Агаты из карельских шунгитов помогут понять процессы рудообразования

Ученые Института геологии Карельского научного центра РАН исследовали агатовые образования, связанные с уникальными осадочными породами Карелии – шунгитами, сформированными около 2 млрд лет назад. Геологи изучили происхождение этих агатов, детально описали их строение и предложили модели, которые важны для понимания процессов рудообразования в регионе. Результаты опубликованы в международном научном журнале «‎Minerals».

Горные породы, формирующие территорию Карелии, образовались в период докембрийской эволюции нашей планеты, от 3,5 до 1,5 млрд лет назад. Одним из известнейших геологических «брендов» региона являются шунгиты – палеопротерозойские высокоуглеродистые осадочные породы. Их широкая известность в мире связана с особенностями минерального состава и инновационными методами использования пород в современной промышленности, что привлекает ученых различных специальностей – геологов, физиков, химиков к их комплексному изучению.

В этом году сотрудники Карельского научного центра РАН обратили внимание на проявления агатовой минерализации в шунгитовых породах. Агаты – ритмично-полосчатые и узорчатые срастания агрегатов халцедона и других разновидностей кремнезема, а также карбонатов, цеолитов, слюд, окислов и гидроокислов железа. Месторождения агатов многочисленны и встречаются по всему миру. Чаще всего агаты заполняют пустоты в вулканических горных породах. Так, широко известны агаты Бразилии, Уругвая, Индии, Германии, Монголии. В России основные месторождения агатов расположены на Урале, Тимане, Забайкалье, Чукотке, Магаданской области и Камчатке.

В меньших количествах агаты устанавливаются и в осадочных породах, чаще молодого по геологическим меркам возраста (<500 млн лет). Карельские шунгиты возрастом 2.1 млрд лет, предположительно, являются самыми древними изученными агатсодержащими осадочными породами. Так ли это, предстояло выяснить.

— Открытие этих агатов произошло своеобразно. В районе села Великая Губа в конце 1960-х годов была выявлена урановая геохимическая аномалия. Ее заверяли спустя некоторое время при помощи бурения. Скважина прошла толщу шунгитоносных пород, в которой была обнаружена агатовая минерализация. Специалисты-«уранщики» написали рекомендацию в производственное объединение «Северкварцсамоцветы».

-Были произведены поисковые работы, раскопано большое количество канав, но до коренного выхода шунгитов геологи так и не добрались. Настолько глубоко природа спрятала эти сокровища! Тот полудрагоценный материал, который был найден близко к поверхности, оказался перемещенным туда в результате деятельности ледника как продукт недальнего сноса (моренные отложения). Один из таких уникальных образцов в 1970-е годы передал в музей старший научный сотрудник лаборатории четвертичной геологии Владимир Анатольевич Ильин, — рассказал Олег Лавров, руководитель Музея геологии докембрия Института геологии КарНЦ РАН.

Ученые Института геологии КарНЦ РАН поставили задачу реконструкции условий образования агатовой минерализации. Своими результатами они поделились в статье, опубликованной в международном научном журнале «‎Minerals».

— Анализ литературы показал, что находка агатов в высокоуглеродистых осадочных породах, в нашем случае в шунгитах — настоящая редкость! Такие древние агатсодержащие осадочные породы возрастом 2.1 млрд лет в литературе ранее не упоминались. Нас интересовала геологическая история их формирования, минералогия процесса агатообразования и, конечно, его время, — объяснила Евгения Светова, старший научный сотрудник отдела минерального сырья Института геологии КарНЦ РАН.

Важно отметить, что история научного изучения агатов в мире насчитывает 250 лет и отражена в многочисленных публикациях. Однако, вопросы происхождения этих минеральных образований до сих пор полностью не раскрыты.

—Процесс образования агатов в вулканических горных породах связан с деятельностью постмагматических горячих гидротермальных растворов, содержащих, помимо кремнезема, широкий спектр химических элементов. После завершения вулканической активности эти растворы длительное время циркулируют по порам, трещинам в застывших лавах, постепенно заполняя пустоты кремнистым материалом. Механизм агатообразования в осадочных шунгитовых породах — более сложный, как показало наше исследование. Образованию агатов предшествовало растворение первичных карбонатных конкреций в шунгитах. А уже во вторую стадию, в результате циркуляции гидротермальных растворов, выщелоченные полости заполнялись агатовым материалом, — добавила ученый.

Интересной минералогической находкой для исследуемых агатов является обнаружение в их составе минерала моганита. Моганит по химическому составу идентичен кварцу (SiO2), но является нестабильной фазой кремнезема, которая при высоких температурах трансформируется в стабильную фазу кварца. Известно, что исследуемая территория находилась под влиянием региональных метаморфических процессов в период 2.1-1.5 млрд лет назад.

Сохранность присутствующего в агатах моганита указывает на то, что геологический процесс, который привел к образованию агатов в шунгитах, произошел значительно позже формирования вмещающих шунгитовых пород. Таким образом, ученые косвенно подтвердили высказанную рядом авторов гипотезу о существовании в Центральной Карелии и Заонежье магматических процессов, вызвавших существенную гидротермальную активизацию территории, в неопротерозойское или фанерозойское время (между 1100-200 млн лет назад).

— Агаты из карельских шунгитов интересны геологам не только как декоративный поделочный камень, но и как гидротермальное образование, генетически связанное с полиметаллическими рудами (медь, благородные металлы, уран, ванадий). Благодаря изучению агатов ранее нами был установлен период гидротермального перераспределения углерода в карельских шунгитах 1980-1950 млн лет назад, что важно при изучении миграции углеводородов в природных системах. Таким образом, агаты могут рассказать о многих тайнах рудных кладовых Карелии, а их изучение имеет важное практическое и фундаментальное значение, — подытожила Евгения Светова.