А. М. Портнов,
профессор,
доктор геолого-минералогических наук
В мире добывается ежегодно около двух миллионов тонн никеля. Из них на долю России в 2015 году пришлось 15%. Весь никель в России извлекается из богатейших в мире руд, содержащих, кроме никеля, также медь, кобальт, платиноиды, золото, серебро, молибден. Эти уникальные комплексные руды с большими запасами разведаны в единственном районе мира — только в базальтах Норильского района. На их долю приходится 87% добытого у нас никеля. Руды такого типа образуются непосредственно из расплава. Существенно меньшие запасы подобных бедных руд расположены также в Мончетундре, на Кольском полуострове.
В отличие от богатых кремнеземом светлых кислых гранитов, темные обедненные кремнеземом базальты называют основными породами. Базальты — самые распространенные породы земной коры. Они покрывают 10-километровым слоем дно Мирового океана, подстилают фундаменты континентов, образуют бесчисленные острова в океанах. В базальтах значительно повышено среднее содержание многих рудных металлов, в том числе (г/т) никеля – 160, меди – 100, кобальта – 45. В базальтах также резко увеличено содержание палладия, платины, иридия, осмия, рутения, родия, молибдена, золота и серебра.
Академик А.Е.Ферсман при поисках апатитовых руд в Хибинских горах на Кольском полуострове в 1929 году обратил внимание на базальты горного хребта Монча. В застывшей темной магме иногда были заметны мелкие блестки медно-никелевых минералов. Здесь можно было ожидать бедные, но дефицитные руды. Поиски, сомнения, знание соседних норвежских месторождений, наконец, как писал Ферсман в книге «Воспоминания о камне», личная поддержка С.М.Кирова, – позволили провести глубинную разведку базальтоидов Мончетундры. В результате к началу Отечественной войны был выдан необходимый для победы первый советский никель.Кстати, высокое качество танковой брони фашистской Германии обеспечивалось норвежской никелевой рудой.
В 70-х годах прошлого века блески медно-никелевых минералов в базальтах Забайкалья заставили геологов вспомнить Мончетундру и начать здесь буровые работы. Но перспектив не было до тех пор, пока из одной скважины не был извлечен блестящий сульфидамисплошной рудный керн длиной 12 метров. Он был погружен в самолет и срочно отправлен в Москву. В Совете министров начали решать вопрос о дороге, поселке, аэропорте, обогатительной фабрике, орденах и премиях. Но скважины, окружившие удачную буровую вышку, руды не обнаружили. Не оказалось ее и в повторной скважине, заложенной на том же месте. Решили, что буровой снаряд угодил в сульфидное скопление в виде длинной морковки, не смог выйти в твердый базальт и выбурил всю мягкую руду. На этом закончился «никелевый бум» Забайкалья.
Таким образом, базальты, несмотря на огромную массу пород этого типа, рудоносны крайне редко. Медно-никелевые месторождения мира в базальтах можно пересчитать на пальцах. Возникают еще так называемые колчеданные руды, приуроченные к базальтоидной лаве подводных вулканов, где железный колчедан (пирит, FeS2) сопровождается медным колчеданом (халькопирит, CuFeS2) с примесью цинка и свинца. Месторождения этого типа известны на Кипре, Южном Урале, в Швеции, Канаде, Японии. Но образуются они не из расплава, а из горячих растворов. Никеля и платиноидов в них нет.
В колоссальных массах базальтов, покрывающих Индию, Восточную Сибирь, Забайкалье или слагающих остров Исландию площадью более 100000 км2, содержится грандиозное количество рудных металлов. Но они находятся в рассеянном, пылеватом состоянии. Пласт базальтовой лавы площадью 1000 км2 и толщиной 0,5 км содержит столько металлов, что их хватило бы на возникновение нескольких гигантских месторождений. Казалось бы, базальты – неисчерпаемая кладовая ценных элементов современной цивилизации.Но реальность иная — бескрайние базальтовые массивы пусты и безрудны. Сера превращает пыль в руду.
На первый взгляд, кажется парадоксальным, что при таком обилии металлоносных базальтов насчитывается лишь 5 — 6 крупных месторождений базальтоидной формации с медью, никелем иплатиноидами. Для геологов причина понятна: в темной железистой породе полезные металлы рассеяны в силикатах без необходимой концентрации рудных сульфидных минералов. Этот «безрудный парадокс» возникает постоянно, поскольку в магматическом расплаве мало серы. Необходимо присутствие огромного количества серы в базальтовом расплаве, чтобы вызывать массовое осаждение сульфидов меди, никеля, кобальта с включениями палладия, платины, осмия и других ценных металлов. Кроме России только в Канаде, ЮАР, Австралии и Норвегии из сульфидной руды базальтов добывают никель, медь, кобальт, платиноиды. Норвежский геохимик В.М. Гольдшмидт назвал эти элементы «халькофильными», имея в виду, что в присутствии серы многие металлы, подобно меди, образуют сульфидные соединения и руду.
