Жемчуг

Роль кальцитовой оболочки вокруг ядра примерно такая же, как и органической оболочки вокруг ядра речной жемчужины. Именно на ней формируются зародыши волокнистых кристалликов карбоната кальция.

Для выяснения условий образования «подземного жемчуга» в силурийских известняках физик Р. И. Стащишин (Львовский университет) определил в нем, вмещающем известняке и кристаллах кальцита соотношение стабильных изотопов углерода. Значение ¹³С плотных известняков близко к нулю. Кристаллы кальцита, выстилающие дно и стенки углублений в известняках, оказались несколько обогащенными изотопом ¹²С ( ¹³С = —1‰) по сравнению с ¹³С известняков. «Жемчужины», находящиеся на кристаллах кальцита, обнаружили по сравнению с ними еще большую обогащенность изотопом ¹²С. Измеренные значения ¹³С «подземных жемчужин» обособляются в две группы чисел. Одна группа со средним значением ¹³С = —8‰ характерна для приядерной части оболочки, вторая — со средним значением ¹³С = —6‰ свойственна периферийной части «подземной жемчужины».

Смещение значений ¹³С кальцитовых новообразований в минусовую область подтверждает участие в их формировании углекислоты с легким изотопным составом углерода. Такая углекислота могла появиться в почвенном слое в результате химического и органического разложения органического вещества. Аналогичным путем формируются натечные агрегаты кальцита в Горном Крыму [Галимов, Гриненко, 1965].

Возникновение «пещерного жемчуга» в силурийских известняках объясняется следующим образом. Просачивающиеся через известняк по трещинам растворы, насыщенные бикарбонатом кальция, стекали с потолка небольших полостей и выдалбливали в полу небольшие лунки. Когда углекислый раствор не поступал (если система подводящих трещин нарушалась), создавалась реальная возможность кристаллизации в лунках кальцита, чему благоприятствовало также некоторое повышение температуры раствора. Осаждавшийся кальцит покрывал берега, а затем и дно лунок. В дальнейшем вследствие наступившего приоткрывания трещин поступление бикарбоната кальция в образовавшейся лунке возобновлялось. Однако, исходя из данных изотопного состава углерода оболочек «жемчужин», углекислота просачивающегося раствора была в значительной степени обогащена изотопом ¹²С. Капли ее, падающие с потолка, силой своего удара переворачивали находящиеся в лунке кристаллики кальцита или их оболочки и постепенно облекали их углекислой известью, формируя вокруг ядра маломощные оболочки. Нарастание оболочек происходило за счет волокнистых кристалликов кальцита, ориентированных тройными осями по радиусам. Возникновение нового слоя «жемчужины» начиналось с появления на верхушках предыдущего слоя зародышей будущих волокнистых кристалликов. Такая картина многократно повторялась, чем и было обусловлено радиально-волокнистое и вместе с тем концентрически-слоистое строение «подземных жемчужин».

Хорошая коллекция «подземного жемчуга» из Кизеловской пещеры находится в геологическом музее Пермского университета.

Интересны «пещерные жемчужины», найденные в горных выработках Роздольского серного месторождения (Предкарпатье). Они обнаружены в неглубоких (до 1 см) лунках на дне карманообразных углублений в трещиноватых серосодержащих известняках. Дно и пологие борта лунок, напоминающих небольшие блюдца, выстланы тонким слоем рыхлого мелкозернистого кальцита. Форма «жемчужин» сферическая или близкая к ней, поверхность слегка шероховатая, цвет снежно-белый до серого, размеры не превышают 5 мм. В крупных глубоких лунках встречаются одна-две «жемчужины», в мелких — до 10, но величиной чуть больше булавочной головки. Самые крупные из них располагаются в центре углублений, а мелкие — у бортов.

Характерной особенностью строения роздольских «жемчужин» является их пустотелость. Все они состоят только из оболочки и этим очень напоминают обычные безъядерные жемчужины. Однако в отличие от последних полость внутри таких «жемчужин» занимает до половины их объема. Толщина оболочки достигает 1,5 мм. Она сложена мелкозернистым кальцитом, местами содержащим примесь темного органического вещества и глинистого материала. Чередование светлых и темных слойков обусловливает концентрическое строение оболочки. Светлые слойки состоят из более крупных зерен кальцита, чем темные.

Исследованные «жемчужины» по сравнению с ранее описанными образованиями растут быстрее. Их особенно много после дождей, способствующих капежу вод, просачивающихся через известняковую толщу и насыщающихся при этом углекислой известью. Отлагается карбонат кальция не на посторонних предметах, а вокруг пузырьков воздуха, образующихся на поверхности раствора в лунке при капеже. При интенсивном просачивании вод формирование «жемчужин» можно наблюдать визуально. Этот процесс легко прервать, разрушив воздушный пузырек. Сухие «пещерные жемчужины» очень хрупкие и от легкого прикосновения распадаются на тонкие корочки.

«Пещерный жемчуг» известен также в Крыму, Карпатах, на Урале и в ряде других карстовых районов. В Крыму и Карпатах скопления «пещерного жемчуга» (оолитов и пизолитов) обнаружены на глубине от 0 до 135 м. Спелеологи В. Н. Дублянский и Л. П. Задорожная [1970] выделяют среди них три генетические группы. Оолиты и пизолиты первой группы формируются в мелких (2—20 см) слабопроточных ванночках, второй — в глубоких проточных ванночках, третьей — в нишах сильно фильтрующихся закарстованных трещин и в водобойных ямках. Условия «подземного жемчугообразования» следующие: температурный интервал колебания воздуха 2,5—11,3°С, его влажность 93—99%, температура воды в застойных ванночках 5,2—7,8° С, в проточных 8,4—10° С; воды характеризуются гидрокарбонатнокальциевым составом и минерализацией от 290 до 350 мг/л.

