Геологическая родословная шунгита

Из статьи "Шунгит" в БСЭ:

"Шунгит - группа твердых углеродистых минеральных веществ, представляющих в главной массе аморфные разновидности углерода, близкие по составу графиту. Химический состав шунгита непостоянен: в среднем содержит 60- 70 % углерода и 30-40% золы. В золе содержится: 35-50% окиси кремния, 10-25 % окиси алюминия, 4-6% окиси калия, 1-5 % окиси натрия, 1-4% окиси титана, а также примеси других элементов. Шунгит встречается в сплошных массах черного (с сильным блеском) или графитного серого цвета с раковистым или мелкозернистым изломом. Твердость - по Моосу - 3-4, удельный вес - 1, 8-2 г/кв. см (что указывает на значительную пористость. - Авт.). Шунгит представляет собой органическое вещество, концентрировавшееся в древних (допалеозойских) кремнисто-глинистых и карбонатных осадках, впоследствии превращенных процессами метаморфизма в кремнистые сланцы и доломиты. Месторождения шунгита известны близ с. Шуша в Карельской АССР, откуда и название.

В отличие от каменного угля, возникшего 300 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде, шунгит принципиально старше - его возраст около 2 миллиардов лет. Напомним, что возраст наиболее древних из наиденных на Земле минералов, найденных в Гренландии, - 3, 8 миллиарда лет, что близко к возрасту Земли как планеты.

Хотя шунгит и вдвое моложе, минералов такого возраста на Земле осталось очень немного - за два миллиарда лет Земля успела не один раз сменить свою каменную кожу. Поэтому такие древние породы остались лишь на немногих каменных островах, уцелевших с той далекой эпохи, один из которых - Карельский щит. Остальные участки земной тверди тех времен не просто погребены под более молодыми породами, но давно погрузились в мантию Земли в зонах тектонических разломов, переплавились и образовали более молодые породы - например, океаническую кору.

Что же касается шунгита, то ему (или нам) повезло дважды: во-первых, его единственное в мире месторождение не просто уцелело в "битве геологических плит", но благодаря действию ледника оказалось на поверхности Земли совсем "недавно" - 25-30 тысяч лет назад, в конце ледникового периода, когда человек окончательно сформировался как биологический вид.

Еще не так давно считалось, что жизнь на Земле существует не больше миллиарда лет, поскольку первые явные следы (отпечатки и окаменелости) достаточно сложных организмов датируются кембрийским геологическим периодом (600 млн лет назад). Все остальное - это, как говорят геологи, "докембрий" - "темные века" палеонтологии, которые долго считались безжизненными или почти безжизненными. Однако сегодня общепризнанно, что, несмотря на двухмиллиардный возраст, шунгит имеет явно биогенное происхождение. В те времена Землю населяли простейшие одноклеточные и многоклеточные: жгутиковые водоросли и бактерии, которые к тому времени уже успели превратить в биомассу и кислород почти весь углекислый газ первичной атмосферы. Причем, вопреки расхожему мнению, интенсивность фотосинтеза и накопления биомассы простейшими водорослями не ниже, а много выше, чем у тропических лесов или болотных папоротников каменноугольного периода.

Не зря ученые, решающие задачу переработки энергии в биомассу, остановили свой выбор на хлорелле и спирулине - примитивных водорослях, доживших до нашего времени с тех самых пор. Кстати, та же спирулина сегодня активно рекламируется как пищевая белково-витаминная добавка.

Но вернемся обратно - за два миллиарда лет до нашей эры, когда в цветущих знакомым зеленым и сине-зеленым цветом волнах первобытного океана плавали миллиарды и миллиарды тонн одноклеточных и простейших. Земля ж была "безвидна и пуста" - хотя камни кое-где уже покрывала неказистая пленка живого вещества.

Единственным фактором, ограничивающим рост водорослей в первичном океане, была, как и сегодня, нехватка углекислого газа. Поэтому эпохи вулканической активности, когда выбросы углекислого газа перерабатывались биосферой в живое вещество, сопровождались и повышенным накоплением органических донных осадков, которые позже дали начало углистым сланцам - в том числе и шунгиту, а также нефти и газу.