Глобальное преобладание на Земле безрудных базальтов свидетельствует, что в этих породах первично было очень мало серы в виде сероводорода. Поэтому никель, железо, кобальт и медь остались здесь в «литофильной» форме, в виде примеси к железо-магниевым силикатам – оливину и пироксену. Для возникновения руды требуется добавка огромного количества сероводорода. Тогда сера буквально «выедает» из базальтовой лавы халькофильные рудные элементы — никель, медь, кобальт, серебро, палладий и частично железо.
Эти металлы входят в многочисленные рудные минералы, главные из которых — пентландит (Fe, Ni)9S8 и халькопирит. Сульфиды образуют самостоятельный тяжелый расплав, отделяющийся от более легкого — базальтового. В норильских лавах происходит грандиозный редкостный процесс: при обилии сероводорода возникает природный «штейн», аналог заводского металлургического процесса, когда сульфидный медно-никелевый расплав при 1000 0С огромной тяжелой массой (плотность около 5,0) отделяется от базальтового силикатного шлака (плотность около 3,0) с температурой плавления 1200 0С.
Природный «штейн», подобно расплаву в металлургической печи, сплошной массой опускается на подстилающие породы. Он захватывает с собой кобальт, палладий, платину, осмий, золото, серебро и другие халькофильные металлы. Так возникает природный концентрат ценных и благородных элементов. В реальности дефицит серы в базальтах приводит к тому, что70% мирового никеля добывается не из базальтов, а из ультраосновных пород мантии Земли, выходящих на поверхность и превращающихся в бедные руды, глинистые коры выветривания.
Встречаются такие породы редко и выходы их преобладают в южных районах планеты: на Филиппинах, в Новой Каледонии, Индонезии, на Кубе и Южном Урале. Лидером по добыче никеля являются Филиппины. Здесь в 2015 году иззеленого глинистого минерала гарниерита было добыто рекордное количество никеля — 465 тысяч тонн.
Откуда в базальтах берется необходимая сера? Узнать это можно по соотношениям тяжелых и легких изотопов серы. За эталон сравнения взято отношение изотопов серы в космическом сульфиде троилите (FeS) из метеоритов хорошо сохранившегося метеоритного кратера «Каньон дьявола» в Аризоне. Сравнение с эталоном бесчисленных образцов серных минералов планеты позволяет узнать, принесена ли сера из мантии и базальтов, или же она связана с осадочными породами или растворамииз гранитов. Анализы показывают, что сера, как летучий элемент, выносится из мантии и базальтов, но накапливается в верхней части земной коры в виде мощных пластов морских осадков – ангидрита, безводного сульфата кальция (CaSO4) и гипса (водного сульфата кальция).
Анализы иэотопов серы всех зарубежных медно-никелевых месторождений в базальтах показали, что здесь сера поступала из мантии планеты и ее, как осадителя металлов, явно недоставало. Отразилось это в качестве руд. Известное канадское месторождение Садбери и не менее известный южноафриканский массив Витватерсранд, залегающие в древних докембрийских толщах, содержат относительно бедные, вкрапленные руды. Из благородных металлов в зарубежных месторождениях преобладает платина, свойственная мантии. В них относительно мало палладия, тогда как Норильск дает половину мировой добычи этого металла. Но обилие палладия в руде означает, что сероводород в расплаве содержался в избытке.
Уникальные по богатству медно-никелевые с платиноидами руды обнаружил в 1921 году прошлого века выдающийся советский геолог профессор Н.Н.Урванцев. Жизнь у него оказалась сложной: в 1938 году он, как враг народа и контрреволюционер, был арестован и выпущен из концлагерялишь в 1945. Урванцев вел разведку найденного им месторождения, нашел залежи угля, искал уран на Таймыре, прошел славный жизненный путь, умер в 1964 году и похоронен в Норильске, городе, обязанном ему своим рождением. В отличие от зарубежных медно-никелевых месторождений, базальты и руды норильской группы имеют верхнепалеозойский возраст. Подстилающие породы представлены девонскими осадочными породами – глинами и известняками с мощными пластами ангидрита, сульфата кальция, оседающего при испарении морской воды в замкнутых высыхающих озерах.
Многолетнее изучение Норильской группы месторождений вскрыло исключительно богатые руды, состоящие сплошь из сульфидов. Массивные руды мощностью более 50 метров – застывшая рудоносная магма, настоящий природный штейн.Зарубежные аналоги были вдвое беднее. Это свидетельствовало, что при рудоотложении мантийной серы было маловато.
Геологи догадывались, что богатство руд объясняется ассимиляцией серы из осадочных пород. Действительно, в базальтах Норильска много вкраплений и прожилков ангидрита. Но влияла ли сера из ангидрита на изотопный состав серы в сульфидных рудах? Невероятное богатство норильских руд нуждалось в объяснении и оно появилось.
