Попигайский кратер: как удар метеорита подарил России уникальные алмазы

Метеоритных кратеров на Земле довольно много. А вот кратер, на дне которых лежат необычные алмазы, превосходящие по своим свойствам все известные аналоги, – всего один. Это Попигайский кратер, который находится в России, и который действительно уникален в масштабах планеты и даже имеет статус геологического наследия ЮНЕСКО. Как там оказались алмазы, почему информация о них долгие годы была засекречена и какие перспективы есть у необычных минералов в условиях современной промышленности, расскажем в нашем материале.

Кратер Попигай и его образование

Попигайский кратер – это огромная котловина округлой формы диаметром около 100 километров, которая находится в Сибири, за северным полярным кругом, на территории Таймырского Долгано-Ненецкого района Красноярского края. Кратер относится к астроблемам: так геологи называют котловины, которые остаются на поверхности Земли после падения метеорита. Кстати, в переводе с греческого это слово означает «звездная рана».

Кратер настолько огромный, что его площадь сравнима с территорией республики Адыгея. При этом след, который оставило на поверхности нашей планеты небесное тело, не только масштабный по площади, но и глубокий: центральная часть кратера находится на 200-300 метров ниже, чем окружающее его пространство. Попигайская астроблема – это 4-ый по величине метеоритный кратер на планете, и самый большой из подобных объектов в России.

Метеорит, по вине которого возник такой впечатляющий кратер, упал на Землю около 35,5 миллиона лет назад, а его диаметр составлял, по разным оценкам, от 5 до 7 километров! По сравнению с ним нашумевший Тунгусский метеорит, упавший в 1908 году неподалеку, – безобидный малыш, потому что его диаметр был всего 75 метров.

Округлую форму Попигайского кратера без труда можно найти на космических снимках или увидеть с борта вертолета: он выделяется среди окружающей зеленовато-коричневой тундры более насыщенным зеленым цветом благодаря наличию здесь древесной растительности.

За миллионы лет, что прошли с момента планетарной катастрофы, рельеф местности претерпел ряд изменений благодаря осадкам, ветрам, вечной мерзлоте и реке Попигай с притоками, которые проложили себе путь по дну кратера. Поэтому, когда в 1946 году геологи под руководством Д.В. Кожевина обнаружили это интересное место, они не сразу поняли, что перед ними след от падения метеорита. Долгие годы считалось, что Попигайская котловина – это древний кратер вулкана или впадина в рельефе.

Геология Попигайского кратера и его сокровища

Однако после многочисленных экспедиций, исследования кернов, которые были добыты в пределах котловины, а также обнаружения признаков ударного метаморфизма – следов плавления и дробления в урочище «Пестрые скалы», стало ясно, что это не вулкан и не впадина. Виктор Масайтис и его коллеги из Всесоюзного научно-исследовательского геологического института в 1971 году доказали, что огромная Попигайская котловина – это не что иное, как след от падения метеорита.

В момент падения метеорита на месте удара возникли аномальные условия: произошел колоссальный взрыв, температура воздуха, по разным оценкам, поднималась до 2000-4000 °C, а атмосферное давление достигало 1,5 миллиона атмосфер. В результате залегавшие вокруг горные породы перемешались на глубину до 2,5 километров.

В архейские гнейсах на месте падения метеорита содержался графит, а как известно, графит и алмаз – это аллотропные модификации одного и того же вещества – углерода. И при аномальной температуре и давлении с графитом происходят метаморфозы: одномерная решетка графита превращается в трехмерную решетку алмаза. Именно это и произошло в котловине Попигайского кратера, где образовались уникальные импактные алмазы – так геологи называют алмазы, возникшие в момент удара метеорита о земную поверхность, от английского слова «impact» - удар, столкновение.

Алмазы Попигайской котловины не россыпные, а встроены в импактные горные породы – зювиты и тагамиты.

В пределах кратера было разведано два крупных месторождения алмазов.

• «Ударное», в котором на тонну породы приходится около 9,5 карат алмазов, а общие запасы оценены в 7 миллиардов карат.
• «Скалистое», в котором содержание алмазов еще выше – до 22,5 карат на тонну породы, и значительно выше оценка запасов – до 140 миллиардов карат.

Таким образом, общий объем запасов двух месторождений, подсчитанный еще советскими специалистами, составил 147 миллиардов карат. При этом Виктор Масайтис, который долгие годы руководил геологическими исследования в районе Попигайского кратера, полагал, что алмазов там еще больше – до 1 129 миллиардов карат.

Интересно, что в 1969 году, еще до открытия сокровищ Попигая, геологи обнаружили алмазы за пределами кратера, которые были названы якутитами: в тот момент их никак не связали с Попигайской астроблемой. Позднее якутиты нашли еще в нескольких местах, разбросанных к востоку и югу от кратера, на расстоянии до 500 километров от Попигая, – большая их часть расположена в соседней Республике Саха (Якутия). После того, как было выявлено метеоритное происхождение Попигайского кратера, стало очевидно, что якутиты напрямую связаны с планетарной катастрофой, произошедшей более 35 миллионов лет назад. Как и попигайские алмазы, они также возникли в момент взрыва, но ударной волной их выбросило за пределы котловины.

Уникальность попигайских месторождений не только в их колоссальных запасах, но и в самих алмазах: это алмазы технические, то есть те, которые применяются в промышленности. А благодаря своему метеоритному происхождению попигайские алмазы имеют ряд уникальных отличительных особенностей.

Уникальность алмазов Попигая и история их добычи

В 1975 году, после обнаружения импактных алмазов, в район кратера была направлена большая экспедиция для дополнительной разведки и детальной оценки запасов. Оборудование для геологоразведочных работ, грузы и людей завозили через Хатангу – село на одноименной реке, расположенное к северу от кратера, где был речной порт и аэропорт.

