Ближайшие задачи минералогии и перспективы применения онтогенического анализа

После того, как в общем курсе минералогии завершено систематическое рассмотрение Царства Минералов, а в спецкурсе «Онтогения минералов» рассмотрены основные закономерности образования и изменения минеральных индивидов, необходимо посмотреть, каковы перспективы развития минералогии как науки и каковы те задачи, в решении которых генетическая минералогия и ее онтогенический метод могут быть востребованы.

Для этого полезно подойти к современной минералогии с позиций ее исторического развития. Следует напомнить, что до начала XIX в. вообще не существовало науки «минералогия» (хотя еще в XVIII в. В. М. Севергин написал «Минералогию Государства Российского»!), точно так же, как не существовало отдельно науки «геология»: все знания были объединены в единую науку — ориктогнозию, в рамках которой доступными в то время методами изучались физические свойства минералов, поэтому этот этап в минералогии определяют как физический этап.

На рубеже XIX в. ориктогнозия перестала существовать — объем накопленных знаний привел к разделению ее на отдельные дисциплины — наряду с геологией появилась и минералогия как самостоятельная наука, имеющая свои объекты, свои задачи, свои методы исследования', мощное развитие химии позволило в изучении минералов перейти от определения физических свойств к массовому определению химического состава, поэтому XIX и XX вв. (до 1940 г.) определяют как химический этап минералогии. Тогда же, в 1800—1820 гг., отпочковалась, оформившись как самостоятельное направление, кристаллография, а в 1810—1830 гг. — палеонтология. С введением поляризационного микроскопа в 1850—1870 гг. появилась новая наука о минералах и породах — петрография. В конце XIX в. (1880— 1900 гг.) — сформировалось учение о полезных ископаемых, а с 1900 по 1910 гг. оформилась как самостоятельная дисциплина геохимия. В 1920;1930 гг. выделилось направление гидрогеохимия и гидрогеология, в 30^Ю-е гг. сформировались учение о минеральных дисперсных средах (коллоидах) и учение о каусгобиолитах.

Начало XX в. в минералогии ознаменовалось появлением генетической минералогии (1912 г.); рубежным в ее развитии стало появление рентгеновского анализа кристаллической структуры минералов, поэтому, начиная с 1940 г., в развитии минералогии выделяют кристаллохимический этап, определивший как сущность минерала его конституцию, а в 1947; 1961 гг. в самой генетической минералогии сформировались онтогения и, чуть позже, филогения минералов. Знание конституции (кристаллохимии) минерала и генетической информации о нем привело к тому, что в 1960;1980 гг. сформировалось принципиально новое представление о минерале как об организме, сформулированное Д. П. Григорьевым в 1976 г. в работе «Минерал как организм. Проблемы генетической информации в минералогии».

До этого понятие «организм» применялось только к биологическим объектам («органический» мир, в отличие от «неорганического»); для биологического организма главными отличительными признаками признаются:

• 1) анатомическая целостность индивида (с относительно автономными анатомическими элементами),
• 2) функции питания — выделения, обеспечивающие существование индивида,
• 3) репродуктивная функция с механизмами наследственности.

Все это признаки, связанные с другим фундаментальным понятием, — «жизнь». Но все эти признаки выполняются и для растущего («живого») кристалла минерала:

