Апатитские ученые узнали, почему запад Российской Арктики богат алмазами

Исследователи из Кольского научного центра обосновали алмазоностность западной части Российской Арктики. Для этого они изучили геодинамическую эволюцию региона.

Говоря о месторождениях алмазов, мы представляем себе, как правило, южные местности: Индия, Южная Африка, Южная Америка. А в Арктике? Что-нибудь вспоминается, кроме Якутии? Вряд ли. Но почему? Ученые прошлого считали, что драгоценные камни зарождаются от яркого солнечного света и жары, поэтому долгое время никто не допускал возможности их появления в более суровых широтах. Михаил Ломоносов первым указал на находки ископаемых остатков теплолюбивых животных и растений на территории Российской империи и предположил возможность присутствия здесь и алмазов: «Представляя себе то время, когда слоны и южных земель травы в севере важивались, не можем сомневаться, что могли произойти алмазы, яхонты и другие дорогие камни, и могут обыскаться, как недавно серебро и золото, коего предки наши не знали».

Первое месторождение алмазов в России было открыто далеко не случайно: после обнаружения в Уральских горах платины, встречавшейся в породах, окружающих бразильские алмазные россыпи, российские геологи допустили, что сходство строения пород может подразумевать и сходные полезные ископаемые. Первый алмаз был найден в Пермской губернии именно в тех местах, которым ученые и прочили алмазоносность. Знаменитые якутские алмазы тоже обязаны своим открытием напряженному целенаправленному поиску на основе данных об условиях зарождения алмазов и породах, их сопровождающих. Так же нашли алмазы и в Архангельской области в 1880-е годы.

Геологическая карта-схема восточной части Балтийского щита: 1 – гидросфера; 2 – осадочный чехол Русской платформы; 3 – континентальные коровые ассоциации архея; 4 – раннепротерозойские (свекофеннские) вулканогенно-осадочные и интрузивные комплексы; 5 – каледонские аллохтонные чехлы; 6 – щелочно-ультраосновные интрузии; 7 – трубки взрыва пикритового и мелилититового состава; 8 – кимберлиты; 9 – лампроиты; 10 – трансформные разломы; 11 – зоны субдукции и направления субдукции океанических плит (указаны стрелками) раннепротерозойского возраста (1.9–1.8 млрд лет назад); 12 – ось палеозойской Кандалакшско-Двинской рифтовой системы / ©Пресс-служба КНЦ

Конечно, чем более суровые погодные условия сопровождают горные работы, тем выше себестоимость полезных ископаемых. Однако алмазы нужны не только ювелирам, они применяются и в промышленности. Необязательно извлекать из земных недр только огромные, сверкающие самоцветы – для промышленных нужд пригодятся и мелкие камни.

На Кольском полуострове в конце XX века обнаружены богатые месторождения металлов платиновой группы. Уже тогда геологи предположили, что и алмазы здесь можно найти. Но искать наобум в современном мире – слишком дорого, сложно и долго. Чтобы отправить в леса и тундры экспедицию, нужно заранее провести изыскания и подтвердить предположения точными расчетами.

Как можно рассчитать вероятность появления алмазов в том или ином районе? Для этого нужно понимать, что происходило там на протяжении миллионов лет, как расходились и сталкивались континентальные плиты, как тяжелые горные породы погружались, а более легкие «всплывали», и в каких условиях происходило формирование алмазоносных пород. Ученые Геологического института Кольского научного центра много лет занимаются изучением этого вопроса. Так, в 2006 году экспедиция этого института целенаправленно искала – и нашла! – алмазы и их минералы-спутники на полуостровах Средний и Рыбачий . В 2021 году в журнале Oceanology вышла статья Николая Сорохтина и Николая Козлова, в которой приведены факты находки алмазов и изложены обоснования алмазоносности запада Российской Арктики.

Схематическая карта тектоники и распространения основных интрузивных массивов и трубок взрыва палеозойского возраста в северо-восточной части Балтийского щита: 1 – поверхность Балтийского щита; 2 – контур моря и других акваторий; 3 – линейные зоны концентрации палеозойских глубинных тектонических разломов; 4 – щелочно-ультраосновная интрузия; 5 – мелилититовые трубки взрыва; 6 – кимберлитовые трубки взрыва; 7 – лампроитовые трубки взрыва / ©Пресс-служба КНЦ

Для начала следует напомнить, какие процессы происходят в литосфере. Принятая в наше время теория гласит: на верхнем жидком слое мантии, астеносфере, медленно плавают твердые «льдины», называемые литосферными плитами. Литосферные плиты, находящиеся под океанами, существенно отличаются от плит континентальных: последние состоят из осадочного, гранитного и базальтового слоев и достигают толщины 80 километров, тогда как океанические плиты обеднены легкоплавкими редкими элементами, в них полностью отсутствуют граниты, а толщина не превышает 10 километров. Литосферные плиты могут расходиться (зоны спрединга), а могут сталкиваться (зоны субдукции или коллизии).

