Замечательные геологические явления нашей страны

Ключевская сопка

Все побывавшие на Камчатке путешественники рассказывали в своих записках о покрытых снегами и льдом огнедышащих сопках полуострова.

Одно из наиболее ранних, дошедших до нас описаний Ключевского вулкана было сделано приказчиком Анадырского «острога» (деревянная крепость) Владимиром Атласовым в XVII в., совершившим путешествие на Камчатку, который пишет: «А от устья итти вверх по Камчатке реке неделю есть гора — подобна хлебному скирду, велика гораздо и высока, а другая близ нее — подобна сенному стогу и высока гораздо. Из нее днем идет дым, а ночью искры и зарево. А сказывают камчадалы: буде человек взойдет до половины тое горы, и там слышит великий шум и гром, что человеку терпеть невозможно. А выше половины той горы которые люди всходили, назад не вышли, а что тем людям на горе учинилось, не ведают».

Хотя, действительно, восхождение на Ключевскую сопку — очень трудная задача, однако побывавший на Камчатке в XVIII в. «горный кондуктор» Даниил Гаусс поднялся на вершину этого действующего-вулкана и оставил очень интересное описание Камчатского вулкана.

«Для восхождения я выбрал, — говорит он, — путь, который обозначен на плане пунктирной линией. С помощью палки с железным наконечником, карабкаясь по льду, я дошел до остроконечной вершины продолговатого и сильно крутого холма. Холм состоит из материалов, скатившихся с вершины горы (вулкана)… Когда вулкан выделяет новый подобный материал или лаву, то эта последняя увлекает скалу и образует новые. Происходящий при опрокидывании и скатывании скалы грохот похож на громовой раскат, который слышен часто на расстоянии 100 и более верст. Я заметил в нескольких местах нагроможденные камни, как высокие горы, и подобные этим остроконечным продолговатым холмам, которые были опрокинуты. 4 августа я был очевидцем обвала подобной горы, которая образует в то же время новую подобную гору. Я ожидал на каждом шагу найти свою могилу и, погруженный в глубокое размышление, предавался воле всемогущего. Мое любопытство увлекло меня до самой вершины горы, чтобы там увидеть самый кратер и чтобы дать потомству интересное описание. Подобно делающим открытие, я хотел быть первым вскарабкавшимся на эту гору, тем более, что уже были посланы три лица в различные эпохи для описания этого великого явления природы. Возвратился только один и ничего не мог сказать, кроме слов: «О, как там все страшно», и немедленно после этого умер. Причина их несчастья произошла от их невежества: от того, что они неудачно выбрали день и погибли или от удушливых паров, или были раздавлены падением огромных камней. По мере того, как я двигался вперед среди длинных холмов, я заметил, что все они были наполнены толстым и блестящим льдом, покрытым в нескольких местах сажей и пеплом, под которым стремительно неслась шумная вода, которая увлекала обожженный материал. Я ожидал каждое мгновение быть раздавленным этой массой, из осторожности я всегда держался сзади этих больших глыб, расположенных на этом склоне. Я шел целый день среди опасностей и трудностей. По мере того, как я приближался к вершине, вода убывала так же, как и скатывание (падение) камней, но зато ветер усилился, и я чуть-чуть не был сброшен. Облака, среди которых я находился, создавали глубокую темноту, которая мешала видеть землю под моими ногами и меня предохраняла от головокружения. Когда я поднялся выше, я заметил достаточно ясно солнце, но холод был такой сильный, как зимой. Я отдохнул в течение нескольких минут, так как слишком долго нельзя заниматься этим делом. Достигнув, наконец, вершины горы, я увидел весь кратер, который имел почти трехугольную форму протяжением в одну версту. Он был окружен лавой. Середина кратера была наполнена лавой в виде корки. Эта лава черная, твердая и была представлена несколькими разновидностями. Она образует возвышенность в 60 и более саженей над краем кратера. Длина по периферии приблизительно! около полверсты. На боках этой лавовой горы, кроме главного кратера, несколько значительных отверстий, откуда выходят пары и огонь. В самой горе также слышен страшный шум, как будто она дрожит под ногами. Вредные пары направлялись в мою сторону, испуская сильный сернистый запах. Он принудил меня покинуть эту пропасть возможно скорей, и я употребил на это все мои силы и способности. Непосредственно после этой экспедиции я и мои два компаньона по путешествию лежали в постели больными в течение нескольких дней».

Вулканы Камчатки — Харченский и Заречный

Фото В. И. Влодавца

После восхождения Даниила Гаусса в течение длинного ряда лет никому не удалось взойти на вершину сопки. В наше время в 1931 г. на вершину Ключевской сопки поднялись Г. К. Семенов и В. К. Дингес. Они взошли по восточному склону, который до высоты 1700 м идет очень отлого, далее до высоты 3000 м имеет среднюю крутизну, а выше становится почти отвесным и отличается гладкостью откосов.

Однако эти исследователи преодолели все трудности подъема и поднялись до самого кратера вулкана.

В июне 1935 г. на Ключевскую сопку было совершено восхождение двумя нашими пограничниками, а через месяц — целой группой лиц с геологом В. Л. Кулаковым во главе. В. дальнейшем на Ключевскую сопку поднимались несколько раз геологи и наблюдатели Ключевской вулканологической станции Академии Наук.

Изучив условия подъема, советские геологи сделали его — Обычным своим делом, которое может быть теперь выполнено каждым, хорошо подготовившимся к подъему, здоровым человеком.

Целью их восхождений было наблюдение вулканического извержения с наивозможно близкого расстояния, взятие проб выделяющихся при извержениях газов и сбор образцов горных пород, слагающих кратер этого вулкана, и т. п. В. результате работы наблюдателей Вулканологической станции замечательнейший из современных вулканов Азии теперь довольно хорошо изучен.

Вулкан — это гора, образование которой связано с наличием канала или трещины в земной коре, из которых извергаются на поверхность земли горячие пары и раскаленные газы, выбрасываются куски раскаленной лавы-бомбы и, наконец, изливается расплавленная лава.

Извержение вулкана может произойти в виде единовременного страшного взрыва огромного количества паров и газов, выносящих с собой массу пепла. Таково было, например, извержение Крака-тау в 1883 г., когда на воздух взлетела большая часть острова, на котором возвышался этот вулкан; на месте его после взрыва оказалось море глубиной 300 м, а поверхность океана покрылась огромным количеством вулканического пепла на пространстве более 20000 км².

Но чаще извержение вулкана носит характер периодической деятельности. Сперва выбрасываются пары, газы, пепел и камни, а затем из жерла его начинает изливаться лава. Этому явлению предшествует подземный гул и удары землетрясения. На склонах вулкана образуются трещины, из которых также вырываются пары и раскаленные газы. Насыщенные пеплом массы паров и газов иногда со страшной скоростью несутся вниз по склону вулкана, уничтожая на своем пути леса, селения, пашни и сады.

Температура излившейся лавы бывает около 1100°. В зависимости от состава лава движется с разной скоростью. Кислая лава (с большим содержанием кремнезема) отличается вязкостью и движется сравнительно медленно, выделяя большое количество паров и газов. Извержение ее происходит бурно, со взрывом. Основная лава (с малым содержанием кремнезема) отличается подвижностью и бедна газами и парами.

В результате извержения кислых лав вокруг жерла вулкана скопляются твердые вулканические материалы, постепенно образующие конусообразную гору (тип Везувия). Размеры таких вулканических гор разнообразны — от небольших холмов до гигантских горных массивов, вершины которых могут быть покрыты вечными снегами и ледниками. Основная лава спокойно стекает по очень пологим склонам, образуя вулканы типа гавайских, как, например, Моана-Лоа и Килауэа.

Периоды деятельности вулканов отличаются разнообразной продолжительностью, и потухший вулкан, в течение тысячелетий не проявлявший никакой жизни, может неожиданно пробудиться. Так случилось, например, со считавшимся потухшим Везувием, который в 79 г. нашей эры разразился сильным извержением, во время которого были погребены под потоками смеси воды и пепла цветущие города Помпея и Геркуланум. С той поры в течение почти 2000 лет извержения «Везувия повторялись неоднократно через различные промежутки времени, и он перешел в разряд действующих вулканов.

Следующей стадией деятельности вулкана является прекращение излияний лавы, причем из жерла его продолжают выделяться газообразные продукты (пары воды, углекислота, азот, окислы серы, хлор, фтор и другие газы).

Вулканический пепел может переноситься воздушными течениями на огромные расстояния и держаться в атмосфере во взвешенном состоянии в течение длительных промежутков времени. Так, например, при извержении Крака-тау выброшенный им пепел воздушными течениями был обнесен вокруг всего земного шара.

Типичную картину вулканического извержения представляла Авачинская сопка в марте 1926 г., которая до этого оставалась спокойной в течение 17 лет.

Вершина горы Эльбрус, заснятая с Северного приюта

Фото Клопова

Над вершиной ее сперва поднялся громадный столб черного дыма. Быстро меняя форму, становясь похожим то на завиток листьев капусты, но на гриб, он принял, наконец, форму кроны итальянской сосны. Не теряя связи с кратером вулкана, столб дыма медленно плыл к берегу океана.

Наконец над кратером взлетели раскаленные докрасна вулканический песок, камни и куски магмы, казавшиеся издали столбом пламени, выброшенные вместе с газами. Они рассыпались блестящим фейерверком падавших дождем камней по склонам горы.

Когда пламя погасло, над вулканом показался столб выброшенных газов высотой около 17 км, прорезаемый яркими огненными полосами молний. Взрывы повторялись несколько раз, а в перерывах между ними из кратера выходила мощная струя сероватого дыма, заменившегося к концу извержения белым паром. От вулкана легли две длинные полосы толстого слоя пепла. Одна из них протянулась далеко на юго-восток по поверхности океана.

На следующий день вулкан дымился, как обычно, и не было никаких признаков предстоящей катастрофы. По склонам его были видны черные потоки грязи от растопленного снега и льда, смешавшихся с пеплом и камнями, которые заполняли ямы и овраги и неудержимо стремились вниз. На третий день жерло вулкана вдруг запылало, огненно-жидкая магма поднялась и заполнила кратер, вулкан выбрасывал раскаленные бомбы и пепел, а вечером 3 апреля из него хлынула лава. Сплошная огненная река разрывалась на отдельные куски, которые низвергались вниз. Поток спускался с быстротой нескольких метров в секунду.

Потом опять начались страшные взрывы газов: огромные черные клубы дыма поднимались на тысячи метров «ад кратером вулкана и медленно уплывали, из. жерла взвивалось пламя и разлетались во все стороны имевшие вид падающих звезд вулканические бомбы; сплошная шапка огненной лавы покрывала вершину; потоки ее стремительно, со скоростью десятков метров в секунду, спускались вниз по склонам горы, а остывшие в воздухе — бомбы снова ярко вспыхивали при падении на землю.

В течение нескольких дней пепел засыпал окрестность, превращая день в непроглядную ночь.