В 1973 году в журнале «Геохимия» была напечатана статья Н.С. Горбачева и Л.Н. Гриненко, в которой обоснованно и понятно было показано, что залегание базальтовых пластов (силлов) именно среди осадочных сульфатных пород обусловило необычно высокое содержание сероводорода в расплаве. Это доказывалось аномально высоким содержанием тяжелого изотопа серы-34 в разрезах руд. Эти данные полностью коррелировали с преобладанием тяжелой серы-34 в ангидрите осадочных толщ, окружающих рудные массы.
Заимствование базальтовым расплавом аномальных количеств изотопно-тяжелой серы из осадочных толщ привело к поразительному результату. На дно расплава осела аномально богатая руда. Норильские медно-никелевые сульфидные руды действительно повсеместно резко обогащены тяжелым изотопом серы. Таким образом, осадочные породы, как им положено, содержат много тяжелого изотопа серы, а в рудных сульфидах минералы аномально обогащены тяжелым изотопом серы-34, взятой из морских осадков.Зато в руде отсутствует привычная изотопия мантийно-базальтовой серы. Ряд советских ученых подтвердил этот новый для геохимии вывод. Авторы публикации наглядно показали роль вмещающих пород, как источник серы, необходимой для рудоотложения. Изотопный анализ сульфидов помог доказать не совсем понятную геологам роль ассимиляции (растворения) вмещающих работ. В данном случае ассимиляция сопровождалась аномальной концентрацией руды, а сера-34 в сульфидах выступала индикатором поиска подобных месторождений в сходных геологических условиях.
К сожалению, со временем четкие и ясные научные выводы этой публикации были как бы забыты, начались многословныедлительные дискуссии, призванные «замылить» в наукообразии и якобы научных академических спорах выводы, имеющие для дальнейшего развития Норильского рудного района важнейшее научно-производственное значение. Но здесь не место обсуждать гипотезы оппонентов о «фракционировании изотопов серы в мантии». Бесчисленные анализы пока указывают, что сульфиды мантии и метеоритов не имеют ничего общего с изотопией ангидрита.
Никель – необходимый «витамин» современной металлургии. В мире ежегодно выплавляется 1,5 миллиарда тонн стали, в которую добавляют около двух миллионов тонн никеля. Из этого количества Россия добыла в 2015 году 310 тысяч тонн, но для себя потребила всего лишь 19,8 тысяч тонн, из них около тысячи тонн импортировано из Норвегии. До 97% русского никеля уплывает в Нидерланды и частично едет в Швейцарию. 35 тыс. тонн сульфидного концентрата отправляется в Китай. Цена металла колеблется от 37,2 тыс. долл. за тонну в 2007 до 9,6 тыс. долл. за тонну в 2015 году. Это значит, что только никель РФ в слитках стоит от 3 до 10 миллиардов долларов. Если учесть, что 90% добычи никеля России дает Норильская группа месторождений, то в расчеты надо добавить медь: 425 тыс. тонн, или более половины меди РФ, добыла компания «Норильскникель» по цене от 8,8 тыс. долл. (2011 г.) до 4.9 тыс. долл. за тонну (2015 г.), что добавляет к стоимости «простого продукта» еще от 2 до 3,8 млрд. долл.
Надо также учесть 81,2 т палладия (половину мировой добычи) и 22,2 т платины (2015), что дает в ценах 2017 года еще 3 млрд. долл. Итого рудники Норильска выдают готовых металлов на12 – 18 млрд. долл. в год, не считая «мелочи» в виде нескольких тонн золота, серебра, осмия, иридия, рутения, родия. Нет в мире рудного поля, которое выдавало бы столько богатств. Напомню, что месторождения Норильска были приватизированы в 1994 году за 171 миллион долларов.
Кобальт Норильска, который добывается здесь в количестве 5200 т при современной цене около 60000 доллт, был продан в 2007 году во владение американской фирме DM Group, ставшей с этого момента мировым монополистом по добыче этого редкого металла, добываемого в Африке. Кобальт незаменим в производстве резцов для стали, а также при изготовлении «грязной» атомной бомбы, способной на сотни лет отравить Землю мощным гамма-излучением.
Россия получила в 1921 году уникальный и драгоценный подарок от Бога. Он не случаен, но парадоксально обусловлен счастливым сочетанием случайностей, когда масса базальтов выплеснулась не на траппы Индии, не в Забайкалье и не на вулканический остров Исландию. Тяжелая лава попала в мощные пласты сульфатного минерала ангидрита, отложенные на севере нынешней Сибири. Удача России в том, что под жарким солнцем четыреста миллионов лет назад высохло соленое море девонского периода и оставило после себя массупластов ангидрита, почти на четверть состоящего из чистой серы, обогащенной тяжелым изотопом34S.
