Читая каменную летопись Земли...

Доломит часто развивается по кальциту при погружении известняков в недра. При этом возникают вторичные пустоты.

Яшмы — реликты дна океанов

После растворения карбонатного детрита, опускающегося сквозь многокилометровую толщу воды на дно абиссальных котловин, остаются аморфные субстанции и частицы, захваченные при жизни организмами. Все это вместе с компонентами пеллетного транспорта (фекалии зоопланктона) составляют осадки специфического состава — красные глубоководные глины, занимающие ныне от 30 до 55 % площади дна в различных океанах. Основная масса в глинах — это частицы коллоидных и субколлоидных размеров, среди которых преобладают оксиды металлов (главным образом железа) и глинистые минералы. Алевритовая и крупнопелитовая фракции обычно сложены материалом эолового разноса (кварц, полевые шпаты, слюды), микростяжениями железа и марганца, а также аутигенными минералами — цеолитами, феррисмектитами и др. Аутигенные минералы — новообразования, возникшие в осадке in situ за счет разложения других составляющих или поступления вещества снизу вместе с поровой водой, отжимаемой из более глубоких слоев осадка. Микростяжения тоже новообразования, включающие в основном оксиды металлов. Наконец, самые крупные компоненты представлены зубами акул, костями рыб и железомарганцевыми конкрециями. Так как скорости накопления красных глубоководных глин очень низкие, они не образуют мощных осадочных тел, не в пример глинам, песчаникам и известнякам на континентах и в переходной зоне от этих последних к океанам.

В разрезе или по простиранию красные глины часто сменяются кремнистыми осадками, особенно широко распространенными в приполярных и экваториальных широтах Мирового океана. В поле оптического и электронного сканирующего микроскопов можно увидеть частицы, которыми сложены кремнистые илы. В большинстве случаев это мелкие (0,03-0,3 мм) скорлупки и раковинки, принадлежащие планктонным организмам с так называемой кремневой функцией, т. е. они строят скелетные элементы из кремнекислоты, в форме SiO₂ — рентгеноаморфной фазы, известной как опал-А. В кремнистых илах высоких широт важнейшим компонентом являются панцири диатомей, в тропических же широтах — раковинки радиолярий. И те и другие относятся к фитопланктону, т. е. живут за счет фотосинтеза там, где фотический слой океана обогащен или постоянно пополняется питательными веществами-биогенами: нитратами, нитритами, фосфатами, кислородом и кремнекислотой. При наличии всего необходимого для жизни кремнестроящие организмы способны создавать огромные популяции, которые обычно наблюдаются в районах перемешивания поверхностных вод с глубинными, богатыми биогенами. После отмирания остатки диатомей, радиолярий и силикофлагеллят опускаются на дно.

Кремнезем в отличие от карбоната кальция более устойчив к растворению в морской воде. Поэтому детрит, сложенный опалом-А, проходя водную толщу океана, почти не разрушается. Как правило, скорости аккумуляции кремнистых морских осадков значительно выше, чем карбонатных. После захоронения под плащом более молодых отложений в кремнистых илах начинаются активные процессы трансформации и перераспределения вещества, приводящие к растворению или перекристаллизации многих органических остатков. При этом аморфная фаза (опал-А) переходит в кристаллическую (опал-КТ), а затем в халцедон и кварц. Все это сопровождается резким сокращением порового пространства и образованием прочных, отвердевших разностей — кремней и порцелланитов. Это уже породы, горизонты которых отличаются большой прочностью. Кремнистые осадки, залегающие среди глин или карбонатов, зачастую окаменевают первыми. Однако даже в этих условиях в них сохраняются отдельные раковинки или панцири кремнистых организмов, свидетельствующие об их биогенной природе.

Остатки диатомей и радиолярий встречаются и в очень древних отложениях, широко распространенных в Альпийском складчатом поясе. Радиолярии гораздо более древняя группа, чем диатомеи. Сложенные ими породы, радиоляриты и яшмы, часто соседствуют в разрезах с базальтами и пестрыми или красными сильно преобразованными сланцами. Отсутствие в тех же разрезах карбонатов и терригенных отложений, типичных для континентов и их окраин, дало повод думать, что древние кремнистые породы аналогичны современным радиоляриевым илам, т. е. они возникли в центральных глубоководных частях древнего океана.