Вулканы не разбросаны в беспорядке на всей поверхности земного шара, но почти все расположены вдоль зон разлома земной коры, которые одновременно являются зоной горообразовательных процессов. Одна из них проходит вдоль берегов и цепи островов Тихого океана.

Вулканическая деятельность сыграла большую роль в образовании форм земной поверхности, так как в течение только последней геологической эры вулканами было вы-, брошено около 2 млн. км³ твердых продуктов. В течение предшествовавших, гораздо более длительных геологических эр вулканическая деятельность дала, конечно, еще более значительные результаты, и известны целые горные цепи, сложенные продуктами вулканических извержений, как, например, Каскадные горы в Америке.

Ярким примером значения вулканической деятельности для формирования поверхности земли может служить действовавший в последнюю геологическую эру, но потухший в незапамятные для человека времена вулкан Эльбрус, об извержениях которого не сохранилось никаких воспоминаний. Эта величайшая вершина Кавказского хребта сложена из изверженных вулканом камней, пепла и излившихся из его жерла застывших потоков лавы, покрытых в настоящее время почти сплошными ледниками.

На Камчатке, кроме складчатых горных хребтов, наблюдаются также сбросы и разломы. Они идут в различных направлениях, но в общем продолжают линию разлома земной коры, проходящую вдоль берегов Тихого океана через Японские и Курильские острова… Вдоль этой линии и вытянулись в ряд камчатские вулканы — сопки.

Покрытая снегами и ледниками вершина величайшего из них — Ключевской сопки — возвышается над уровнем моря более чем на 4800 м. Это высочайший из действующих вулканов во всей Азии и Европе. Из ближайших к нему сопок, составляющих одну группу и, очевидно, связанных между собой, в наше время действует только Плоский Толбачик; остальные девять крупнейших сопок (Ближний Плоский, Дальний Плоский, Средний, Камень, Безымянный, Зимина, Большая Удина, Малая Удина и Острый Толбачик) — потухшие вулканы.

Из других групп действующих вулканов Камчатки ближе всех к Ключевской сопке Шевелуч на севере от нее и Шапинская сопка на юге.

Камчатские вулканы относятся к типу Везувия и Этны, т е. конусы и куполы их образованы вследствие нагромождения продуктов вулканических извержений. Они возвышаются на поверхности наклонного плато, также сложенного вулканическим пеплом, песком, выброшенными из вулканических жерл камнями и застывшими потоками лавы. В самой высокой части оно приподнято на 1300–1400 м над уровнем океана. Такие плато на Камчатке называют долами.

Ключевской дол, окаймленный долинами рр. Камчатки, Толбачик и Хапичей, через Высокий дол соединен с горным узлом хребтов Кумроч, Тымрек и Николка.

До высоты 800 м склоны сопок покрыты лесом, до 100 м — кустарником, выше — до 1500 м — зеленеют альпийские луга, над которыми до 2000 м склоны покрыты лишь скудной растительностью высокогорья. Начиная же с высоты 2000 м, на., склонах сопок залегают только льды, вечные снега, рыхлые продукты вулканических извержений и черные потоки застывшей лавы.

Ключевская сопка

Фото В. И. Влодавца

Ключевская сопка от высоты 2500 м и до вершины имеет форму правильного усеченного конуса со склонами, наклоненными к плоскости горизонта под углом 33–35°.

В юго-западной части на высоте 3280 м она соединена перемычкой с сопкой Камень.

Ниже 2700 м склоны Ключевской сопки становятся еще более пологими, и их наклон к плоскости горизонта не превышает 10–12°, а ниже 1500 и даже 4°.

От бортов кратера до высоты 4250 м вулкан несет на себе ледниковый «воротник», состоящий из слоев фирнового льда и отложений вулканических рыхлых продуктов. Среди них выделяются каменистые гряды застывших лавовых потоков.

Ледниковый воротник играет роль области питания ледников, которые на высоте 4250–1800 м сползают по склонам вулкана и которые, однако, не представляют обычной картины глетчеров, сверкающих под лучами солнца белизной снегов и льдов: они, наоборот, спускаются в виде темных, почти черных языков, придавая поверхности вулкана мрачный, неприветливый вид. Это явление объясняется выпадением на поверхность ледников большого количества рыхлых и твердых продуктов вулканических извержений.

Только немедленно после снегопада на поверхности склонов сопки можно видеть белые полосы и пятна свежего снега. Крупнейший из ледников Ключевского вулкана — ледник Эрмана — спускается со склонов Ключевской и Плоской сопок и достигает зоны 1600 м. Со склонов Ключевского вулкана и сопки Камень сползает также другой большой ледник — Богдановича, из-под которого вытекает р. Студеная. Поверхность ледников несет на себе разнообразные морены. Глыбы, камни и мелкий вулканический песок и пепел загромождают его поверхность, сползая вместе с ним вниз и отлагаясь в виде конечных морен на пологих склонах. Начиная сверху до высоты 3800 м, ледниковый покров представляет сплошную кору, и только-ниже в нем появляются трещины, чаще всего поперечные. Так, ледник Эрмана на протяжении нескольких километров весь изборожден ими.

Весной и летом по продольным трещинам бегут ручьи и реки талой воды. Потоки воды, вытекающие из-под ледников, промывают себе глубокие русла в отложениях рыхлых вулканических пород. Соединяясь — вместе, они дают начало многочисленным речкам, отличающимся очень крутыми берегами.

Накопленный на вершине вулкана материал — продукты вулканических извержений, снег и лед — разрушается водой и сносится к подошве, где отлагается снова.

На нижних склонах вулкана, не выше 1500 м, рассеяны многочисленные «паразитические» кратеры, из которых производились выбросы газов, паров и других вулканических продуктов. Почти все кратеры расположены по радиусам, проведенным от главного кратера Ключевского вулкана, как из центра. Они сложены из шлаков, вулканического песка, камней и бомб.

Холм такого кратера, известного под названием Кругленького, высится среди леса на высоте около 300 м. Рыхлый вулканический материал этого кратера сцементирован образовавшимся впоследствии красным железняком в плотный вулканический туф.

На берегу рч. Крутенькой близ границы лесной растительности лежит в виде открытого на северо-восток кольцевого вала кратер Атласова. Из него, невидимому, изливалась лава, застывший поток которой обнажается на берегу реки. Этот кратер еще не совсем потух, — так как зимой слагающие его породы остаются теплыми.

Гигантская вулканическая бомба на склоне сопки Плоский Толбачик

Фото В. И. Влодавца

Подобный же кольцевой, открытый на северо-восток вал образует паразитический кратер Забытый. Его деятельность происходила в два приема, и внутри первого кратера возвышается сохранивший форму чаши второй.

Очень интересен паразитический кратер «Е», имеющий вид усеченного конуса с впадиной в виде чаши диаметром около 150 м. Склоны его завалены различного размера, камнями, среди которых лежит и самая крупная из всех найденных на Ключевской сопке бомб. Длина этой гигантской бомбы более 3 м, а диаметр утолщенной части около 1 м. Форма ее напоминает грушу с веретенообразным заворотом всего тела. Повидимому, бомбы — это начинающие затвердевать еще в жерле вулкана куски лавы, выбрасываемые давлением газов из кратера со скоростью 130–200 м/сек. При отрыве от массы магмы они увлекают за собой хвост из жидкой лавы и, будучи еще пластичными, при полете вследствие сопротивления воздуха принимают веретенообразную, грушевидную, бутылкообразную и другие формы.

Высочайший из всех паразитических кратеров Ключевской сопки — кратер «Д» — имеет вид усеченного конуса высотой около 200 м; края кратера почти не имеют понижений и образуют чашу; кратер сложен из шлаков и бомб.

По склонам Ключевской сопки повсюду лежат застывшие потоки лавы, излившейся из главного или паразитических кратеров. Длина потоков 4–6 км, ширина 200—1000 м, а видимая толщина слоя застывшей лавы 10–60 м.

На древних потоках уже успела образоваться почва, и они покрыты растительностью. Более молодые лежат под слоем вулканического пепла и песка.

Извержения вулканов на Камчатке можно видеть очень часто, хотя некоторые из них бездействуют в течение десятков лет.

Между тектоническими землетрясениями, которые очень часты на Камчатке, и извержениями вулканов существует некоторая связь. Вместе с тем сами извержения также могут служить причиной землетрясений, которые чувствуются лишь в окрестностях вулкана. Так, в районе Ключевской сопки с 1 сентября по 31 декабря 1935 г. наблюдалось пять таких землетрясений силой от 2 до 5 баллов. Во время них толчки следовали один за другим, вызывая почти непрерывное дрожание почвы. В домах стены давали трещины, и обваливалась штукатурка. Удары были направлены с юга на север, а фокус землетрясения находился под Ключевской сопкой.

Ключевская — сопка почти без перерыва парит и клубит. Очень часты и более грозные проявления ее жизни. За последние 200 лет наблюдалось более 50 сильных извержений, при которых изливалась лава. Этот вулкан ежегодно выбрасывает в атмосферу миллионы кубических метров твердых продуктов — пепла, песка и камней.

После сильного тектонического землетрясения в ноябре 1936 г. последовал ряд извержений этого вулкана. Сперва в начале апреля над кратером его появилось 30 свечение — отражение света, излучаемого поднявшейся раскаленной лавой. Иногда оно имело вид двух огненных столбов, соответственно двум жерлам в кратере вулкана, в которых показалась лава.

В середине апреля слышались грохочущие раскаты со стороны покрытой обломками вершины сопки. Выбросы темных вулканических материалов, прорывая нависшие над кратером тучи, поднимались на высоту до 1500 м.

В середине мая на северном склоне вулкана показались сползавшие вниз потоки лавы длиной 200–300 м, а б июня из жерла полетели камни и бомбы, которые с наступлением темноты можно было различить не только в бинокль, но и невооруженными глазами.

После этого казалось, что извержение закончилось, но через 3 дня над кратером снова поднялся столб паров и газов — пиния — на высоту более 3000 м и было выброшено много бомб.

24 июня произошло новое, третье, извержение, во время которого столб паров и газов поднялся на 8000 м и вытянулся на север в виде хвоста длиной 85 км и шириной 35 км. Через края кратера переливалась лава, стекавшая по восточному и западному склонам горы.

Для изучения деятельности вулканов — работниками Вулканологической станции Академии Наук не раз совершались восхождения на сопки Камчатки в то время, когда происходили выбросы паров и газов.