Людям приходилось работать в невероятно тяжелых климатических условиях Заполярья, а жить первое время в палатках или сделанных на скорую руку деревянных домиках. Геологи трудились даже зимой, в лютые морозы, когда температура опускалась ниже 50 градусов: работать нужно было быстро, потому что советская промышленность остро нуждалась в алмазах. Попигайские запасы были признаны стратегически важным сырьем, поэтому все работы были строго засекречены, а сотрудники экспедиций получали специальный допуск на объекты.

За годы исследований было пробурено около 450 скважин, глубина некоторых из которых достигала 1,5 километров, извлечено множество буровых кернов, представлявших научную ценность. Поскольку попигайские алмазы не россыпные, а содержатся внутри горных пород, их еще нужно было извлечь: породу, добытую на месторождениях, перевозили самолетами до Хатанги, где была обогатительная фабрика, извлекали там алмазы путем выщелачивания и затем отправляли их в Якутию в город Мирный. За годы разведки было добыто около 200 тысяч карат, которые использовались в том числе и для проведения исследований.

Как показали лабораторные тесты, попигайские импактные алмазы обладают уникальными качествами, которые отличают их от всех других природных алмазов, а также от синтетических аналогов:

• прочность: эти алмазы по своим показателям абразивной устойчивости превосходят конкурентов в 1,8-2,4 раза;
• износостойкость выше в 3-6 раз;
• термоустойчивость выше на 250 градусов;
• скорость, с которой они обрабатывают поверхности, выше в 2-2,5 раза.

Почему в СССР решили не добывать попигайские алмазы?

Импактные алмазы находят и в других местах планеты, например они есть в Австралии, но нигде на планете нет столь высокой концентрации сырья и такого большого количества в одном месторождении, как в Попигайском кратере. Почему же проект, в который было вложено столько сил и средств, в итоге заморозили?

С 1960-х годов в СССР уже работали заводы синтетических алмазов и нужно было решать: или увеличивать мощности по их производству, или начинать новую добычу алмазов в тяжелейших условиях Заполярья. В итоге добыча и обогащение сырья в условиях Арктики были признаны нерентабельными, и выбор был сделан в пользу комплексов по производству синтетических алмазов, строительство которых позволило на 98% закрыть потребности промышленности.

Технические алмазы: для чего они нужны

Алмаз – один из эталонных минералов шкалы плотности Мооса и занимает первое место среди десяти других по абсолютной твердости. Существует лишь несколько соединений химических элементов, способных превзойти алмазы по твердости и прочности.

Алмазы, относимые к категории технических, внешне непохожи на своих собратьев, так любимых ювелирами: они тусклые, мутные, желтоватые или серые и скорее напоминают графит – настолько они невзрачные. Но в остальном они имеют похожие характеристики и в рентгеновских лучах дают характерный для алмазов синий свет.

Но самое главное качество, за которое ценят технические алмазы, – это их чрезвычайная прочность, поэтому их применяют в самых разных сферах.

• Шлифовальное оборудование. Алмазы выступают в качестве абразивного материала высокой прочности для обработки сверхтвердых материалов.

• Буровое оборудование для геологических работ, в том числе и для нефтегазодобычи. Здесь сверхпрочные алмазы используют для производства буровых коронок, которые разрушают горные породы.
• Электроника. Алмаз обладает колоссальной теплопроводностью и в разы превосходит медь и алюминий по этому параметру, но при этом имеет низкую электропроводность и способен рассеивать тепловую мощность, выступая в качестве теплоотвода. Это позволяет избежать перегрева и продлевает срок службы электроники, в том числе и лазерных приборов.
• Оптические приборы. Из технических алмазов делают различные покрытия, линзы и окна для оптической техники.
• Медицинское оборудование. Здесь используют уже вышеупомянутые свойства алмазов, отметим лишь, что они применяются в высокоточных медицинских лазерах для коррекции зрения и операций с кровеносными сосудами, а алмазное напыление наносится на различные высокоточные медицинские приборы для их прочности и долговечности.

Для нужд мирового машиностроения в мире ежегодно производится 15-17 миллиардов карат технических алмазов: сюда входят и добыча природных алмазов технического качества, и синтез искусственных, но синтез преобладает. В России тоже есть ряд предприятий, которые успешно занимаются производством искусственных алмазов, как технических, так и ювелирного качества.

Уникальные попигайские алмазы превосходят любые синтетические как по части прочности, так и по высокотемпературной устойчивости. Когда же придет их время?

Перспективы Попигайского кратера и его сокровищ

Материалы по кратеру Попигай и залегающим в нем уникальным алмазам были рассекречены в 2012 году. К месторождению редких по качеству импактных алмазов вновь стали проявлять интерес ученые-геологи, инженеры и добывающие компании. В 2013 году к Попигайскому кратеру была организована экспедиция, в составе которой были специалисты из Института геологии и минералогии СО РАН. В лабораториях стали проводить дополнительные исследования попигайских образцов, на основе как советских проб, так и новых. По результатам лабораторных тестов были поданы заявки на патенты в области высокопрочных материалов.

Но о полноценной разработке пока речь не идет: все упирается в рентабельность и поиск инвесторов. Добыча в арктическом регионе без инфраструктуры, запуск пилотного производства по обогащению алмазов и выход на рынок – все это требует колоссальных вложений на старте. Смогут ли попигайские минералы со временем потеснить синтетическое сырье, которое они превосходят по своим свойствам, – покажет время. Ну а пока уникальные месторождения сверхпрочных импактных алмазов, которые миллионы лет назад подарил нам метеорит, ждут своего часа.

Автор текста Ольга Фролова

Изображение на обложке: Ai-generated