Как возникли залежи металлических руд? Попробуем разобраться…

Земля, как известно, образовалась более 4,5 миллиардов лет назад из частиц пыли и газа, оставшихся после формирования Солнца. Значит, теоретически в новорожденной Земле все составляющие ее химические элементы должны были распределиться равномерно (ну разве что более тяжелые из них стремились занять место поближе к центру). Но ведь сегодня металлы выплавляют из руды – горной породы, в которой этих металлов содержится больше, чем в прочих минералах, а руда, в свою очередь, встречается в природных скоплениях, называемых месторождениями. Получается, что от первоначальной равномерности не осталось и следа!

В самом деле, представь, что никаких месторождений нет и все элементы таблицы Менделеева рассеяны по земной коре. В этом случае в одной тонне горной породы содержалось бы примерно 80 кг алюминия и 50 кг железа, а такого незаменимого для человека металла, как медь, нашлось бы всего 50 граммов. Олова и того меньше – около двух граммов. Про драгоценные металлы и говорить не стоит – в тонне породы мы смогли бы найти лишь их сотые и тысячные доли грамма. Представляешь, насколько сложно было бы добывать металлы из такой породы? А самое главное, вряд ли наши предки вообще догадались о существовании металлов, и значит, мы так бы и жили в каменном веке!

Какие же процессы вызывают концентрацию металлов в определенных местах земной коры? Их довольно много, и тем не менее, их можно разделить на две большие группы: одни обусловлены подземным теплом, другие – солнечным излучением.

ЭНЕРГИЯ НЕДР

Благодаря подземному жару в недрах Земли существует расплавленная магма и происходит нагрев глубинных вод. Но оказавшись у поверхности, они, разумеется, начинают остывать. В результате застывания магмы образуются так называемые магматические породы – из них и состоит большая часть земной коры. Однако для образования месторождения необходимо, чтобы минерал с высоким содержанием того или иного металла отделился от остальной породы. Это может произойти, если температура плавления этого минерала выше, чем температура плавления основной породы. В этом случае он кристаллизуется раньше, чем застынет остальная магма, и «потонет», погружаясь на дно магматической камеры. Так часто образуются месторождения хромовых руд и платины. Или, наоборот, если рудообразующий минерал более легкоплавкий, то он будет застывать, когда вся остальная магма уже затвердела, и заполнит трещины между массивами основной породы. Этот способ характерен, например для образования месторождений титановых руд. Наконец, в некоторых случаях жидкая магма может разделяться на две несмешивающиеся составляющие (подобно тому, как молоко разделяется на сливки и обезжиренную сыворотку), которые затем кристаллизуются по отдельности. Такой тип концентрации руды встречается редко, но по нему образовались некоторые очень крупные месторождения медно-никелевых руд, например в Норильске.

Теперь поговорим о роли воды. Образовавшаяся вблизи поверхности, она, под действием силы тяжести, постепенно просачивается по трещинам в горных породах всё глубже и глубже. А так как чем ближе к центру Земли, тем выше температура, вода начинает постепенно нагреваться. При этом в процессе своего путешествия по глубинам земли вода растворяет много разнообразных веществ.

Из-за того, что горячая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, в определенный момент глубинные воды начинают подниматься обратно к поверхности – и, соответственно, остывать.

С потерей температуры падает и растворимость минералов в воде, и они начинают осаждаться, то есть скапливаться в виде твердых частиц. Казалось бы – ну сколько нужных минералов способна накопить просочившаяся в глубь Земли вода? Однако образованные таким способом месторождения, называемые гидротермальными, широко распространены. Так появилось большинство месторождений свинцово-цинковых, ртутных, урановых руд, а также почти все золотоносные жилы.

СОЛНЕЧНАЯ РАБОТА

Ну а если порода уже оказалась вблизи поверхности Земли и на подземное тепло рассчитывать не приходится? В таком случае месторождения могут сформироваться благодаря различным механическим и химическим процессам, источником энергии для которых является солнечный свет. Выделяют четыре вида таких процессов.

Во-первых, вода, просачиваясь от поверхности под землю, растворяет различные вещества, которые могут выпасть в осадок при резком изменении физических или химических условий. Так образовались многие месторождения руд урана, меди и серебра.

Во-вторых, месторождения могут образовываться и за счет того, что вода выносит из приповерхностных слоев хорошо растворимые соединения, которые постепенно накапливаются: таким способом появились все самые крупные месторождения алюминиевых руд.

В-третьих, накоплению определенных минералов могут способствовать не только подземные, но и поверхностные воды. В местах, где скорость течения воды резко падает, например при уменьшении уклона реки, наиболее тяжелые фракции транспортируемых ею частиц откладываются на дно. Так образовались, например золотые россыпи, послужившие причиной золотой лихорадки в Калифорнии, на Аляске, в Сибири.

В-четвертых, образование месторождений может происходить в результате накопления осадка в водоемах.

Например миллиарды лет назад в атмосфере Земли почти не было кислорода, но зато в водах океана содержалось много растворенного железа. Потом, в результате деятельности появившихся сине-зеленых водорослей, атмосфера начала насыщаться кислородом, который растворялся в воде и вступал в химическую реакцию с находящимся там железом. Затем продукт этой реакции опускался на дно и накапливался там – именно так и произошли крупнейшие месторождения железных руд.

МЕТАЛЛОЛОМ И ЭКОЛОГИЯ

Как видишь, появление на Земле залежей полезных руд происходило разными способами, за миллионы лет. А вот иссякают месторождения гораздо быстрее – современные методы добычи опустошают рудник за десятки лет, а то и за годы. Если ничего не изменится, запасы металлических руд на Земле быстро закончатся. Поэтому сейчас важным источником металлов становится вторичное сырье. Из металлолома производится более трети стали и алюминия, более 20% меди. Кроме экономии металла, переработка металлолома позволяет уменьшить использование энергии и серьезно сократить экологическую нагрузку на окружающую среду.