Вот рассказ одного из участников, геолога В. И. Влодавца, об одном из таких восхождений: «28 августа 1936 г. Восхождение началось в 4 ч. 20 м. из хижины, построенной на склоне Ключевского вулкана на высоте 2850 м. Путь лежал сначала вдоль ледника с многочисленными трещинами, затем по каменным обломкам, покрывающим ледник; дальше вдоль гребня, представляющего собой остатки лавового потока, и, наконец, последние 600 м по ровному фирну. Первые дуновения огромной «химической лаборатории», которой являлся вулкан, почувствовали на высоте 3200 м; чем выше, тем они были сильнее, и выше 4500 м исследователи все время шли в атмосфере газов и паров, выделяющихся из вулкана и смешивающихся с воздухом и снегом, который пошел, когда они были еще на высоте 4000 м. Выше 4000 м подъем происходил в густом тумане бурого цвета от наполнявшего воздух вулканического песка и пыли. После 12 ч. подъема был достигнут востоко-северо-восточный край кратера. Газы и пары выбрасывались из кратера с большим шумом, напоминающим шум морского прибоя во время шторма, с грохотом и воем. Временами извергались вулканический песок и пыль. Восточный и юго-восточный края кратера делались видимыми только иногда и на несколько мгновений. Вдруг на один момент стала видима вся внутренность кратера. Кратер представляет собой чашеподобное углубление с крутыми, почти вертикальными стенками. Края кратера неровные — северная и южная стенки выше, чем западная и восточная.

Северо-восточный край кратера сложен вулканическим песком, сцементированным льдом.

Дно кратера овальное, размерами, на глаз, 200 x 150 м. Северная часть дна — ровная песчаная платформа; наоборот, южная часть — черная бездна, причем эти две части отграничиваются прямой линией.

Наш подъем в атмосфере газов, нахождение у края кратера около 1 часа и последующий спуск (все это заняло в общем 3 часа) не дали в общем болезненных явлений, хотя с нами не было противогазов. Мы только чувствовали неприятный вкус во рту, и перед самым спуском некоторые из нас почувствовали легкую головную боль, которая по выходе из этой атмосферы скоро исчезла. Это объясняется тем, что концентрации газов препятствовали ветер и снег, а главное, в их составе преобладающую роль играли холодные пары. Четыре трубки с пробами газов были положены в рюкзак у края кратера. Сильное извержение подбросило рюкзак, и он покатился вниз по северному склону.

По запаху можно было различить присутствие хлористого водорода, сернистого газа и временами в незначительном количестве сероводорода».

Очень интересно также восхождение на вершину вулкана, совершенное в 1937 г. Оно было осуществлено группой геологов 18 июля, когда в течение дня им удалось подняться на высоту 3600 м, где они на ночь разбили палатку. Дул сильный ветер, шел снег. Вулкан непрерывно грохотал, на палатку сыпался песок, а иногда неподалеку падали и камни. К вечеру следующего дня грохот затих, но ночью по северо-восточному склону спустился поток раскаленной лавы до высоты 3500 м. К счастью, палатка исследователей была на северном склоне горы и осталась в стороне.

На следующий день в 4 часа началось восхождение на вулкан. Из кратера поднимались газы и пары, выбрасывался пепел, вылетали бомбы. Край кратера — воротник — был покрыт песком, темнозелеными камнями и черными шлаковыми бомбами. Под этим каменным покровом лежал фирновый лед, переслаивающийся с продуктами извержений.

Исследователи провели 2 часа на краю кратера, наблюдая картину извержения вулкана, из жерла которого беспрерывно вылетали крупные бомбы объемом в 1–2 м³. Эти глыбы камня имели неправильную форму с рваными краями.

Внутри кратера высился новый конус, насыпанный над жерлом вулкана только за последний месяц. Вершина его высоко поднималась над краем кратера. Сбоку конуса было видно отверстие, из которого периодически выбрасывались клубы черного пепла.

По дну кратера проходила трещина, из которой также выделялись пары и газы. Лава, очевидно, поднималась и изливалась по концам этой трещины. на запад или восток.

Когда исследователи спускались по склону сопки, произошло землетрясение, центром которого, несомненно, был Ключевской вулкан. Оно ощущалось только на его склонах и в ближайших к нему пунктах. Люди испытывали покачивание, а скала, на которой была разбита палатка, спустилась на несколько сантиметров; громадные камни срывались со склонов и с грохотом исчезали внизу. Во время землетрясения наблюдалось усиление извержения. Из ранее спокойно «парившей» трещины происходили выбросы паров и газов и летели фонтаны раскаленных бомб, которые, раскалываясь на лету, падали вниз.

Многократные поднятия на вершину Ключевской сопки доказали, что форма кратера действующего вулкана часто меняется и в разное время наблюдается различное число жерл. Повидимому, главный канал вулкана имеет несколько выходов на поверхность, которые действуют не все одновременно.

Горячие воды, конденсирующиеся из паров в трещинах горных пород, по которым они проникают с больших глубин, выходят на поверхность в окрестностях камчатских сопок. Так, например, по берегам р. Банной, в которую можно попасть из района Начика через горные цепи Табуретки, Сементик и Ягодный хребет, есть много источников горячих вод. Спустившись в долину р. Банной, путешественник попадает в густые заросли ольховника и луговых трав. Двигаясь вверх по течению р. Банной, вы встретите ключ Кухта, вокруг которого на целый метр галька так горяча, что к ней нельзя прикоснуться рукой. На высоком берегу реки лежит Тикина группа горячих ключей с кратерами шириной до 1,5 м, из которых вырывается чистая кипящая вода.

В овальном углублении диаметром более 2 м выбрасывает клокочущую воду ключ Шипящий. Из земли, как из трубы парового котла, со свистом вырывается горячий пар. В центре площади, занятой кипящими ключами, лежит небольшое озеро — бассейн горячей воды.

Группа горячих ключей Восьмерки интересна своей глубиной: несмотря на чрезвычайную прозрачность чистой воды, заглянув в кратер ключа, нельзя заметить признаков дна.

Горячая вода ключей левого берега р. Банной образует впадающую в Банную небольшую речку. На площади длиной около 1 км и шириной 0,4 км разбросаны 18 групп горячих ключей. Их легко сосчитать по столбам паров, поднимающихся в холодном воздухе на заре.

Горячие ключи р. Банной, по берегам которой селятся в хижинах больные, во время землетрясения иногда становятся похожими на вулкан, и из кратера их вылетают камни.

Изучение вулканической деятельности очень важно для того, чтобы предсказывать вулканические явления и принимать меры для спасения лежащих вблизи действующих вулканов селений и городов.

Замечательный случай спасения города от угрожавшего ему потока лавы применением бомбардировки с бомбовозов был на Гавайских островах во время извержения вулкана Моана-Лоа.

Вот рассказ об этом, приводимый акад. Левинсон-Лессингом на страницах журнала «Природа».

«21/ХII началось излитое лавы из большого лавового озера, которое скопилось на седловине между двумя горами. Продвинувшись быстро на целую милю на восток, лавовый поток шириной в 200 фут. направился по долине, которая вела его непосредственно на г. Хило, расположенный на морском берегу. Было ясно, что может случиться катастрофа. При движении такой лавы, частью очень вязкой и передвигающей на своей поверхности крупные глыбы, частью переливающейся жидкоплавкими струями, легко образуются лавовые галлереи-туннели, по которым лава движется под влиянием как силы тяжести, так и давления горячих газов. По такому туннелю лава со скоростью больше мили в день и направлялась в сторону г. Хило. При этих условиях лава могла бы уже 9 января выйти на дорогу, ведущую в Хило, и вскоре беспрепятственно его достигнуть. 23 декабря было созвано совещание вулканологов обсерватории на Килауэа с военным командованием в Гонолулу и было решено, что необходимо бомбардировкой вскрыть источник лавы на высоте 8500 фут., разрушить здесь начальную часть двух лавовых галлерей-туннелей, и таким образом дать лаве свободный выход по другим направлениям. 24 декабря воздушной разведкой и фотографированием с самолетов была определена топография соответствующего склона горы. Бомбовозы с интервалами в 10 мин. вылетали из аэропорта в сторону моря, чтобы не лететь с опасным грузом над городом, и, достигнув требуемой высоты, направлялись обходным путем над пустынной местностью к намеченному для бомбардировки району, который был по возможности оцеплен, чтобы не было случайных жертв. С высоты 3000 фут. было сброшено 6 т бомб, которые произвели необходимые разрушения в области истоков лавы, разрушили туннели и дали выход газам, уничтожили гидростатические давления и дали лаве возможность распространяться по другим направлениям, и г. Хило был спасен».

План спасения города был составлен на основании многолетних наблюдений обсерватории на Килауэа, которые выяснили особенности движения потоков лавы.

Вулканологическая станция Академии Наук в селе Ключи также может сыграть большую роль в разрешении задачи предотвращения гибельных. последствий вулканических извержений.

Количество энергии, которое освобождается при извержении вулканов, очень велико. Энергии, освободившейся во время последнего извержения Этны в 1928 г., как показывают подсчеты, было бы достаточно, чтобы снабжать ею всю Италию в течение 3 лет. Однако до настоящего времени использование энергии вулканов очень скромно.

В Исландии горячие источники используют хозяйки для изготовления пищи и стирки. В Италии и Японии используют вулканическое тепло для небольших индустриальных установок и в домашнем быту, хотя количество пара, которое можно получать, измеряется миллионами килограммов.

С вулканами и их деятельностью связано образование различных полезных ископаемых. Среди них в первую очередь надо назвать самородную серу, которая образуется или непосредственной возгонкой при вулканических извержениях, или путем окисления выделяющегося сероводорода. При температуре около 200° сера осаждается, плавится и стекает по окружающим породам, частью пропитывая их. Месторождения серы вулканического происхождения известны на протяжении всей вулканической цепи от острова Формозы до Курильских островов. Наиболее важные из них находятся в Японии— вулкан Киришима и др., где сера добывается десятками тысяч тонн. Много ее извлекают также на старых вулканах Такора и Чупикуина в Чили.

Не менее важны и интересны содержащие бор горячие пары и ключи, выходящие на земную поверхность вблизи центров вулканической деятельности. Классической областью борных фумарол (парообразных выделений) и соффиони (горячие ключи, насыщенные газами) является Тоскана в Северной Италии. Здесь известны многочисленные естественные выходы струй водяных паров и перегретой воды, богатых сассолином (борной кислотой). Около этих выходов образуется подобие маленьких кратеров, в которых накапливается вода, содержащая на 1 м около 0,5 г борной кислоты. Из фумарол и соффиони в Италии добывается до 5000 т сырой борной кислоты в год.

Нередко среди вулканических пород образуются скопления квасцового камня — алунита (действием сернокислых вод и сернистого газа на лаву или туфы). Алунит служит исходным минеральным сырьем для получения калиевых квасцов и сернокислого алюминия. Крупное месторождение алунита в СССР находится в Заглике (Азербайджанская ССР).

Некоторые лавы, содержащие минерал лейцит (алюмосиликат калия), как, например, лавы Везувия, разрабатываются в целях получения из них калиевых солей и металлического алюминия.

На Кавказе уже много лет из кислотоупорных лав Казбека — андезитов и андезито-базальтов — обтесываются плиты и куски различной формы, идущие для надобностей кислотного производства.

