Урал является одним из важнейших в России поставщиком различных видов кварцевого кристаллосырья. Это, прежде всего, монокристаллы горного хрусталя высокого качества (пьезокварц) — необходимый материал для радиотехнической промышленности, а также прозрачные кристаллы для ювелирных и камнерезных работ и жильный кварц повышенной чистоты для плавки и изготовления разнообразных изделий из кварцевого стекла.
Все перечисленные виды кварцевого сырья на месторождениях горного хрусталя обычно добываются совместно, а затем разделяются путем ручной и автоматической сортировки на пьезокварц, ювелирный кварц (волосатики, цитрины, авантюрины и т. д.) и кварц для плавки.
Одним из таких исторически и экономически важных месторождений (на данный момент не функционирующим) является Астафьевское месторождение пьезокварца в Челябинской области. Подробнее о нём рассказывает Алексей Туев в своей статье.
Астафьевское месторождение пьезокварца расположено на Южном Урале в 200 км к юго-западу от Челябинска и в 20 км к востоку от поселка Фершампенуаз и разрабатывалось (двумя карьерами и штольнями из них) для нужд оборонной промышленности на пьезосырье. На базе месторождения возник поселок Южный (в просторечии и для упрощения обозначения места месторождение именуют по названию поселка — Южный). Является одним из самых крупных месторождений кварца в мире.
В настоящее время горные работы не проводятся, а из отвалов, занимающих большую площадь, можно собирать прекрасные образцы кварца различных форм, размеров и с разнообразными включениями (описаны минералы-включения: самородная сера, пирит, пирротин, халькопирит, ковеллин, миллерит, герсдорфит, виоларит, рутил, ураноторит, тортвейтит, фуксит, непуит, ксенотим, доломит, кальцит, сидерит, аннабергит, ретгерсит [1]). Однако делать это необходимо крайне осторожно: отвалы очень подвижные и обвалоопасные. На сегодняшний день Астафьевское месторождение является местом притяжения исследователей, коллекционеров, любителей минералов и семейного активного отдыха.
Что такое пьезокварц?
Пьезокварц — это бесцветные или окрашенные монокристаллы кварца (горного хрусталя) или их участки (иногда также крупная галька), в какой-либо части имеющие бездефектные области. Такие кристаллы не содержат включений посторонних минералов, газа, жидкостей, трещин, свилей и двойниковых швов. Пьезоэлектрические свойства кварца открыты Жаком Кюри и Пьером Кюри в 1880 году, обусловлены двумя основными эффектами, которые использовались и используется в радиотехнике, пьезометрии, гидроакустике и для изготовления особо чистых стекол в оптических приборах:
– прямой пьезоэффект — при механических деформациях пластины кварца на ее гранях возникают электрические заряды, противоположные по знаку;
– обратный пьезоэффект — при помещении кристалла кварца в электрическое поле с разностью потенциалов в нем возникают механические деформации (колебания), значение которых пропорционально напряжению электрического поля [2].
Что такое горный хрусталь?
Название «горный хрусталь» ввел в употребление древнегреческий ученый Теофраст. Происходит оно от греческого «кристаллос» — «лед», который, по мнению Теофраста, спрессован временем и громадным давлением ледников до состояния камня. В аристократических кругах Рима был распространен обычай охлаждать руки шарами, сделанными из горного хрусталя. Для охлаждения напитков и вин в сосуды также клали шары или кристаллы.
На самом же деле, горный хрусталь — это бесцветная прозрачная разновидность кварца, одна из кристаллических модификаций кремнезема (SiO₂). В природе горный хрусталь встречается в виде кристаллов, друз, размеры которых варьируются от нескольких миллиметров до нескольких метров. Иногда встречаются друзы горного хрусталя весом свыше тонны [2, 3].
Горный хрусталь — один из самых распространенных на Земле минералов, он с глубокой древности используется человеком. На Южном Урале горный хрусталь добывается с каменного века, археологи находят наконечники стрел, ножи, украшения из этого минерала. Например, археолог Владимир Стоколос, исследуя Кизильское поселение на берегу реки Урал, обнаружил булаву из горного хрусталя. Она была изготовлена более трех тысяч лет назад из местного сырья. Таким образом, древний уральский человек располагал сведениями о месторождениях горного хрусталя и умел обрабатывать его.
Месторождения горного хрусталя широко распространены в Челябинской области и представляют собой системы приоткрытых трещин и полостей в кварцевых жилах, на стенках которых наросли друзы кристаллов прозрачного кварца [3].
Как все начиналось
В 1947 году, когда в связи с развитием приборостроения и радиоэлектроники выросла острая необходимость в больших количествах пьезокварца, в СССР начались интенсивные поиски месторождений этого минерала. Именно тогда инженерами-геологами Ю. Н. Ануфриевым и К. Ф. Кашкуровым и было открыто Астафьевское месторождение пьезокварца (горного хрусталя). Рудник начал функционировать в 1948 году под названием «Южный».
Расположенное на Южном Урале Астафьевское месторождение пьезокварца было одним из двух основных поставщиков оптического сырья для военно-промышленного комплекса России [4].
Фото из открытых источников
Фото из открытых источников
Однако наука не стояла на месте, и были разработаны технологии по выращиванию кристаллов пьезокварца в лабораторных условиях. Искусственные кристаллы не уступали по свойствам природным, а цена их была на порядок ниже (с 1960-х годов в г. Южноуральске работает завод «Кристалл», который производит синтетический кварц; здесь рождаются крупные кристаллы хрусталя гидротермической кристаллизацией в автоклавах, причем монокристаллы кварца могут выращиваться как на одной поверхности затравочной пластины (затравки), так и одновременно на обеих поверхностях затравки). В результате естественной рыночной конкуренции многие предприятия, занимающиеся добычей и переработкой природного пьезокварца, вынуждены были закрыться. В их числе оказался и рудник «Южный» Астафьевского месторождения [5, 6].
Работы на карьере прекратились, он был затоплен водой. Таким мы его можем увидеть и посетить в настоящее время. И кто знает, возможно, былая слава еще вернется к этому уникальному геологическому памятнику природы.
Литература
1. Евстропов, А. А. Геологический отчет партии № 4 о поисково-разведочных работах в окрестностях Астафьевского месторождения пьезокварца (1962–1965 гг.) / А. А. Евстропов, Б. А. Клочников.
2. Кайнов, В. И. Минералогия хрусталеносных кварцевых жил Южного Урала / В. И. Кайнов. Екатеринбург: [б. и.], 1998. 106 с.: ил. 150 экз.
3. Колисниченко, С. В. Горный хрусталь на Южном Урале : история и минералогия / С. В. Колисниченко, В. А. Попов ; Ильменский государственный заповедник, Уральский геологический музей. С. Верхняя Санарка, Челябинская обл.: Санарка: Камневеды, 2022. 270, [1] с.: ил., фот. цв.
4. Поленов, Ю. А. История поисков и освоения месторождений кварцевого сырья Урала и перспектива их дальнейшего использования / Ю. А. Поленов, В. Н. Огородников, А. Ю. Кисин // Известия Уральского государственного горного университета. 2021. Вып. 2 (62) С. 48–59.
5. Поленов, Ю. А. Эндогенные кварцево-жильные образования Урала. Екатеринбург: УГГУ, 2008. 269 с.
6. Хрустальный край. Какие богатства спрятаны на Южном Урале. URL: https://up74.ru/articles/obshchestvo/141890/.
Фото из открытых источников
