Перидотиты, дуниты и пироксениты

Эти породы образовались в глубинах земной коры и поэтому они полнокристаллические, в них невооруженным глазом легко различаются главные минералы. Перидотиты состоят из зеленого прозрачного оливина и черного пироксена. В состав дунитов входит оливин, пироксенитов - пироксен. Перидотиты и дуниты черно-зеленого цвета, пироксениты - черного.

Главные минералы ультрабазитов - пироксен и особенно оливин - малостойкие минералы, под влиянием поднимающихся паров воды и растворов они легко разрушаются, присоединяют воду и превращаются в скопления зеленых чешуек серпентина. Так на месте ультрабазитов возникают породы, которые называют серпентинитами.

Блестящая, иногда с черными крапинками и полосками поверхность серпентинита напоминает кожу змеи и вызывает на ощупь скользко-холодное ощущение. Вид этой горной породы производил, очевидно, одинаковое впечатление и на уральских рудознатцев, и на потомков древних римлян и греков. Ее единодушно назвали от слова змея, первые - змеевиком, вторые серпентинитом, третьи - офиолитом.

Происхождение воды в серпентинитах и природа самого процесса серпентинизации остаются загадочными.

В самом деле, откуда в ультраосновные породы, возникшие из «сухой» магмы, поступило огромное количество воды, необходимой для того, чтобы из безводных оливина и пироксена образовался серпентин, содержащий 13% воды? Предполагают, что часть воды могла поступить в ультрабазиты из осадочных пород, которые прорывала ультраосновная магма на своем пути к земной поверхности. Часть воды могла синтезироваться из газов, содержащихся в земных недрах, прежде всего водорода и кислорода.

Ультраосновные породы, поглотив значительное количество воды, приобрели новые механические свойства, которых у них не было до серпентинизации. Это прежде всего способность к пластическим деформациям. Под давлением в ходе горообразовательных процессов они могут выжиматься в трещины, скользить по другим породам, рассланцовываться и т. д. Скорее всего, именно этим свойством объясняется приуроченность серпентинитов к разломам в земной коре, где они образуют огромные удлиненные тела, протягивающиеся на десятки километров. Предполагают, что серпентиниты «вжимаются» или «вдавливаются» в гигантские трещины земной коры, сопровождающие пояса складчатости.

Ультрабазиты вызывают исключительный интерес в связи с тем, что, как полагает большинство специалистов, из них состоит верхняя мантия Земли. Под материками сплошные ультраосновные породы начинаются с глубины 30-40 км, а в океанах на 5-10 км ниже дна. Но глубоководное бурение в Атлантическом океане, проведенное с научно-исследовательского судна «Гломар Челлинджер» в 1974 г., показало, что под толщей базальтов пластами мелоподобных осадков с глубины 300 АЛ начинается глыбовая смесь из серпентинизированных гипербазитов и габброидов (т. е. габбро и близких к нему пород). Предполагают, что эти породы залегают в виде «меланжа» - особой тектонической брекчии, возникшей в глубинах Земли при горизонтальном передвижении крупных участков.

Считают, что ультраосновные породы уходят до глубины 900 км. Особый интерес вызывает верхняя часть мантии до глубины 400 км, в которой зарождаются процессы, меняющие строение Земли, и где образуются магмы основного и ультраосновного состава.

Изучение плотности мантии и скорости прохождения через нее волн упругости выявило слой с пониженными скоростями сейсмических волн и, следовательно, относительно мягкий и податливый. Этот пояс Земли назван волноводом. Под океаном он мощный (начинается на глубине 50 км, заканчивается на глубине 400 км), а под материками тоньше (залегает между глубинами 100 и 250 км).

Перидотит при высокой температуре под давлением частично плавится с выделением базальтовой магмы. Этот пояс выплавления базальта как раз и есть не что иное как волновод. Базальт рассеян здесь в виде капель или пленок вокруг кристаллов. На его долю приходится не более 10% всего объема волновода. Тем не менее роль выплавок базальта велика - капли основной магмы понизили плотность волновода и придали текучесть горизонту верхней мантии.

Еще 10 - 15 лет назад петрографы могли только мечтать о том, чтобы непосредственно изучить перидотиты из верхней мантии. Ведь ультраосновные породы, образцы которых мы берем из массивов в земной коре, образовались не из мантийной родоначальной магмы, а из измененного расплава, вторгшегося в земную кору и испытавшего там ряд изменений. Это не ультраосновные породы, из которых состоит мантия Земли. Поэтому большое внимание привлекло сообщение Г. Б. Удинцева, появившееся в печати в 1965 г., об образцах пород верхней мантии. Во время 36-го рейса научно-исследовательского судна «Витязь» со дна огромного глубокого ущелья (рифта) в средней части Индийского океана были подняты куски перидотита и образованных по нему серпентинитов. Они встречены во многих местах на большой площади и, по всей видимости, отмечают планетарную зону разлома, по которой с глубин выжимаются ультраосновные породы.