Среди продуктов вулканических извержений большое значение приобрели также так называемые вулканические пеплы. Под влиянием вторичных процессов они обычно уплотняются и превращаются в вулканические туфы. Некоторые из них обладают ценным свойством затвердевать под водой в смеси с гашеной известью и таким образом служить в качестве гидравлических добавок. Если такие продукты являются рыхлыми, — то их называют пуццоланами (по местности Пуццуоли недалеко от Неаполя, с пользующимися мировой известностью залежами пуццолана), а в случае их компактности — трассами. Лучшие разработки трасса в СССР находятся на вулкане Кара-даг в восточном Крыму.

Очень пористая застывшая лава — пемза — применяется в качестве абразивного материала для шлифовки и полировки. Некоторые сорта лав, богатых минералом нефелином, — фонолиты — используются для варки бутылочного стекла.

Наконец, нельзя не отметить широкого употребления различных лав и вулканических туфов в качестве каменного строительного материала. Большой известностью в СССР пользуются артикские туфы Армении, из которых в значительной части построен г. Ереван.

Приведенные примеры показывают, что вулканы являются не только замечательными природными феноменами, но и несут с собой ряд ценных продуктов.

Хибинские Тундры

Карта Хибинских Тундр

На Кольском полуострове, далеко за Полярным кругом, между озерами Имандра и Умбозеро, высится Скалистый, мрачный горный хребет Хибинские Тундры, а по другую сторону Умбозера над болотистой низиной громоздится очень похожий на него по своему строению и происхождению горный массив Ловозерских Тундр.

Перед глазами путешественника, поднявшегося на их вершину, расстилается замечательная картина: по склонам гор мчатся бурные ручьи и речки, синеют горные озера, ниже зеленого ковра альпийских лугов щетинятся великолепные еловые леса.

Сравнительно неглубокое озеро Имандра изобилует обширными заливами-плесами, которые соединяются между собой узкими проливами. Берега его покрыты прекрасным лесом. На Имандре много островов и каменных отмелей, и плавание по нему не везде возможно даже в лодке.

Гораздо глубже Умбозеро, лежащее между массивами Хибинских и Ловозерских Тундр, хотя и в нем имеются мелкие места.

Кроме этих больших озер, по перевалам и в долинах насчитывается еще несколько десятков мелких. Некоторые из них осенью исчезают, оставляя на камнях черный налет разложившихся органических веществ.

Одни из них произошли в результате загромождения горных долин обломками скал, другие — вследствие заполнения глубоких впадин. Крупнейшие из них — Большой Вудъявр — лежит на высоте 305 м над ур. м. Немногим уступает ему плотинное озеро Пай-Кунъявр, лежащее на высоте 190 м над ур. м.

У подножья скалистых высот Тахтарвумчорра, на высоте 350 м над ур. м., синеет живописное озеро Малый. Вудъявр, на берегу которого около 10 лет тому назад, начала научную работу Горная станция Академии Наук.

Главные реки Хибин стекают на восток и на запад от почти меридиональной водораздельной линии: долина Куниока — перевал Кукисвум — озеро Большой Вудъявр, которая делит Хибины на две части. Здесь берет начало стекающая на запад из озера Большой Вудъявр р. Белая, при впадении которой в озеро Имандра находится станция Мурманской железной дороги — Апатит.

Река Малая Белая у ее выхода из гор

Фото Д. И. Щербакова

Озеро Имандра

Фото Д. И. Щербакова

Хотя в длину эта река имеет только 22 км, но она очень многоводна и недоступна для перехода вброд. Из других рек, впадающих в озеро Имандра, наиболее крупны Гольцовка длиной около 13 км и Куниок, вытекающая из озера Пай-Кунъявр. На северо-восточных склонах Расвум-чорра и Юкспора берет начало впадающая в Умбозеро р. Вуоннемиок. Есть много и других рек и речек, стекающих в Умбозеро и озеро Имандра. По большей части они обладают очень быстрым течением и при первом же дожде легко выходят из берегов.

Многие из рек зимой промерзают до дна, а другие зимой быстро иссякают, оставляя пустые русла. Бывают случаи, когда река замерзает во время подъема воды и кора льда остается висеть над быстро понижающимся уровнем воды, оседая под тяжестью падающего снега. Во время весеннего таяния снега вода течет по поверхности промерзших до дна рек, постепенно размывая толщу льда.

Несмотря на быстроту течения рек, вода в них совершенно прозрачна; она очень холодна, и ее температура никогда не превышает 13°; зимой быстрота течения часто не дает возможности реке замерзнуть, вода переохлаждается, лед образуется в толще водного слоя и кусками всплывает на поверхность.

Район Хибинских и Ловозерских Тундр лежит за Полярным кругом, и хотя там сказывается умеряющее действие теплого океанского течения — Гольфштрема, — климат довольно суров. Зимой свирепствуют жестокие морозы и бураны, которые сметают снег с вершин гор в долины рек, где он сохраняется местами круглый год, не успевая стаять в течение короткого лета..

Пласты снега в долине р. Кукисиок. Заснято 30 нюня

Фото К. Д. Щербаковой

В хибинских ущельях и на склонах гор наблюдаются некоторые явления, свойственные пустыням, так как количество выпадающих осадков не превышает 400 мм в год. Морозное выветривание дает в Хибинах замечательные формы, свойственные только сухому климату пустынь с резкими колебаниями суточных температур и преобладанием механического разрушения над химическими процессами. На высоких плато залегают «каменные моря», на крутых склонах — ползучие осыпи, или «каменные поля».

Оригинальное явление наблюдается в Хибинах после ночных заморозков на берегах рек и озер под галькой и мелкими камнями вырастают «ледяные стебельки», поднимающие камешки на 3–4 см в высоту.

Покрывающие предгорье сосновые леса по долинам рек зелеными языками глубоко заходят в горы. Они чаще всего встречаются на более теплых, южных склонах гор. В этих лесах можно встретить огромные деревья высотой до 18 м и до 90 см в поперечнике.

Выше сосны поднимается ель, которую на защищенной от ветра стороне можно встретить на высоте до 0,5 км. Крона ели часто-имеет своеобразную форму, напоминающую юбку, — «ель в юбке»: она окружает дерево до 1 м в высоту непроницаемым покровом; над нею поднимается почти голый ствол, несущий только на верхушке узкую крону. Высота «юбки» указывает на толщину снегового покрова, защищающего нижнюю часть дерева от губительного действия зимних ветров.

Чем дальше вверх, тем сосна и ель становятся ниже, и на границе лесов искривленные стволы деревьев имеют в высоту 2–5 м (криволесье).

Далее идет пояс кустарников, а выше 500 м склоны гор заняты горной тундрой, покрытой ковром зеленых лишайников и мхов. В иных местах эта зона представляет собой покрытые щебнем пологие пространства, на которых зеленеют пятна лишайника. Выше 700 м растительность почти исчезает.

Очень своеобразно расположение Хибинских и Ловозерских Тундр: центральные массивы их окружены далеко загибающимися подковообразными, обращенными выпуклостью на запад дугами горных хребтов.

Гора Кукисвумчорр

Фото Д. И. Щербакова

Центральный массив Хибинских Тундр образован горами Рассчорр, Кукисвумчорр, Юкспор и др. Из них наиболее величественен Кукисвумчорр, пять вершин которого заканчиваются плато со сложной системой цирков и ущелий на восточном склоне, откуда стекают притоки рек, впадающих в Умбозеро.

Массивы Хибинских и Ловозерских Тундр в течение геологической истории подверглись влиянию различных сил, наложивших на них свой отпечаток. Тектонические движения раскололи массивы хребтов, создав ряд трещин и разломов. Например, ущелье, соединяющее станцию Хибины с Горной станцией. Академии Наук, перевал Юкспорлак, ущелье из долины р. Белой к озеру Малый Вудъявр.

Эти разломы имеют продолжение и на дне озер. Так, в озере Имандра большие глубины найдены на продолжении долин р-р. Малой Белой и Гольцовки, а также и ущелья Юм-Егор. В Умбозере против впадины Тульилухт также прослеживается понижение дна.

Громадные ледники, покрывавшие Кольский полуостров в эпоху четвертичного оледенения, проработали в массивах гор корытообразные долины, примером которых могут служить перевалы Кукисвум, Умбозерский и др. с мягкими формами склонов. На этих перевалах находятся всегда небольшие бессточные озера, окруженные рыхлыми отложениями ледников. На вершинах гор часто встречаются принесенные древними ледниками окатанные валуны гранита, гнейса и других горных пород.

Им же обязаны своим происхождением огромные цирки, окруженные отвесными стенами в 300–400 м высотой, и скопления обломков скал и камней у подножья цирков, принесенные былыми ледниками.

Большие изменения в рельефе Хибинского и Ловозерского массивов произвела последующая деятельность рек, которые размывали трещины в горах, превращая их в горные долины; реки накопили такое количество обломочного материала в руслах и при впадении в озера, что часто воды их скрываются под принесенными обломками и щебнем.

По своеобразию геологического строения, составу слагающих его горных пород и встреченных среди них минералов Хибинский и Ловозерский массивы представляют замечательнейшее явление не только в нашей стране, но и на поверхности всего земного шара.

Многочисленность озер и болот, отсутствие дорог, порожистость рек и редкое население делают район Хибин труднодоступным. Поэтому, несмотря на сравнительную близость от культурных центров, еще два десятка лет назад эти горы были мало исследованы.

В дореволюционный период окраины Хибинского массива лишь случайно пересекали некоторые путешественники, следуя по старым почтовым трактам Кандалакша — Имандра — Кола.

В конце прошлого столетия там побывали географические экспедиции Риппаса, который прошел по рр. Варзуге, Пане, Поною и Рабо, посетившего районы к западу от озера Имандра до Нотозера. Эти экспедиции коснулись лишь окраины Хибин.

Зато три экспедиции финляндского геолога Рамзая, организованные в конце прошлого столетия с целью изучения Хибинских и частью Ловозерских Тундр, дали ценные сведения о горных породах И растительности этих заполярных хребтов.

После экспедиций Рамзая никто до революции не посещал района Хибин, и только в 1920 г. было начато изучение этого массива — свидетеля древнейших периодов геологической истории Земли.

Исследования начались экскурсией покойного президента Академии Наук А. П. Карпинского, А. Е. Ферсмана и А. П. Герасимова, которые в ясную полярную ночь прошли от станции Имандра к горе Маннепахка. После: этого осенью 1920 г. в Хибинские Тундры выехала экспедиция Академии Наук, Ленинградского университета и Географического института. С того времени в течение ряда лет на берега Ловозера и озера Имандра ежегодно отправлялось по нескольку геологоразведочных партий и научно-исследовательских отрядов. Геологи работали в тяжелых условиях Заполярья, перетаскивая снаряжение на. плечах, переходя вброд горные реки и ночуя у костра среди первобытных лесов.

Оказалось, что страна, лежащая вблизи магистрали Мурманской железной дороги, была совершенно неизвестна: там, где на картах были обозначены низины, исследователи находили скалистые горные хребты, а многие реки протекали совсем не в тех направлениях, которые были показаны на картах. Эта страна нуждалась не только в геологическом, но и в географическом изучении.