Радиоляриты занимают промежуточное место в ряду от радиоляриевых илов к яшмам. Последние нацело перекристаллизованы в недрах, в условиях воздействия высоких температур и давлений. В них очень редки идентифицируемые органические остатки. Яшмы широко используются как поделочный камень, и мало кто знает, что это всего-навсего маленький реликт дна давно исчезнувших морей. И сложен он мельчайшими остатками организмов, обитавших на Земле в палеозойскую или мезозойскую эру. Основной минеральной фазой яшмы является халцедон или скрытокристаллический -кварц.

Другую группу кремнистых пород, или силицитов, составляют диатомиты, опоки и трепела. Эти образования характерны не только для разрезов ложа океана в высоких широтах. Еще более они распространены по периферии островных вулканических дуг в умеренном и нивальном климате, где бурному цветению диатомовых водорослей благоприятствуют частые вулканические извержения. Часть попавшего в воду пепла разлагается, что приводит к обогащению ее кремнекислотой. Так, воды Тихого океана, находящегося в кольце вулканических дуг, гораздо сильнее обогащены кремнеземом, чем воды Атлантического и Индийского океанов.

Диатомиты — светлые высокопористыс легкие породы, составленные панцирями диатомей той или иной степени сохранности. Они сцементированы микрокристаллическим кремнеземом, высвободившимся при распаде тех же скорлупок диатомей или вулканических продуктов. Содержание кремнезема в описываемых породах выше 50 %. Особо чистые разности диатомитов, а также опок и трепелов являются ценным сырьем для изготовления высококачественных керамических изделий. Прочность, легкость и устойчивость к ядовитым химическим соединениям, в том числе к кислотам и щелочам, поставили керамику на особое место. Она считается материалом будущего, который придет на смену чугуну, стали и различным сплавам. В Японии уже созданы экспериментальные автомобильные двигатели, полностью состоящие из керамических деталей.

Трепела и опоки являются во многих случаях перекристаллизованными диатомитами. В шлифах они выглядят как скопление мелких глобул различной величины, впаянных в тонкокристаллическую кремнистую массу. В трепелах в качестве примеси еще различаются отдельные спикулы губок, полураспавшиеся панцири диатомей, в опоках их практически не видно. Последние отличаются большей крепостью, тяжелее трепелов и имеют более темную окраску. Если лизнуть поверхность трепела, то язык прилипнет к нему на мгновение. Описываемые породы способны из-за своей высокой пористости впитывать различные жидкости. Поэтому их часто используют в качестве поглотителей. История изобретения динамита связана с этой их способностью. Рассказывают, что однажды в лаборатории шведского химика и изобретателя А. Нобеля один из мастеров пролил нитроглицерин на кусок кизельгура (так называли в Западной Европе в конце прошлого столетия опоки). Нитроглицерин полностью впитался в поры кизельгура. Воспользовавшись этим случаем, решили проверить взрывчатые свойства нового соединения. Удары, от которых нитроглицерин обычно взрывался, не произвели никакого эффекта. Когда же к кизельгуру пристроили взрыватель, то от детонации новый материал взорвался с оглушительной силой. Так был изобретен динамит.

К особой разновидности кремнистых пород относятся спонголиты. Они состоят из спикул — игольчатых сростков кремнезема, слагающих каркас кремневых губок. Это примитивные и очень древние животные, которые обитают на каменистом дне и фильтруют органические остатки из морской воды. В зависимости от возраста состав их может быть опаловым или халцедоновым.