С ультрабазитами связан ряд месторождений металлов и неметаллов. Одним из самых оригинальных неметаллических полезных ископаемых является асбест. В минералогии асбестами называют минералы, распадающиеся на волокна, каждое из которых представляет собой сильно вытянутый кристалл. Но промышленности нужны не любые игольчатые или нитевидные кристаллы, а только те, волокно которых прочное, гибкое и достаточно длинное. Кроме того, для производства некоторых изделий волокно должно быть устойчиво к кислотам, обладать жаростойкостью, тепло- и электроизоляционными свойствами. Из всех асбестов в большой степени этим требованиям удовлетворяет хризотил-асбест - волокнистая разновидность серпентина или змеевика.

Чрезвычайно любопытны результаты изучения кристаллов асбеста современными методами. На электронномикроскопических фотографиях, сделанных при колоссальном увеличении до 400 тысяч раз, видно, что каждый нитевидный кристалл асбеста состоит из вложенных одна в другую трубочек или спирально закрученных в полые трубки слоев с внутренним диаметром 130 А при внешнем диаметре 260 А. Боковые кристаллы оказались идеально гладкими, без каких-либо дефектов. Именно эта особенность обеспечила нитевидным кристаллам асбеста необыкновенную прочность, гибкость и упругость по сравнению с пластинчатыми кристаллами. Так, прочность волокон асбеста достигает 330 кг/мм²!

Асбест давно известен людям. Еще задолго до нашей эры жрецы Индии пользовались несгораемыми тканями из асбестовых волокон и поражали легковерных людей мнимыми чудесами. В то время об асбесте существовало немало фантастических представлений. В сочинениях одного из великих натуралистов древнего Рима, Плиния Старшего, об асбесте сказано, что этот материал для ткани «живет» в безводных пустынях Индии и потому привычен к жаре. Из асбеста в то время делали погребальные рубашки для сжигания на костре знатных покойников и другие вещи.

С давних времен несгораемые асбестовые ткани вырабатывались в Китае, откуда они вывозились в другие страны. В XVIII в. уральские крестьянки изготавливали из асбеста тонкие салфеточки и кружева, ничуть не уступавшие итальянским асбестовым изделиям, славившимся в то время в Европе.

С особым свойством асбеста - несгораемостью - связано немало исторических курьезов. Как-то Акинфий Демидов, известный уральский заводчик, подарил Петру I красивую скатерть. Она вся серебрилась и сияла, но из какого материала была соткана скатерть, Демидов не сказал. Петр I пригласил однажды заводчика к себе и распорядился накрыть стол новой скатертью. После беседы царь пригласил гостя к столу. Подали вино и закуски. Трапезничая, Демидов нарочно неловким движением опрокинул тарелку с жирным блюдом и бокал густого красного вина. По скатерти расплылись огромные пятна. Петр I огорчился неловкостью гостя, а Демидов, улыбаясь, снял скатерть со стола и бросил ее в горящий камин. Спустя некоторое время он вытащил ее, охладил и расстелил на столе. Скатерть была как новая!

Ныне из асбестовой пряжи изготовляют не мелкие вещички и салфетки, а несгораемую ткань для одежды пожарников, прокладки для машин, матрацы для предохранения паровых котлов от потери тепла, изоляцию для электрических кабелей и много других технических изделий. Новые тормозные колодки, состоящие из волокон асбеста, связанных фенольными смолами, в пять раз легче чугунных. Срок службы их в 12 раз больше, чем металлических.

Ныне используют и коротковолокнистый асбест. Миллиметровые волоконца асбеста смешивают с цементным раствором, из которого готовят различные асбоцементные изделия: плитки для кровли (искусственный шифер), тонкие, наподобие фанеры, листы для перегородок внутри зданий, водопроводные и канализационные трубы и др. Благодаря добавке цемента они получили замечательные свойства: их можно резать, строгать, пробивать гвоздями. Эти изделия не растрескиваются, словно они деревянные. Не все знают, что бумагу для государственных и исторических актов готовят с добавкой асбеста.

В нашей стране известные месторождения хризотил-асбеста находятся на Урале. Полоса змеевиков с залежами волокнистого минерала протянулась между реками Большим Рефтом на севере и Каменкой на юге (Свердловская область). Мощность жил асбеста достигает 15 см.

Ультраосновные породы, поскольку они богаты магнием, служат ценным сырьем для получения удобрений и высококачественных огнеупоров. В Канаде, Новой Зеландии, США и других странах серпентиниты давно применяются для производства удобрений под названием серпентин-суперфосфат, или силикофосфат. Установлено, что окись магния обладает большей пластичностью и более пригодна для штукатурки, чем известь.

Заметим также, что кроме хризотил-асбеста еще несколько десятков минералов могут кристаллизоваться в виде тончайших волокон. У минеральных нитей или «усов» удивительная прочность, в десятки раз превосходящая прочность других кристаллических форм тех же минералов. В последние годы выяснилось, что особая прочность «усов» объясняется их идеально ровной поверхностью. Даже при колоссальном увеличении в 40 000 раз на «усах» не видно никаких дефектов. Поверхность других кристаллов всегда испещрена изъянами, а ведь именно со слабых мест начинается разрушение. Вот почему некоторые нитевидные кристаллы нашли применение в технике для армирования тугоплавких металлов.