Через 6 лет после начала работ уже стали известными залежи хибинского апатита, и вскоре начались промышленные разведки, выявившие грандиозные их масштабы, и постройка железнодорожной ветки.

Так, после пионерских дерзаний Рамзая советские геологи ценой геройских подвигов и усилий открыли путь к богатствам, заключенным в огромном массиве щелочных горных пород, внедрившимся в земную кору около-300 млн. лет назад.

Хибинские и Ловозерские Тундры представляют собой крупнейший в мире выход на поверхность глубинных горных пород, прорвавших древнейшие кристаллические; сланцы Фенноскандинавского щита, часть которого составляет Кольский полуостров. Щитами и платформами, как. известно, называются участки земной коры, подвергнувшиеся интенсивной складчатости в первые периоды ее существования, оказывающие большое сопротивление в дальнейшем горообразовательным силам. Частями одного из замечательнейших щитов являются Скандинавский полуостров, Финляндия и Кольский полуостров, который уже с девонского периода геологической истории Земли никогда не был под поверхностью моря и не сминался в складки. Только окраины его были смяты горообразовательными, процессами или изломаны сбросами.

Хибинская научно-исследовательская горная станция Академии Наук

Фото К. Д. Щербаковой

Однако в отдаленную палеозойскую эру существования Земли в толщу сланцев, слагающих район Хибин, из глубин земли вторглись массы жидкой щелочной магмы, которые частично, может быть, даже излились на ее поверхность.

Охладившаяся лава и залегавшие под ней сланцы впоследствии были разрушены действием воздуха, воды и смены температур, а застывший на глубине массив кристаллических горных пород стал возвышаться над размытой поверхностью земли.

Замечательная особенность Хибинских и Ловозерских Тундр — их кольцевое строение: внешние дуги, сложенные из крупнозернистых нефелиновых сиенитов — хибинитов, окружают центральное ядро также из сходных по составу пород — фойяитов. А между ними кольцевыми дугами залегают более молодые горные породы, отличающиеся по своей структуре от пород внешнего кольца и центрального массива. Эти более молодые дуги (расчорриты и ийолит-уртиты) прорезаны апатито-нефелиновыми породами.

Когда магматический массив уже покрылся твердой корой, в трещины ее врывались массы более жидкой, насыщенной летучими веществами магмы, содержавшей в растворе-расплаве соединения редчайших элементов. Они застывали в виде пегматитовых жил, в которых мы находим минералы, содержащие цирконий, титан и редкие земли.

Горные породы Хибинских и Ловозерских хребтов настолько отличаются от известных в других местах горных пород, что геологи дали им даже особенные названия по имени сложенных ими гор.

Исследуя склоны Хибинских и Ловозерских Тундр, геологи сделали много ценных для нашей горной промышленности открытий. Они нашли там неисчерпаемые залежи горных пород с высоким содержанием минерала апатита.[6]

Апатито-нефелиновые «дуги» Хибин — единственное в мире явление как по составу этой горной породы, так и по доступному для эксплоатации количеству апатитовой руды. Восточная дуга, содержащая наибольшие запасы, вытянулась на 11,5 км. Мощный пласт апатитовой руды проходит по склонам гор, прерываясь в местах пересечения их речными долинами.

Наглядное представление о форме этой огромной залежи дает акад. А. Е. Ферсман, который делает допущение, что залежь апатитовой руды имеет форму плоского опрокинутого конуса с вершиной, расположенной под склонами Эвеслогчора на глубине 5–7 км. «Тогда наша рудная полоса, — говорит акад. Ферсман, — будет выстилать основание этого конуса и в виде фестонов висеть на его поверхности. Глубокие речные долины и ледниковые цирки разрушили его, как бы разорвали на отдельные части, но геологический и гео-химический анализы позволяют связать их всех в единую по происхождению дугу. На. севере этот замечательный пояс начинается в долине маленького притока р. Лопарской — Воркеуай («гремящий ручей» по-лопарски), где он оказывается зажатым между нефелиновыми породами — уртитом и луявритом; далее быстро расширяется и на склонах южного отрога Кукисвумчорра представлен грандиозным размером современного рудника, идущего как вдоль по простиранию, так и в долине р. Лопарской по падению. Здесь мы с особой ясностью видим, что верхняя граница апатитового тела весьма неправильна, что она отдельными жилами врывается далеко в кровлю, ветвясь и разделяясь, сохраняя, однако, вообще свое падение к востоку. Долина р. Лопарской своими коренными отложениями и речными наносами скрывает дальнейшее продолжение пояса, но глубокие буровые скважины проникли уже на 100 м ниже уровня озера Большого Вудъявра, все время обнаруживая высокосортный апатит.

Далее апатитовая дуга начинает подниматься по склону горы Юкспора; внизу она вскрыта новым рудником, разведочными канавами и, наконец, на самой вершине Юкспора, на высоте около 800–900 м над уровнем моря, она расширяется в значительное плато. Следуя на юго-восток, мы видим, как дуга начинает опускаться по южному склону Юкспора в долину Юкспориока, но здесь она быстро уменьшается по своей толщине и, наконец, на высоте 610 м сходит почти совершенно на-нет…

Еще далее эти отрывки, возможно, сливаются с огромным апатитовым полем Западного Расвумчорра, так что, если представить себе Апатитовый цирк заполненным, то все эти части вместе с Юкспором составили бы один большой фестон».

Апатитовая дуга подстилается горной породой, содержащей до 85 % нефелина,[7] которая залегает в виде второй, наружной, дуги, концы которой уходят гораздо дальше, чем у апатитовой дуги. Эта нефелиновая дуга занимает площадь более 25 км². Запасы апатита, содержащего до 34 % фосфорной кислоты, намеряются сотнями миллионов тонн, запасы нефелина — десятками миллиардов тонн.

Расплавленная, насыщенная газами магма, застывшая в виде апатитовых и нефелиновых пород, внедрилась среди ранее затвердевших дуг, слагающих Хибинский массив.

Вот что говорит А. Е. Ферсман о происхождении этих пород:

«Образование апатитовых и нефелиновых пород надо себе представить таким образом: в последние моменты остывания огромного подземного очага магмы, когда даже центральная часть канала была сверху закрыта затвердевшими массами, снизу снова поднялись расплавы, богатые летучими веществами, и пробили себе дорогу по образующей того конуса, о котором говорилось выше, как раз между дугами ранее застывших пород. При этом внедрении они частично переплавили эти образования, частью проникли отдельными жилами. Как тягучая масса, застывали они в этой обстановке, обволакивая куски, падающие в них с кровли, растекаясь в виде густой массы, которая наверху накапливала летучие газы, а внизу располагалась слоями, по мере охлаждения образуя те «флюидальные структуры», которые с замечательной резкостью наблюдаются на руднике Кукисвумчорра. При этом произошло и разделение апатитовой породы на две части: на верхнюю богатую зону, которая по своему строению получила название пятнистой, и нижнюю — сетчатую».

Кроме апатита, разведчиками Хибинских и Ловозерских Тундр были найдены богатые залежи редких минералов. Десятки жил малинового эвдиалита, содержащего цирконий, были открыты на перемычке Куэльпора, а в одном из ущелий оказались крупные скопления редчайшего минерала — ловчоррита (содержащего много редких земель); даже около самой Горной станции Академии Наук было найдено месторождение чистейшего плавикового шпата.

Найденное исследователями на склоне одной из вершин Кукисвумчорра — Апатитовой горе — между долинами рр. Лопарский и Воркеуай месторождение апатита в настоящее время разрабатывается для получения фосфористых удобрений. Фосфорная кислота (ангидрит Р₂О₅) — одно из лучших удобрений, но содержащий ее апатит — составная часть апатито-нефелиновой породы — в естественном виде не пригоден для целей сельского хозяйства, так как не переходит в условиях почвы в растворимое состояние и поэтому не может питать растения.

Чтобы выделить чистый концентрат апатита, содержащую его породу обрабатывают на особой обогатительной фабрике, где из нее выделяется в виде хвостов нефелин и железосодержащие минералы — эгирин и титаномагнетит.

Обогащение достигается способом флотации. Апатито-нефелиновую породу дробят и измельчают настолько, чтобы сросшиеся зерна апатита и нефелина отделились друг от друга. Измельченную в порошок породу разбалтывают в воде, к которой прибавлены специальные реагенты. Последние обволакивают тончайшей пленкой зерна апатита и делают поверхность его не смачиваемой для воды. В то время как остальные зерна, смоченные водой, садятся на дно, зерна апатита всплывают вместе с пеной бурлящей во флотационной машине пульпы. Пену сгребают, обезвоживают и получают концентрат апатита, а осевший на дне нефелин и другие минералы — нефелиновые хвосты — выпускают с водой в отстойные бассейны.

Обрабатывая концентрат серной кислотой, получают из него высококачественное удобрение — суперфосфат, способный растворяться, будучи введенным в почву, и восприниматься растениями. В необработанном виде концентрат ацатита применяется для выплавки ферро-фосфора «и фосфористой бронзы. Из необогащенной апатитовой породы путем возгона получают желтый фосфор.

Нефелиновые хвосты, содержащие эгирин и титано-магнетит, могут применяться только для дубления кожи и в керамическом производстве, но освобожденные новым обогащением от этих примесей могут иметь широкое применение.

Можно указать на получение еще ряда продуктов химического производства из апатито-нефелиновых пород Хибинского массива. Так, например, спекая нефелин с известняком, получают чистый глинозем для алюминиевых заводов, соду и сырье для цементного производства.

Нефелин можно добывать, помимо нефелиновых хвостов, из залегающих под апатито-нефелиновыми рудами уртитов — пород, содержащих 70–85 % нефелина. Для этого нужно было бы освобождать уртит от содержащих железо минералов. В таком обогащенном виде он мог бы найти широкое применение.

В настоящее время добыча нефелина производится в устье некоторых рек, где запасы исчисляются в несколько миллионов тонн. Нефелиновый песок отложился в результате размывания коренных нефелиновых сиенитов и переноса измельченного материала вниз по течению, причем в это время происходило отделение тяжелых железистых минералов. Эти обогащенные реками нефелиновые пески идут на заводы для изготовления бутылочного и полубелого стекла, а также для керамического производства.

В Хибинских горах известно также несколько месторождений открытого там минерала — сфена, содержащего до 40 % двуокиси титана. Залегание породы, обогащенной сфеном, прослежено от юго-восточного склона Кукисвумчорра через Лопарскую долину и по нижней части северо-западного склона Юкспора на протяжении свыше километра при мощности от 10 до 30 м. Запас сфеновой породы с содержанием сфена до 50–60 % составляет здесь много миллионов тонн. Обогащая эту породу, из концентрата сфена можно получать двуокись титана, а из него-хорошую белую краску.

Напрасно было бы пытаться отыскать в Хибинах пласт глины или кусок кварца. Эти встречающиеся повсюду горные породы и минералы представляют там большую редкость. Но зато по склонам гор и среди каменных россыпей их вершин часто мелькают ярко окрашенные минералы, не известные нигде в мире, кроме Хибин и Ловозерских Тундр.