• 1. Минеральный индивид обладает анатомической целостностью — через единство кристаллической решетки во всем объеме минерального индивида; существует и относительная автономия (не-тождественность) частей индивида — зональность, секториальность.
• 2. Динамическое поведение минералов в меняющихся условиях (существование взаимосвязей минерал — минералообразующая среда, в том числе и обратных связей): опытным путем было обнаружено, что известное со времен опытов Земятчинского расслоение раствора происходит только в присутствии растущего или растворяющегося кристалла. Голографический контроль процессов роста показал, что кристалл глубоко перестраивает структуру раствора не только в «дворике кристаллизации», но во всем объеме кристаллизатора, т. е. эти взаимодействия минерала с минералообразующей средой в значительной мере эквивалентны функции питание — выделение для живого организма (что еще раньше нашло свое отражение и в терминологии: «питающая среда» — при росте кристаллов). Именно этот аспект — функционирование минерагенетических систем, причины и механизмы образования и существования минералов, взаимосвязи минерал — минералообразующая среда и определяет специфические внутренние задачи экологический минералогии.
• 3. Растущий кристалл минерала также обладает наследственностью - в силу существования регуляторных механизмов, в том числе саморегуляции, происходит наследование структурного типа кристаллической решетки при зарождении на индивидах ранней генерации или ее ориентации при эпитаксии.
• 4. Наконец, аналогично миру живого, минеральное вещество также обнаруживает подчиненность всеобщим законам развития и направления эволюции, что привело к появлению нового направления генетической минералогии — эволюционной минералогии, познающей законы развития минерального мира через онтогению и филогению. При этом в развитии минерального мира обнаружились те же две тенденции, что свойственны развитию мира органического — появление нового в составе и структуре объектов в результате действия внешних эволюционных факторов и сохранение и использование в новых постройках старого, первичного, в результате действия механизма наследования. В биологии это эволюционные филогенетические ряды, в минералогенезисе это также эволюционные ряды во временипространстве: ряд Боуэна; ряд арсенидов (никелин — раммельсбергит — леллингит — шмальтин — скуттерудит); ряд титано-тантало-ниобатов (самарскит — пирохлор — ферсмит — танталит — колумбит); кристалломорфологические ряды (в настоящем пособии как пример приведена эволюция форм кальцита).

Вот эти аспекты минерала как организма и порождают различный подход к изучению минералов, и организуют современную минералогию по направлениям, отмеченным в самом начале пособия, к которым здесь следует добавить историческую минералогию, раскрываю;

щую историю минерального мира в связи с геологической историей Земли. Действительно, чем отличается минеральный мир одних геологических эпох от других? Меняется ли он в геологической истории? Это наиболее фактоемкое направление минералогии, главный фактор которого — геологическое время. И здесь историческая минералогия прямо смыкается с уже упомянутой эволюционной минералогией, поскольку закономерности эволюции минералообразования определяются историческими факторами, среди которых наиболее важными признаны следующие:

• 1) Потеря тепла в космос литосферой происходит с поверхности планеты, поэтому эволюционные процессы наиболее интенсивно идут у поверхности Земли (изограда 600- 700 °С).
• 2) Пулъсационностъ генетических процессов, которая является следствием а) пульсационного «дыхания» Космоса, б) автоколебаний в самих минералообразующих системах. Велика при этом также роль сейсмических волн, генерируемых землетрясениями — из минеральных зерен «выжимаются» особо подвижные примеси, и порождается так называемое «газовое дыхание» сейсмически активных зон.

В результате совместного действия этих факторов выявлена (работы Юрия Петровича Казанского (ИГиГ СО РАН)) та же эволюционная закономерность, которая известна в мире биологическом — с течением времени происходит усложнение структуры минерального мира, увеличение его разнообразия. В геологическом времени это проявляется в ускорении темпов всех минералообразующих процессов; в усложнении более поздних минеральных ассоциаций по сравнению с предшествующими; в увеличении числа минералов в возникающих поздних процессах, в увеличении роли наложенных процессов (при образовании минеральных индивидов — в накоплении искажений в процессе роста и увеличения размеров минеральных индивидов и снижении симметрии минеральных объектов на фоне сохраняющейся симметрии Земли). Доказательства этих усложнений и их необратимости собраны в книге, посвященной 80-летию академика Александра Леонидовича Яншина, «Эволюция геологических процессов», из которой приведем следующие примеры:

I. Эволюция подземной гидросферы в истории Земли (Е. А. Басков, В. А. Кирюхин): на первых этапах развития Земли не было ни солей, ни рассолов, значительная минерализация вод впервые появилась в архее: самые ранние хемогенные карбонатные отложения имеют возраст 3,4−3,0 млрд лет.

II. Отчетливо выраженная тенденция нарастания интенсивностей экзогенных процессов при затухании роли эндогенных, прослеженная, например, для U. Особая роль в нарастании этой интенсивности принадлежит биогенным факторам — достаточно вспомнить, что в абиогенном варианте энергетические затраты на восстановление SO4'² до самородной серы и.

затем H2S требуют температуры в несколько сотен градусов, в то время как биогенное восстановление сульфатредуцирующими бактериями в зонах окисления идет при нормальных РТ-условиях.