К кремнистым образованиям относятся многие разновидности поделочных и ювелирных камней: опалы, в том числе и драгоценные, агаты, сердолики, оникс. Агаты встречаются в виде желваков шишковатой формы с темной поверхностью. Облик таких стяжений обычно не обещает ничего интересного. В Предуралье их нередко находят на полях после осенней или весенней вспашки. Стоит, однако, расколоть или разрезать такой камень, как перед глазами предстанет удивительная по красоте картина: матовая, полупрозрачная глубина, словно застывшее озеро нежных бежевого или голубоватого тонов, а от его центра, будто волны, разбегаются концентрические изгибы тонких полосок красного или коричневого цвета. Если желвак имеет ребристую поверхность, то на поперечном срезе агатовая пластинка напоминает причудливую звезду. Окраска халцедона, которым сложен агат, обычно плотнее к периферии стяжения. В центре часто остаются пустоты, отчасти заполненные кристаллами или натечной формы сгустками кремнезема. Это свидетельствует о том, что перед нами не конкреция, которая растет от центра к периферии, а жеода. Ее возникновение связано с заполнением пустот в толще породы: внешние оболочки сложены халцедоном ранней генерации, центральные — поздней. Агаты чаще всего встречаются среди базальтов, реже — среди изверженных пород кислого состава. Находят их и в осадочных породах кремнистого состава. Если заполнение пустот, в которых рос полосчатый халцедон, происходило не одновременно по всему периметру полости, а последовательно, снизу вверх, то возникали разновидности с прямыми субпараллельными полосками. За такими камнями закрепились специальные названия. Широко известны ониксы — агаты, в которых чередуются полоски белого и черного цвета. Образцы с красными полосками называются сардами, с белыми и красными — сардониксами. Именно такие агаты с давних пор предназначались для изготовления камей. Совершенно особым обликом отличается моховой агат, пронизанный дендровидными выделениями таких минералов, как хлорит и селадонит, или оксидов марганца. Это пейзажный камень с неповторимыми фантастическими сюжетами. Формируются агаты уже после погружения пород в недра в процессе движения отжатых седиментационных или гидротермальных растворов.

Аналогичное происхождение, вероятно, имеет и сердолик — твердый прочный камень халцедонового состава с однородной или слабополосчатой окраской красноватых или коричневых гонов. Генетически он связан с магматическими расплавами, не достигшими поверхности и раскристаллизовавшимися на глубине, иначе говоря, интрузивными образованиями. Впрочем, сердолик встречается и в метаморфических породах. Высокая прочность и устойчивость к различным агентам выветривания способствуют сохранению сердолика в различных обстановках. Недаром этот камень в качестве украшения использовался еще первобытными людьми. В отличие от агатов для него не характерны полосчатость и концентрическое строение.

Особое место среди перечисленных минералов кремнистого состава занимают благородные опалы. По редкости и красоте они сравнимы с драгоценными ювелирными камнями. Выделяются три разновидности благородного опала: огненная, белая и черная. Название «огненный» отражает оранжевый или пламенно-красный цвет камня. Он обычно прозрачен и вспыхивает на свету оранжевым пламенем. Однако эти отблески не идут из глубины, как у других благородных опалов. В белом опале игра цветовых бликов или огней происходит на молочно-белом фоне, в черном идет из темных, почти черных глубин. Преобладает «игра» красных и зеленых бликов. Родиной огненных опалов является Мексика, черных и наиболее красивых белых камней — Новый Южный Уэльс в Австралии, переживший в конце прошлого века «опаловую лихорадку». Согласно Б. Андерсону, австралийские белые опалы характеризуются флюоресценцией и способны на протяжении долгого времени фосфоресцировать. Однако бразильские камни того же типа инертны к ультрафиолету. Исследования в поле электронного микроскопа показали, что структура благородных опалов определяется плотной упаковкой сферических агрегатов из оксидов кремния. Это изотропный материал с показателем преломления 1,45. Вспышки различных цветов, наблюдаемые в благородных опалах, обусловлены интерференцией света определенной длины волны (при подавлении других световых волн), равной двум диаметрам преобладающих сфер. Красные вспышки наблюдаются в камнях, состоящих из сфер диаметром 3000 А. При меньшем их диаметре видны вспышки голубого цвета.