Наиболее замечателен из них у помянутый уже вишнево-красный эвдиалит, содержащий окись редкого металла циркония. В Ловозерских Тундрах найдены крупные залежи пород с содержанием 30–40 % этого минерала.

Только в Хибинах найдены блестящие, золотистые пластинки (до 8 см длиной) минерала лампрофиллита, который встречается вместе с эвдиалитом. Очень похож на него астрофиллит, часто образующий большие красноватого цвета листы и волокнистые массы.

Наконец, надо назвать черные кубики лопарита, содержащего редкие земли, титан и ниобий, розовые волокна юкспорита и яркожелтые блестящие иглы ринколита или буровато-желтые, напоминающие столярный клей массы ловчоррита — частые находки охотников за минералами в Хибинских и Ловозерских горах.

В особенности важен минерал лопарит, заключающий в своем составе значительные количества редких земель и ниобия. Громадные его скопления обнаружены в Ловозерских горах. Они разведаны, и уже проектируется рудник для добычи лопарита.

Тюя-муюн

Полвека тому назад с северных предгорий Алая в лабораторию Геологического комитета в Ленинграде был доставлен кусок известняка с вкрапленностью зеленовато-желтых чешуек медной руды.

Красивый, не известный до того времени минерал приняли за медную руду потому, что в Средней Азии часто встречаются зеленый малахит и синий лазурит — окисленные руды меди. Их добывали в средние века и еще раньше, о чем говорят так называемые китайские выработки.

Пробитые ручным (способом, повидимому, с помощью железных клиньев, такие выработки оказались и на известняковом гребне Тюя-муюн в предгорьях Алая, где был найден новый зеленовато-желтый минерал.

Исследования желтых пластинок нового минерала в лаборатории показали, что это не медная, а урановая руда, в которой содержится окись урана.

Этим открытием очень заинтересовались, так как в рудах урана всегда есть радий, и в пещерах Тюя-муюна, стенки которых были покрыты коркой известняка с вкрапленностью желтого минерала, начали добычу радиевой руды.

Мраморовидные известняки Тюя-муюна выдаются в виде узкого гребня из зажимающих их углистых, кремнистых и глинистых сланцев. Основание известнякового гребня уходит на неисследованную глубину и остается пока нам неизвестным. Длина гребня 6–8 км, а ширина в среднем около 600 м. Вытянутый по широте гребень с почти отвесными склонами пересекается ущельем р. Ара-ван глубиной около 300 м.

Район предгорий Алая, где лежит гребень Тюя-муюн, имеет характер полупустыни; количество осадков, выпадающих в течение года, не более 400–500 мм. Однако дожди идут почти исключительно в марте и апреле, а потому в этот период создаются хотя и кратковременные, но обильные потоки воды.

В далеком прошлом, повидимому, климат в этих местах был более влажным и теплым, и на гребень Тюя-муюн выпадало гораздо большее количество осадков, чем в наше время. Как мы увидим ниже, талые снеговые воды и дождевые потоки послужили причиной образования в Массиве гребня Тюя-муюн большого количества пустот.

В некоторых из таких пустот, на их стенках, образовались скопления особого вида породы — «рудного мрамора», пронизанного жилками и вкрапленностью зеленовато-желтого минерала, о котором было сказано выше, названного тюямунитом. Удлиненные, уходящие в глубь массива скопления «рудного мрамора», покрывающие стенки трубчатых пустот, получили название жил.

На небольшом пространстве, длиной около 2,5 км и шириной 600 м, было найдено несколько таких жильных образований. Наибольшее значение имела Главная жила, но кроме нее был разведан ряд других.

Исследование жил Тюя-муюна показало, что они образовались путем заполнения рудной массой и баритом уходящих вниз вертикальных или наклонных и изломанных каналов — трубок — в известняковом массиве гребня.

Тюямуюнский гребень, прорезанный ущельем Танге.

Вид на юг из долины р. Араван

Фото Д. И. Щербакова

Объяснение происхождения трубок и процессов заполнения их рудным веществом имело очень большое значение для определения возможных запасов руды и надежности всего месторождения; оно оказалось возможным лишь после изучения всех минеральных образований, покрывающих стенки пещер и трубок. Только после того, как было установлено, что стенки пустот сперва: были когда-то покрыты шестоватыми натечными корками кальцита, стала ясна причина образования полостей в массиве Тюя-муюна, так как подобные отложения образуются в пустотах, связанных с растворением толщ известняков поверхностными и отчасти грунтовыми водами. По своей форме и происхождению пещеры и трубки Тюя-муюна относятся именно к таким, как их называют, карстовым пустотам.

Процесс образования карста рисуется обычно в таком виде. В зоне поглощения поверхностных вод, богатых углекислотой, происходит растворение известняка и возникают большей частью колоколообразные пустоты — пещеры. Когда воды спускаются сравнительно быстро по трещинам вниз, размывая и растворяя известняк, образу; ются вертикальные или наклонные трубки диаметром до нескольких метров; в местах поворотов или колен они; расширяются в колоколообразные пещеры. Трубки мо: гут на глубине оканчиваться слепо пещерой, сетью узких. трещин — в массиве известняка или в зоне постоянного, спокойного течения переходить в горизонтальные ходы. Нижние пещеры, большей частью колоколообразной формы, соединяются между собой наклонными ходами; они обычно завалены упавшими сверху обломками и целыми глыбами камня. Нижние пещеры служат связывающим звеном между вертикальными трубками и самыми глубокими карстовыми образованиями — горизонтальными ходами. По горизонтальным ходам, лежащим на уровне грунтовых вод, нередко текут ручьи и даже реки; выходя в пониженных частях рельефа на поверхность земли, горизонтальные ходы, по которым текут ручьи, дают источники воды.

Карстовые образования развиваются в определенной последовательности, в течение достаточно длительного времени. Зрелый карст должен иметь все элементы — верхние пещеры, вертикальные трубки, нижние пещеры и горизонтальные ходы, которые не должны оканчиваться слепо.

В отличие от обычных грунтовых вод карстовые воды могут резко менять свой уровень, и иногда давно высохшие пещеры после ливня неожиданно заполняются водой.

Устья карстовых трубок в известняках Тюямуюнской гряды

Фото Д. И. Щербакова

Достигая больших глубин, карстовые воды нагреваются и всегда теплее поверхностных; с углублением через каждые 100 м их температура повышается на 2–3°.

Как известно, уровень грунтовых вод зависит не только от количества выпадающих осадков, проницаемости горных пород и тому подобных условий, но также и от высоты уровня рек данного района. По мере пропиливания реками своего русла и снижения их поверхности понижается и уровень грунтовых вод.

Поэтому наиболее характерные формы карстовых пустот соответствуют определенным уровням рек, показателями которых, как известно, являются речные террасы.

Когда вследствие понижения уровня грунтовых вод или изменения климатических условий карстовые пустоты высыхают, в них начинается процесс заполнения минеральным веществом. Из просачивающихся по мелким трещинкам в потолке пещер растворов начинает выделяться карбонат, образующий спускающуюся вниз известняковую сосульку-сталактит, который с течением времени становится все толще и толще.

Неуспевшая испариться с поверхности сталактита вода падает на дно пещеры, и на этом месте постепенно наращивается известняковый! столбик — сталагмит. Он делается все выше, пока, наконец, сливается со сталактитом, образуя колонну, подпирающую потолок пещеры.

Так постепенно происходит с помощью воды заполнение пустот, образованных ею же в массивах известняковых гор.

Полости Тюя-муюна начинаются обычно верхними пещерами, имеющими сообщение с поверхностью через извилистые, ветвящиеся ходы. Таковы, например, Желтая и сверкающая при свете фонарей Баритовая пещеры. Вследствие размывания Тюямуюнского гребня эти верхние пещеры в наше время находятся, конечно, гораздо ближе к поверхности, чем в эпоху образования их.

От верхних пещер в глубь массива идут вертикальные или коленчатые трубки, резко меняющие свое направление в зависимости от трещиноватости известняка. В местах переломов и изгибов они расширяются. Часто встречаются также вертикальные шахты («органные трубки»), отличающиеся большими размерами.

На глубине 83 м Главная жила начинает в некоторых местах расширяться. Небольшое раздутие ее в этой зоне носит название Белой пещеры, а. с глубины 114 м начинается обширная колоколообразной формы Нижняя пещера, достигающая в ширину 8 м. От верхней части Нижней пещеры уходит вверх на неизвестную высоту органная трубка, на стенках которой нет никаких отложений руды.

Кроме формы, типичной для карстовых пустот, на происхождение трубок Тюя-муюна указывает еще та связь, которая наблюдается между ними и речными террасами его района.

Самой верхней террасе правого берега р. Араван, образование которой происходило в эпоху, когда уровень реки задержался в течение длительного времени на одной высоте, соответствуют верхние пещеры — Желтая, Баритовая и др., образование которых происходило при постоянной высоте уровня грунтовых вод в течение длительного периода времени. Затем р. Араван стала быстро пропиливать русло и углубляться; с понижением реки стал снижаться и уровень грунтовых вод, расширение верхних пещер прекратилось, и вода стала уходить по трещинам вниз, образуя вертикальные, коленчатые и органные трубки.

Схематический широтный разрез через Тюямуюнскнй гребень и ущелье Танге (по А. Е. Ферсману). Картина вероятных и возможных форм карста на глубинах в связи с различными уровнями речных террас (базисами эрозии).

Образование Нижней пещеры происходило во время новой остановки понижения уровня грунтовых вод, которой на поверхности соответствует образование террас в ряде мест Восточной Ферганы, когда временно остановилось пропиливание поперечных долин. Еще ниже в долине Аравана имеется резко выраженная терраса, которой на не достигнутой разведками глубине в пустотах Тюя-муюна должны соответствовать нижележащие пещеры, заканчивающиеся трещинами или, вероятнее, горизонтальными ходами, соединенными с водоносной сетью известнякового массива.

На глубине 174,5 м горными выработками, которые велись на Тюя-муюне, был встречен обильный приток воды, а мощный источник Кок-булах, выбивающийся на склоне гребня близко к предполагаемому уровню карстовых вод, доказывает наличие проработанного горизонтального хода.

Поэтому можно считать почти доказанным, что Главная жила представляет собой зрелый карст с горизонтальной сетью подземных ходов. Действительно, выработка из Нижней пещеры пошла сперва круто вниз, а затем сделалась почти горизонтальной. Повидимому, и глубже имеется другой горизонтальный ход, связанный с сетью водоносных трещин массива, чем и объясняется встреченный шахтой обильный приток воды. Напродолжении верхнего горизонтального хода можно ожидать большие, направленные вверх колоколообразные пустоты.

Случаи образования отложений руд в карстовых пустотах известны и в других местах, кроме Тюя-муюна.