III. Роль ротационных сил Земли. Эту роль особо подчеркивал А. Л. Яншин, связывая с ней саму проблему жизни: зеркальная асимметрия (хиральность) аминокислот (левоориентированных) и сахаров (правоориентированных), составляющих основу жизни, могла появиться только в условиях сильного геомагнитного поля, которое существовало как следствие геологической предыстории двойной звезды Земля-Луна (в архее Луна была почти в 2 раза ближе к Земле!). Но первые углеродистые полимеры были привязаны к дефектам решетки глинистых минералов, последние же при накоплении ориентируются по оси геомагнитного поля, демонстрируя таким образом указанную В. И. Вернадским неразрывную связь биокосного и живого вещества уже при первом появлении последнего.

IV. Эволюция магматизма в истории литосферы. Из-за снижения энергетического потенциала Земли общее направление этой эволюции — необратимое увеличение многообразия магматических формаций, уменьшение магнезиальности наиболее высокотемпературных расплавов (с 33 % MgO в ранние стадии до 18 % в фанерозое), что как раз и означает снижение в течение геологического времени температуры генерируемых расплавов.

Во всех этих глобальных направлениях наук о Земле генетическая минералогия безусловно востребована. Однако использование знаний по генетической минералогии и ее онтогенического метода предоставляет широкие возможности и в практических целях — не будем забывать, что само появление метода вызвано именно практической необходимостью. Генетическая информация применяется теперь в ходе поисковых и геолого-разведочных работ, нацеленных на выделение минеральных ассоциаций, генераций минералов, в том числе содержащих полезные компоненты. Нанесенные на карту, минеральные ассоциации позволяют более целенаправленно и с меньшими затратами вести поиск какого-либо полезного ископаемого или корректировать его разведку. Так, по минералу-спутнику методом пироповой шлиховой съемки, разработанным Н. Н. Сарсадских и А. А. Кухаренко, во второй половине XX в. были открыты сибирские алмазоносные кимберлиты. Правильная диагностика минеральных ассоциаций с учетом полиморфных превращений минералов позволила В. Л. Масайтису с соавторами отнести Попигайскую структуру, в течение 25 лет считавшуюся вулканической постройкой, к гигантскому метеоритному кратеру и открыть там месторождение импактных алмазов. Установление Н. И. Красновой и О. М. Римской-Корсаковой на Ковдорском массиве закономерностей превращения флогопита в вермикулит вверх по разрезу и направления преимущественного поступления вещества привело к открытию на глубоких горизонтах крупнейшего месторождения флогопита. Геолого-минералогическое картирование.

разной степени детальности, основанное на генетической, прежде всего разнообразной онтогенической, информации, становится, таким образом, неотъемлемой частью минералогического — в первую очередь полевого — изучения разнообразных геологических объектов. Это привело к разработке Н. П. Юшкиным специального метода в региональной минералогии — топоминералогии. Однако возможности новейших технологий породили тенденцию широкого использования в картировании результатов дорогостоящих химических, спектральных, нейтронно-активационных, геофизических и других анализов, а также ЭВМ для облегчения обработки данных, хотя практическая отдача от такого набора дорогостоящих анализов нередко значительно меньше, чем затраченные средства. «Следует подчеркнуть, что для многих месторождений можно сделать практичные минералогические исследования путем составления минералогических карт быстрыми, дешевыми и надежными методами с помощью простейшей аппаратуры» (В. А. Попов). В ряду этих практичных минералогических исследований базовой является информация, получаемая генетической минералогией с помощью онтогенического метода. Знакомство с возможностями онтогении минералов и приобретение первоначального самостоятельного опыта ее применения на практике и являлось целью настоящего пособия.

В заключение автор приносит свою искреннюю благодарность светлой памяти Владимиру Степановичу Соболеву, предложившему читать этот спецкурс, существовавший прежде только в Ленинградском и Московском университетах, на ГГФ НГУ; бывшим студентам ГГФ, более сорока лет неизменно проявляющим к онтогении минералов живой интерес, и особенно тем из них, кто использовал полученные знания в дальнейшей самостоятельной успешной работе в этом направлении. Отдельная благодарность — Татьяне Валериановне Смирновой, взявшей на себя труд оформления настоящего пособия иллюстрациями, подобранными из основополагающих и оригинальных работ.