятьдесят лет резко увеличились. Как это может быть? Запасы — просто существующие известные количества определенных ресурсов. Они увеличились, поскольку достижения геологоразведки обеспечивают более эффективный поиск месторождений, а также потому, что мы теперь лучше понимаем, как они образуются, и знаем, где их лучше всего искать. Эти запасы не включают еще не открытые месторождения, которые люди будут открывать и дальше, хотя, вероятно, все реже. Формальные оценки запасов также не учитывают то, что технический прогресс позволит более экономично извлекать минералы из горных пород, которые ранее считались слишком бедными для эксплуатации. Это неоднократно происходило в истории: даже «хвосты», то есть остатки от предыдущих работ, часто становились богатым источником с появлением новых методов добычи