«Подземные жемчужины» первой группы имеют овальную форму и средние размеры от 5,2 до 10,7 мм. С повышением температуры воды в ванночках величина «жемчужин» увеличивается. Поверхность их обычно шероховата. Оолиты второй группы характеризуются сферической формой и средними размерами 7—13 мм. Поверхность их гладкая, как бы отполированная. В расширениях закарстованных трещин в условиях активного стока вод происходит совместное образование оолитов и пизолитов. Из 16 185 таких «жемчужин», найденных в пещере Бездонной, 51% имеют размеры 0,1—0,5 мм, 34,7% — 0,5—1 мм, 10,9% — 1—2 мм, 0,7% — более 2 мм. Окраска их молочно-белая, желтая, коричневая.

Ядро «пещерных жемчужин» состоит из кусочков известняка, зерен кварца, комочков глины, остатков беспозвоночных (моллюски) и позвоночных (косточки птиц и летучих мышей, зубы грызунов) животных. Концентрические слои представлены кальцитом, содержание его в отдельных образованиях достигает 97%. В крупных (14—16 мм) «жемчужинах» число слоев составляет 180—200, в более мелких (5—6 мм) — не превышает 60—70. Толщина слоев изменяется от 0,01 до 0,1 мм. В. Н. Дублянский и А. А. Ломаев [1980] отмечают, что количество концентрических оболочек не определяет возраста оолитов, а скорее свидетельствует о внесезонной смене условий формирования. По данным указанных авторов, оолиты и пизолиты полигенетичны. Они сформировались при «старении» первоначально коллоидного сгустка или путем нарастания карбонатного материала на затравку. Возраст пещерных образований Крыма по радиоуглеродному методу 5—40 тыс. лет.

До 1962 г. в нашей стране было известно всего 19 месторождений «пещерного жемчуга», из них два на Урале. Сейчас «жемчуг» найден более чем в десяти уральских пещерах (Сказка, Максимовича, Калкаман-Тишек, Сумган-Кутук, Медвежье Логово, Пропащая Яма, Капова, Кизеловская и др.). Пещера Жемчужная и грот Жемчужный (Дивья пещера) своим названием обязаны находкам в них крупных «пещерных жемчужин». Красивые «жемчужины» встречены на дне Кизеловской пещеры в слое элювиальной глины [Ястребов, 1961]. Это шаровидные, эллипсовидные, бобовидные, иногда слегка сплюснутые горошины белесого или светло-желтого цвета, размером от 0,5 до 1,5 см в поперечнике. Поверхность их матовая, шероховатая, строение концентрически-слоистое. В разрезе наблюдается чередование белых и темных слоев, содержащих примесь органического вещества и полуторных окислов. Иногда «жемчужины» цементируются в своеобразный гроздьевидный агрегат (по 10—20 штук). Состав их в основном кальцитовый (97,03%), из других компонентов выявлены MgCO ₃(0,56%), Fe ₂CO ₃(0,76%), органическое вещество (2,76%), вода (0,46%) и нерастворимый остаток (1,76%) [Максимович, 1955].

За рубежом значительные скопления «пещерного жемчуга» известны в Болгарии, ГДР и Австралии. В Болгарии они обнаружены в 90 пещерах и достаточно хорошо описаны Н. Т. Чолаковым [1964]. В области южноболгарского карста «подземный жемчуг» обилен в пещерах Лепеница, Хралупа, Разньовете, Лакатник; на севере Болгарии — в Градешницкой пещере. Условия образования «жемчуга» в пещерах различны, что сказывается на его форме, размерах и строении. Он имеет сферическую, овальную, линзообразную, цилиндрическую и неправильную форму. Неправильный «жемчуг» полиэдричен. Поверхность его гладкая, обусловленная активным воздействием гидрогеологического фактора, или неровная (шероховатая) до ежеподобной, возникшая в спокойной гидродинамической обстановке. Иногда «подземные жемчужины» имеют неправильную форму с характерными угловатыми отростками. В пещере Лепеница «жемчужины» различаются по внешнему виду. В одних озерцах находятся десятки мелких оолитов и крупных пизолитов, в других — только крупные «жемчужины» более 10 мм в поперечнике. Форма их овальная, сплющенная или эллипсовидная, реже цилиндрическая. В застойных водах образуются небольшие (до 2 мм) ежеподобные и розетковидные оолиты, состоящие из нескольких центров и окруженные общей оболочкой. Цвет «жемчужин» белый, зеленоватый или серый. Длина и диаметр наиболее крупных пизолитов в пещере Ахметьова соответственно 35 и 15, 29 и 9, 27 и 12, 22 и 14 мм. Форма их преимущественно цилиндрическая. Любопытно, что эти «жемчужины» образовались в течение одного года.

Независимо от формы все «подземные жемчужины» в разрезе состоят из небольшого ядра и наросших на него концентрических карбонатных слотов. Характер облекания ядра определяет форму пещерного образования. Слойки имеют кальцитовый состав. В одном и том же слое встречаются различные по внешнему виду зерна. Чаще на ядре нарастают сравнительно крупные призматические зерна кальцита, затем по мере роста «жемчужины» величина зерен постепенно уменьшается. Самые последние слойки часто образованы скрытокристаллическим (порошковатым) кальцитом, содержащим примесь глинистого вещества, гидроокислов железа или кристалликов пирита. Радиально-волокнистое строение «жемчужин» наблюдается редко.