Обычно это месторождения свинцово-цинковых руд, как, например, в Каринтии и в Монтепони, где на большую глубину уходят вертикальные трубки диаметром до 40 м, заполненные баритом и свинцовым блеском. Однако в, этих месторождениях не сохранился так хорошо карстовый характер пустот, потому что стенки трубок сильно разъедены рудными растворами, и только в Западной Африке, в Отави, есть известное жильное месторождение Тзумеб, образование которого очень сходно с образованием трубчатых жил Тюя-муюна.

Насколько просты и хорошо изучены карстовые процессы, которым обязаны существованием пещеры и трубки Тюя-муюна, настолько сложно образование покрывающих их стенки рудных корок.

С одной стороны, отложение по стенкам, очевидно, указывает на карстовый характер пустот. С другой стороны, «рудный мрамор» и пронизывающие его минералы могли произойти только вследствие процессов, являющихся отголосками вулканических явлений (так называемые поствулканические явления). Это обстоятельство долго затрудняло объяснение происхождения месторождения Тюя-муюна.

В главной жиле непосредственно на мраморовидном светло-розовом или слабофиолетовом известняке массива лежит слой радиально-лучистого, шестоватого кальцита. Это сталактитовые и сталагмитовые образования, которые покрыли стенки карстовой полости — трубки. Они образованы растворами, притекавшими сверху. Это был нормальный процесс отложения из растворов углекислой извести, какой наблюдается во всех карстовых полостях, не мешавший дальнейшей циркуляции воды.

Однако в последующем этот процесс был прерван другим; в результате действия которого шестоватая корка кальцита была частично перекристаллизована в темносерый с красновато-бурым оттенком «рудный мрамор». Он пронизан желтым тюямунитом, заполняющим промежутки между крупными зернами и тоненькие трещинки в массе мрамора, а в небольших полостях отложились радиально-лучистые корочки зеленых ванадиевых минералов.

Образование «рудного мрамора» можно объяснить вторжением в карстовые пустоты Тюя-муюна снизу, с больших глубин, горячих, с температурой около 60°, минерализованных растворов, которые принесли с собой соединения меди, железа, ванадия и урана. Эти соединения стали отлагаться по-стенкам полостей, «съедая» верхние слои корки натечного известняка и замещая его продуктами химических реакций взаимодействия.

По стенкам полостей отлагались также корками коллоидальные урано-ванадаевые соединения. Очень возможно, что они были принесены в сернокислых растворах, которые взаимодействовали с кальцитом, покрывавшим стенки пустот, образуя гипс.

Образование «рудного мрамора» шло при совершенном заполнении карстовых полостей горячими растворами, о чем говорит кольцевой характер слоев «рудного мрамора», покрывающего как верхние, так и нижние стенки полостей.

Однако в обширных пустотах Тюя-муюна (как, например, в Желтой пещере) встречаются и натечные формы-сталактиты «рудного мрамора». Их происхождение объясняется тем, что при заполнении пустот горячими растворами принесенные ими газы и пары могли скопляться в верхних частях больших пещер, сохраняя свободное от растворов пространство, в котором могло происходить образование сталактитов «рудного мрамора».

Проникновение горячих растворов, осаждавших «рудный мрамор», могло происходить с больших глубин по трещинам или по линии сбросов.

Позднее, в одних случаях немедленно после окончания образования «рудного мрамора», в других — через более или менее значительный промежуток времени, [начался последующий процесс отложения корок барита, толстым слоем покрывающих «рудный мрамор». Барит осаждался из поднимавшихся снизу менее горячих растворов. В начальной стадии кристаллизация барита происходила в присутствии взмученных частиц красной, железистой глины, чем, может быть, объясняется красный цвет первых слоев корок барита. В дальнейшем количество растворов уменьшилось, они уже не заполняли пустот и очистились от взмученной красной глины. Из них осаждался светлый, медово-желтый барит. Частично корка светлого барита явилась результатом перекристаллизации верхних слоев красного барита.

В тех случаях, когда осаждение барита происходило немедленно после окончания рудного процесса, верхние слои «рудного мрамора» носят на себе следы разъедания баритовым раствором.

Наконец, когда процесс отложения из горячих растворов закончился, в пустоты снова стали просачиваться поверхностные воды, растворяя по пути известняк и отлагая его затем? в виде корок сверху барита. Так получилась, например, красивая белая облицовка в Нижней и Белой пещерах.

Если полость трубки была заполнена обломками «рудного мрамора» и известняка, проникавшие между ними растворы цементировали обломки зеленоватым мраморным, ониксом, образуя брекчию, — как называются массы сцементированных угловатых обломков горных пород.

Если полость трубки была совершенно заполнена отложениями «рудного мрамора» и барита, вода задерживалась и начинала выщелачивать коллоидальные урано-ванадиевые соединения; при испарении растворов корки известняка покрывались гипсом с желто-зелеными кристаллами тюямунита.

Такой процесс вторичного отложения тюямунита вследствие закупорки баритом трубок очень част в жилах Тюя-муюна. Образующиеся растворы ищут путь необязательно по оси трубки, а там, где встречают наименьшее сопротивление движению вниз. Обычно они проникают между; слоем «рудного мрамора» и прилегающим к нему красным баритом. Двигаясь, они отлагают между этими слоями кальцит и красную глину.

В результате вторичного отложения из растворов, циркулировавших в пустотах после окончания рудного процесса, в нижних зонах Тюя-муюна (Нижняя пещера) отложилась толща перемежающихся слоев сильно измененного «рудного мрамора», красной глины, красных сталагмитовых корок, фиолетовой глины и скоплений тюямунита и ванадиевых минералов.

О существовании радиоактивных, т. е. испускающих какие-то загадочные лучи, веществ узнали впервые в самом конце прошлого века. Открытие таких лучей было сделано французским физиком А. Беккерелем при изучении им действия излучения солей урана на фотографическую пластинку. Несколько позднее, по предложению Марии Кюри, вещества, которые обладали способностью производить подобные излучения, были названы радиоактивными. В дальнейшем ей вместе с Пьером Кюри удалось выделить из урановой смоляной руды новое вещество — радий, который отличается рядом замечательных свойств. Он непрерывно выделяет тепло, нагревая окружающую среду; один грамм радия мог бы в течение часа нагреть три грамма воды от нуля градусов до температуры кипения.　 Заключив небольшое количество радия в колбу, можно через некоторое время открыть в ней следы газа гелия, содержание которого о течением времени все увеличивается. Присутствие радия делает окружающий воздух электропроводным; некоторые вещества в темноте вблизи от крупинки радия становятся светящимися.

Исследованиями физиков и химиков было установлено, что все. эти явления происходят вследствие распада атомов радия. Частицы распадающегося атома уносятся с огромной скоростью в окружающее пространство. При этом наблюдаются три вида излучений: α-излучения, состоящие из положительно заряженных частиц гелия, β-лучи — из отрицательно заряженных электронов и γ-лучи, или рентгеновские лучи, очень короткой длины волны. Вследствие распада атомов взятое количество радия медленно уменьшается, и через 1600 лет из него должна остаться только половина. Скорость распада не изменяется ни при каких условиях. Так, радиоактивное вещество подвергали давлению в 24 000 атмосфер, охлаждали до —240°, нагревали до высокой температуры, вводили его в сильнейшие электрические и магнитные поля, но скорость распада оставалась постоянной.

Дальнейшими опытами установлено, что явление распада свойственно, кроме радия, и другим веществам, ню только скорость распада у них иная, чем у радия.

Сам радий является промежуточным продуктом распада урана, продолжительность распада которого определяется в 5000 млн. лет. Конечным продуктом этого. распада является вещество, по химическим и физическим свойствам ничем не отличающееся от обыкновенного свинца. Разница между обыкновенным свинцом и получающимся в результате распада урана только в атомном весе: у первого он 207.2, у второго 206;0. Существует и второй ряд радиоактивных элементов, к которому принадлежит торий. В результате распада тория также получается свинец, но с атомным весом 208. Внутри содержащих уран минералов находятся и все остальные продукты распада, в числе их конечный продукт — свинец, количество которого с течением времени все увеличивается. Чем старее урановый минерал, тем больше он должен содержать уранового свинца. Таким образом по количеству свинца можно судить о возрасте уранового минерала. Среди продуктов распада, кроме свинца, не подвергается также изменениям газ гелий. Он удаляется только из поверхностного слоя, но большая часть его остается включенной внутри куска минерала. На измерении количества свинца и гелия в урановых минералах и основан один из способов абсолютного геологического летоисчисления, т. е. определения времени, протекшего со времени образования исследуемого куска уранового минерала.

Кроме важного значения для науки, радий имеет широкое практическое применение, в особенности в области медицины. Поэтому месторождения его руд привлекают к себе большое внимание. Радий добывается в настоящее время из урановой смоляной руды Иоахимстальского месторождения в Чехии, из руд месторождения Медвежьего озера в Канаде, в Бельгийском Конго (Катанга), в штатах Юта и Колорадо США из карнотитовых руд. Обычно в тонне сырой руды его содержится всего несколько десятков миллиграммов, что обусловливает большие трудности извлечения и высокую цену грамма радия, порядка 40000—50 000 долларов.

Месторождение Тюя-муюна в течение нескольких лет служило источником получения радия в Союзе ССР.

В 1925 и 1926 гг. добыча руды производилась в Белой пещере Главной жилы. Добываемая руда вывозилась и перерабатывалась на одном из химических заводов Севера. Одновременно углублялась шахта, которая тогда же достигла уровня грунтовых вод. Большой приток воды остановил ее дальнейшую углубку.

Тюямуюнское месторождение богато разнообразными и редкими минералами.

Кроме тюямунита, там встречается замечательный минерал — радиобарит, который образовался в результате перекристаллизации сернокислого бария, захватившего при этом некоторое количество сернокислого радия. Он встречается в «рудном мраморе» в виде медово-желтых, непрозрачных таблитчатых кристаллов и обладает высокой радиоактивностью.

Из других минералов, в Желтой пещере найден алаит — свободная ванадиевая кислота в виде мягких волокнистых масс малинового цвета которые покрывали скопления серо-фиолетовых глин в ее пустотах. Очень интересны корки зеленовато-желтого мраморного оникса, так называемого радиолита, которые используются в промышленности в качестве поделочного камня. В Желтой пещере и верхних зонах месторождения часто встречается зеленый малахит в форме нежноволюкнистых и радиальнолучистых скоплений в пустотах выщелоченных полостей. Пустоты в Желтой пещере нередко выстланы кристаллической, радиальнолучистой коркой оливково-зеленых ванадиевых минералов (туранит, тангеит), носящих местное название табачной, или оливковой, руды.

На различных глубинах, от Желтой пещеры до дна Белой и Нижней пещер, часто встречается в разных формах гипс, которому кристаллики тюямунита придают зеленоватый тон. В пустотах жил и пещер залегают скопления красных, черных, желтоватых, белых глин, а в одной из жил найдена медистая голубая глина.

