Карельские учёные обнаружили в составе костомукшской железной руды циркон — минерал, позволяющий определить возраст и условия формирования горной породы. Анализ этой находки помог специалистам Института геологии КарНЦ РАН узнать больше о истории формирования железной руды одного из крупнейших месторождений в России. На практике эти данные могут помочь прогнозировать зоны с рудой наилучшего качества.

В международном журнале International Geology Review вышла научная статья сотрудников Института геологии Карельского научного центра РАН. В ней представлены результаты изучения циркона, который был обнаружен в полосчатых железистых кварцитах (banded iron formation, сокр. BIF). Последние составляют основу одного из крупнейших в России месторождений железа — Костомукшского. Уже сама находка — необычный факт. Циркон имеет преимущественно магматическое происхождение и, как правило, встречается либо в породах, образовавшихся в процессе застывания магмы, либо в осадках после разрушения магматических пород. Костомукшское железо образовалось в результате осаждения в воде выбросов из древних «черных курильщиков» — спутников вулканической активности. А она в тот период развития Земли была очень значительной.

«В железистых кварцитах цирконов быть не должно, но его зерна могли попасть в них из других вмещающих пород. Наши карельские кварциты оказались необычными: в них циркона достаточно много. В мире в подобных породах он встречается в гораздо меньших масштабах», — рассказал Александр Слабунов, руководитель лаборатории геологии и геодинамики докембрия Института геологии КарНЦ РАН.

Циркон (ZrSiO₄) — минерал, который благодаря своим свойствам служит уникальным источником данных о возрасте и условиях формирования горной породы, его содержащей.

Ранее карельские геологи выделили три типа железистых кварцитов в Костомукшском месторождении. Сегодня новые технологии и методы позволили исследователям уточнить возраст и условия их формирования. Самый древний пласт с BIF-1 появился 2,87–2,84 млрд лет назад. Пока он наименее интересен для экономики, так как содержит меньше всего железа, однако представляет большой интерес для фундаментальной науки, позволяя узнать больше об истории ранней Земли.

Три миллиарда лет назад атмосфера Земли состояла из углекислого газа и практически не содержала кислорода, а значит его не было и в водах океана. В то же время в воды океана в изобилии поступало железо из гидротермальных источников — «чёрных курильщиков». Это железо из-за отсутствия кислорода было растворено в воде. Однако в некоторых местах в океане оно все-таки окислялось, такие районы называют «кислородными оазисами», и выпадало на дно в виде слойков похожих на ржавчину. Учёные предполагают, что источником кислорода в этих оазисах были цианобактерии.

«Железистые кварциты — стопроцентный продукт необычности нашей планеты на ранних этапах своей истории. Еще нет привычной для нас атмосферы, а в воде уже есть живые существа, которые вырабатывают кислород», — отметил руководитель исследования.

Железистые кварциты представляют собой красивые горные породы с тонкой полосчатой структурой. Слои многократно чередуются: в одних преобладает белый кварц, в других — серебристо-серый магнетит. Вероятно, цианобактерии накапливали кислород, и как только его концентрация достигала определённого значения, железо связывалось и выпадало в осадок в виде ржавчины, из которой позднее и образовался магнетит. Далее опять осаждался гель кремнезема, из которого позднее образовался кварц. Таким образом, эти породы уникальны не только тем, что позволяют использовать железо в промышленности, но и тем, что фиксируют своеобразную эпоху развития планеты.

Второму типу руды (BIF-2) — 2,8 млрд лет, а самому молодому, типу BIF-3 — 2,76–2,74 млрд лет.

«В этот период наша Карелия была больше похожа на Камчатку, где происходит субдукция — погружение океанической плиты под край сформировавшегося континента. Через Костомукшу 2,8 млрд лет назад проходила цепь вулканов, рядом с которой находился морской бассейн, в нем бурлили «черные курильщики», жили цианобактерии и происходило накопление железа. В это время сформировались самые богатые руды (BIF-3)», — рассказал Александр Слабунов.

Анализ цирконов позволил установить не только возраст отложения всех типов железистых кварцитов, но и расшифровать историю их дальнейших преобразований. Для промышленности факт преобразования руды является крайне важным: по мнению геологов-практиков, метаморфизованные руды лучше обогащаются, то есть более ценны.

Опыт, компетенции и имеющееся в КарНЦ РАН оборудование позволяют учёным находить нужные образцы в полевых условиях и уже в лабораториях определять их химический и минеральный состав, а также оценивать возраст пород.

«Если подтвердится наша гипотеза о том, что многочисленные преобразования приводят к улучшению качества руды, мы сможем предложить методику, как выделять зоны с наиболее ценной рудой», — рассказал о практическом применении полученных данных эксперт.

Исследование ведется в рамках научного проекта по гранту РНФ № 22-17-00026, руководителем которого является Александр Слабунов. По итогам будут получены новые сведения о строении и составе главной железорудной толщи крупнейшего месторождения железа Северо-Запада России и новые знания о геодинамических процессах на ранней Земле. Результаты проекта пополнят копилку знаний мировой науки о том, какой была планета миллиарды лет назад.

«От того насколько правильно мы понимаем раннюю историю нашей планеты, зависит наша возможность предсказывать ее будущее», — резюмировал ученый.

Исследователи благодарят руководство и сотрудников рудоуправления АО «Карельский окатыш» (г. Костомукша) за всестороннее содействие при проведении научных геологических исследований на их карьерах.

Источник: Служба научных коммуникаций КарНЦ РАН.