Авторы установили, что весь материал кимберлитовых, карбонатитовых и щелочно-ультраосновных магм образовался около двух миллиардов лет назад за счет переплавления океанических осадков, затянутых по зонам субдукции на большие глубины под континенты. Изотопный состав углерода и кислорода высокотемпературных глубинных пород карбонатит-кимберлитовой ассоциации показывает, что в формировании карбонатного вещества этих пород принимает участие углерод первично-осадочного происхождения. Проведенный австралийскими учеными анализ изотопов серы и свинца в алмазах привел к аналогичным выводам.

Исследователи рассмотрели процесс развития и эволюции Балтийского щита. Его внутренняя структура закончила свое формирование в основном около 1,9–1,8 миллиарда лет назад, когда воедино слились различные крупные блоки горных пород. Сейчас Балтийский щит включает две области земной коры, различающиеся по возрасту и строению: более древнюю на востоке и более молодую на западе.

Близкая к современной граница щита сформировалась около 500 миллионов лет назад, когда в его северо-западной части сформировался мощный складчатый пояс, а юго-восточная часть прогнулась под вулканогенно-осадочные отложения северной части Русской плиты. Северная и северо-восточная граница проходит по Мурманскому побережью и ограничивается системой разломов Карпинского, где кристаллический фундамент резко опускается под Тиманиды и Баренцевоморскую платформу. Именно в этом районе были найдены алмазы в 2006 году.

Под воздействием растягивающих напряжений в структуре щита сформировалась система разломов. В пределах Кольского полуострова и его обрамления выделяются Беломорская (Кандалакшско-Двинская) и Норвежско-Мезенская системы, огибающие его с севера и юга. К востоку от Белого моря произошло соединение двух систем разломов и образовалась Мезенская синеклиза. В ее пределах развивалась Архангельская алмазоносная провинция.

Изучение Балтийского щита показало, что расплавы алмазоносных кимберлитов и родственных им пород были сформированы за счет затягивания в зоны субдукции под архейский кратон «тяжелых» железистых осадков палеопротерозоя при закрытии Свекофенского океана. Позже, во время неопротерозойского и палеозойского этапов рифтогенеза законсервированные расплавы внедрились в приповерхностные зоны земной коры и сформировали магматические комплексы Балтийского щита.

Рыбачий: на перешейке между полуостровами Средний и Рыбачий были найдены зерна алмазов. Однако говорить о промышленной добыче в этих краях пока не приходится: местность слишком сложная как в климатическом, так и в инфраструктурном смысле. Тем более что крупные месторождения следует все-таки искать в других районах Норвежско-Мезенского алмазного пояса / ©Пресс-служба КНЦ

Авторы выявили четкую закономерность распределения интрузий к зонам глубинных разломов и узлам их пересечений, которые были заложены около 2–1,8 миллиардов лет назад. Ближе всего к фронту сдвига (на расстоянии от 100 до 300 километров) располагаются щелочно-ультраосновные интрузии и натриевые карбонатиты. Затем (на расстоянии от 200 до 400 километров) следует зона расположения кальцитовых карбонатитов и мелилититов, а иногда – неалмазоносных кимберлитов.

Алмазоносные кимберлитовые и лампроитовые трубки располагаются дальше приблизительно от 300 до 650 километров от фронта. Настолько четкое распределение магматических комплексов единого ряда однозначно указывает на то, как менялась глубина их зарождения: чем дальше от поверхностной границы зоны палеосубдукции расположены магматические тела, тем более глубинными материалами они представлены.

Восточная часть Беломорской котловины, включая пролив, совпадает с крупным узлом пересечения глубинных разломов, которые продолжают расходиться. Именно поэтому на прилегающих территориях широко распространен интенсивный магматизм, сопряженный с возрастом их формирования. Устойчивое поднятие северо-восточной части Балтийского щита, происходящее последние 500 миллионов лет, и подъем глубинных уровней земной коры на поверхность неизбежно должны привести к образованию богатых россыпей в донных отложениях полузамкнутого бассейна Белого моря.

Проведенная авторами работа позволила не только подтвердить принципиальную возможность нахождения алмазоносных пород, но и дополнить современную картину Архангельской алмазоносной провинции полем распространения более алмазоносных кимберлитовых трубок, скрытых на большой глубине – от двух до двух с половиной километров.