Тюямуюнское месторождение было первым месторождением руд радия, которое начали разрабатывать в СССР. Этим было положено начало промышленной добыче редких металлов, получившей столь мощный размах в эпоху сталинских пятилеток.

Интерес к радию не ограничивался изучением и эксплоатацией одного Тюямуюнского месторождения. Одновременно начались поиски радиоактивных руд в различных районах Средней Азии. Они увенчались успехом и привели к открытию новых точек, характеризующихся иными условиями образования или, как говорят геологи, иным генезисом руд и новыми разнообразными урановыми минералами. Среди них в особенности надо отметить месторождения Табошарское в западных отрогах Тянь-шаня, а также Майли-су и Уйгур-сай в Северной Фергане.

До последнего времени урановые руды этих месторождений рассматривались только, как источник радия по преимуществу, так как уран имел очень ограниченное применение.

Но 1940 год принес новые замечательные открытия, которые сулят широкое будущее урану. Возникает совершенно новая задача, связанная с использованием внутриатомной энергии урана, которая уже по существу является проблемой самого урана.

Для того чтобы несколько разобраться в этом новом цикле явлений, вернемся на время к явлениям радиоактивности и некоторым вопросам так называемой ядерной физики.

Прошло всего около 40 лет со времени открытия явлений радиоактивности. За это время данная область знаний получила исключительное развитие и оказала громадное влияние на соседние научные дисциплины — физику атома и химию.

Действительно, радиоактивность познакомила нас с реальностью существования отдельных атомов, научила их считать и делать видимым пути их движения (в камере Вильсона), она впервые позволила наблюдать самопроизвольное превращение одного химического элемента в другой.

Как было уже указано выше, при самопроизвольном распаде атомов естественных радиоактивных элементов наблюдаются три типа излучений: или при своем распаде ядро атома теряет так называемую а-частицу, представляющую не что иное, как ядро. атома газа гелия с двойным положительным зарядом, или ядро теряет α-частицу, представляющую электрон с массой, в 1840 раз меньшей, чем масса атома водорода с отрицательным зарядом, или, наконец, этот распад сопровождается γ-излучением электромагнитого характера, сходным с рентгеновскими лучами.

Теперь, в значительной мере на основании изучения радиоактивных явлений, мы представляем себе, что атом любого химического элемента состоит из трех типов элементарных частиц: из протонов, или ядер атома водорода, несущих по одному положительному заряду, из нейтронов — частиц, открытых лишь в 1932 г., обладающих массой, равной массе атома водорода, но лишенных всякого электрического заряда, и, наконец, из электронов. При этом ядра, в которых сосредоточена практически вся масса элемента, слагаются из двух простейших частиц — протонов и нейтронов, а электроны располагаются во внешней сфере, вращаясь вокруг ядра по орбитам на сравнительно больших расстояниях. Они компенсируют положительный заряд ядра, сообщенный ему протонами.

Если мы будем рассматривать последовательно элементы периодической системы Д. И. Менделеева; постепенно от легких элементов к более тяжелым, то увидим, что по мере перехода к более тяжелым атомам количество входящих в состав их ядер нейтронов начинает преобладать над количеством протонов. Наконец, при известном избытке нейтронов такие системы делаются, повидимому, уже недостаточно устойчивыми. Поэтому, начиная с 82-го порядкового номера периодической таблицы, мы встречаемся, на ряду с устойчивыми ядрами химических элементов, также с существованием в природе неустойчивых ядер, способных к самопроизвольному распаду, т. е. обладающих естественной радиоактивностью.

Однако в 1939 г. О. Ганом и Ф. Штрассманом в Германии, Ф. Жолио во Франции и Л. Мейтнер и О. Фришем в Дании было показано, что под влиянием бомбардировки ядер урана нейтронами последние способны раскалываться на две почти равные части, причем процесс этого деления протекает с большим выделением энергии. Этим самым было открыто совершенно новое явление раскалывания ядер элементов, отличное от ранее изученных процессов радиоактивного распада. Этот процесс можно себе представить следующим образом. Ядро урана является малоустойчивым. После улавливания еще одного нейтрона образовавшееся сложное ядро распадается путем деления на два новых ядра, сумма электрических зарядов и масс которых равна заряду и массе исходного ядра урана. Получившиеся новые ядра будут отвечать по своему строению более легким, чем уран, химическим элементам. Но они вместе с тем обладают огромным избытком нейтронов в ядре и, следовательно, избытком массы по сравнению с той, которая отвечает устойчивому состоянию ядра в данном месте периодической системы. Поэтому вновь начинается распад в этих ядрах и их превращение в другие химические элементы.

Надо ко всему сказанному добавить, что в настоящее время физики могут раскалывать не любой атом урана, а только атом его изотопа с (весом 235. Напомним, что уран, обладающий самыми тяжелыми атомами среди всех металлов, состоит из смеси трех разновидностей весьма сходных, атомов, или изотопов, урана с атомными весами 234, 235 и 238. Изотоп 235-находится в любом урановом препарате всего в количестве 0,7 % по отношению к сумме атомов урана, и выделить его из этой смеси чрезвычайно трудно.

Итак, только бомбардировка нейтронами и их столкновение с ядром атома 235 взорвет его, раздробляя на два новых. Эти движущиеся обломки, оказывается, обладают огромной энергией. Но их легко остановить некоторыми преградами и уловить всю их энергию в виде обыкновенного тепла.

В очень схематизированном виде атом урана и летящие в него нейтроны изображены на чертеже. Здесь ясно видно, что быстро двигающийся нейтрон может пролететь мимо цели, а медленный «снаряд» будет как бы «всосан» ядром урана. При этом ядро расщепится на два новых, которые разлетятся с катастрофической силой. Некоторые «остаточные части» в виде трех или четырех нейтронов останутся от атомного расщепления и свободно вылетят также с громадной силой. Энергия разрыва будет в несколько миллиардов раз больше энергии употребленного снаряда. Получаются такие же соотношения, как при взрыве некоторого количества динамита небольшим детонатором.

Атом урана 235, состоящий из 92 протонов (+) и 143 нейтронов (-) в ядре, электрически уравновешивающих 92 электрона (—) во внешних орбитах. Атомный вес 29+143=235

Первый нейтроновый снаряд должен быть пущен извне. А затем нейтрбновые осколки первого взрыва взорвут несколько новых ядер, и дальнейшее расщепление атомов будет продолжаться само собой по схеме цепной реакции (подобно тому, как поставленные кости домино падают друг за другом, если толкнуть первую кость).

Возникает вопрос: как управлять этим взрывом? Но особенности этого явления сами приходят на помощь человеку. Оказывается, что нейтроны, выброшенные атомным взрывом, двигаются слишком быстро, чтобы попадать в другие ядра и их взрывать. Их полет для этого должен быть искусственно замедлен. В качестве такого замедлителя могут служить водородные атомы. Именно это обстоятельство делает особенно ценным новое открытие физиков, создавая возможность искусственно регулировать скорость разрушения атомов урана и тем самым рационально использовать освобождающуюся при этом энергию. Надо создать замедленную цепную реакцию, подобную горению каменного угля на воздухе, что может быть достигнуто пропитыванием урановой массы водородом или водой.

После начала реакции вода в соответствующей дозировке уничтожит избыток энергии, и реакция будет протекать с желаемой скоростью.

Расчеты показали, что полная энергия, которую можно получить при расщеплении атомов, содержащихся в 1 кг урана, эквивалентна энергии 5000 т сжигаемого угля.

Вот почему ученые видят теперь в уране источник энергии будущего и увлекаются заманчивой и близкой идеей создания атомных силовых установок!

Естественно, что вновь появился большой интерес к месторождениям урана, которые рассматриваются теперь не только как источники радия, но и как сырьевые базы, обеспечивающие возможность получения изотопа урана 235.

Мировые запасы урана в недрах составляют в настоящее время приблизительно 120ЭЭ т (в пересчете на U₈O₈). Из них на долю Европы приходятся 600 т, на долю Бельгии (Конго) — около 3000 т, Англии принадлежит свыше 6000 т, (Канада) и США обладают примерно 2400 т.

Всего за 40 лет на всем земном шаре добыто около 1,2–1,3 кг радия, главным образом при переработке урановых руд. Лишь за последние годы у нас в СССР стали получать радий также из некоторых нефтяных вод путем очень простых и остроумных технологических приемов. Обычно содержание радия в руде находится в строго определенной зависимости от содержания в ней урана. Примерно на каждые 3 т урана (при условии радиоактивного равновесия) приходится 1 г радия.

В мировой практике известны три различных типа месторождений урана. Два из них дают первичные руды урана, представленные преимущественно тяжелым смоляно-черным минералом уранинитом (смесь закиси и окиси урана с некоторым количеством свинца) или его коллоидальней разновидностью — урановой смоляной рудой. Эти руды отлагались или в так называемых пегматитовых жилах, близких по составу к граниту, сопровождающих гранитные внедрения, или в рудных жилах, отложившихся из горячих водных растворов. Первичные урановые минералы легко изменяются вблизи дневной поверхности, переходят в растворы, из которых выпадают под действием таких кислот, как фосфорная, ванадиевая и др. В этом случае образуются вторичные урановые месторождения, представленные яркозелеными минералами — урановыми слюдками или яркожелтыми урано-ванадатами — карнотитом и тюямунитом.

Долина р. Майли-су. Справа пласт рудоносного известняка.

Фото Д. И. Щербакова

Куполовидная складка, прорезанная р. Майли-су

Фото Д. И. Щербакова

В Средней Азии, как уже указывалось выше, было найдено несколько месторождений урана. Наиболее обещающее и интересное находится в Карамазарских горах — юго-западных отрогах Тянь-шаня. Здесь горными выработками вскрыты рудные жилы, обогащенные в верхней зоне урановыми слюдками. Ниже, под зеркалом грунтовых вод, появились своеобразные землистые «урановые черни», напоминающие по составу урановую смоляную руду, и местами среди сернистых руд свинца, цинка и мышьяка встречены уже настоящие первичные урановые смоляные руды.

Месторождения совсем другого типа обнаружены в Северной Фергане, где они приурочены или к континентальным отложениям песчаников и галечников, или к морским известнякам нижнетретичной эпохи.

В местности Уйгурсай на правобережье р. Сыр-дарьи в пласте песчаника залегают яркожелтые скопления карнотита, осевшие, повидимому, на границе карбонатной нижележащей среды и сульфатных растворов, спускающихся с гор. Они очень сходны с карнотитами западных штатов США.

«А по среднему течению р. Майли-су яркожелтые фос-фаты и ванадаты урана пропитывают пласт известняка, залегающий в куполе нефтеносной складки.

В Средней Азии известны и другие точки с урановым оруденением. Здесь намечается существование своеобразной «урановой провинции» с многочисленными месторождениями урана разного типа.

Именно в Средней Азии наша молодая урано-радиевая промышленность получит в первую очередь необходимое ей минеральное сырье, которое будет применено как в технике, так и в научно-исследовательских институтах Союза ССР для решения ведущих вопросов современной физики и энергетики.