В наиболее древней, "докембрийской", истории Земли геологами установлено несколько периодов усиленного накопления углеродистых биогенных отложений: 3,7-3,5; 2,8-2,6; 2,1-1,7; 1,0-0,9; 0,75-0,5 млрд лет. Эти периоды совпали с эпохами активного горообразования и вулканизма, когда в атмосферу Земли поступали большие массы углекислого газа, вызвавшего бурный рост биомассы.

Происхождение шунгита связано с самым крупным из этих периодов накопления углеродистых осадков, получившим название Беломорского, потому что горные породы того времени лучше всего сохранились в районе Карелии и Белого моря, на древнем гранитном щите.

Как образовался шунгит? Сначала шунгит был рыхлым донным осадком, весьма похожим на сапропель - богатый органикой жидкий озерный ил. Кстати, сегодня сапропель все шире используется как органическое удобрение, как лечебная грязь с ярко выраженными целебными свойствами и даже как органоминеральная кормовая добавка. Но тогда, два миллиарда лет до нашей эры, перерабатывать будущий шунгит было некому, и органические осадки, прикрываемые сверху все новыми наслоениями, постепенно уплотнялись, обезвоживались и погружались все глубже и глубже.

Времени на это было предостаточно - даже по геологическим меркам. Не забудем, что донецкий антрацит моложе шунгита в несколько раз, имея возраст "всего" 300 млн лет. Таким образом, карельский шунгит - прапрадедушка донецкого антрацита.

Но оставим каменноугольный период и вернемся на миллиард с лишком лет до нашей эры. По мере того как будущий шунгит, придавленный сверху сотнями метров более молодых осадочных пород, погружался в глубины земли, под влиянием сжатия и высокой температуры шел процесс превращения, или, как говорят геологи, "метаморфизации", будущего шунгита.

Самые интересные превращения произошли с органической частью породы, состоящей из погребенной биомассы. Под влиянием нагрева и давления бывшие одноклеточные водоросли образовали распыленный в минеральной матрице аморфный углерод в виде характерных именно для шунгита глобул (шариков), летучие углеводороды, которые, благодаря пористой структуре шунгита, давно покинули пласт и, самое главное, уникальную смесь нелетучих органических и элементоорганических веществ, известную как органоминеральный комплекс шунгита.

И если углеродная часть шунгита отвечает за его очистительные, сорбционные, свойства, то его биологическое действие связано именно с органоминеральным комплексом - особенно его водорастворимой частью, включающей Фуллерены - молекулярный углерод в виде полых шаров.

В принципе, подобный процесс термического разложения идет, например, при получении кокса из антрацита или древесного угля из дров. Нагрев без доступа воздуха дает нам углерод, смолы (деготь) и смесь летучей органики - водорода и окиси углерода - наподобие коксового, светильного или генераторного газа.

Но в случае с шунгитом есть несколько принципиальных отличий, в которых, собственно, и заключена тайна его биологической активности и обработанной им воды.

Во-первых, шунгит нагревался не десятки минут, а десятки миллионов лет, благодаря чему могли пройти до конца самые медленные химические реакции.

Во-вторых, процесс шел под большим давлением, что, по закону химического равновесия, препятствует распаду больших молекул на простейшие фрагменты и способствует образованию более сложных молекул с большим молекулярным весом.

В-третьих, при "созревании" шунгита химические процессы шли при активном участии минеральной компоненты, которая играла роль катализатора в образовании новых сложных веществ.

В-четвертых, температура, при которой шло образование шунгита, не превышала пятисот, максимум - шестисот градусов, иначе минеральная часть шунгита попросту расплавилась бы, не оставив никаких пор и пустот. А сравнительно низкая температура и высокое давление также способствуют образованию более крупных и сложных молекул, сохраняющих определенное сходство с исходными биогенными веществами и, соответственно, обладающих высокой биологической активностью.

Все это указывает на то, что в ходе преобразования первичной смеси биоорганических веществ шунгита (которая сама по себе биологически активна - вспомним лечебные свойства сапропеля) помимо аморфного углерода и летучей органики должны были образоваться новые, достаточно сложные производные исходных веществ, - и эти вещества должны быть биологически активными!

В свое время академик Опарин, моделируя происхождение жизни на Земле, провел свой знаменитый опыт, результаты которого лежат сегодня в основе большинства теорий происхождения жизни на Земле.

Смесь, имитирующая состав первичной атмосферы Земли - а именно воды, аммиака, и углекислого газа - помещалась в стеклянный реактор и длительное время подвергалась кипячению и действию электрического разряда, ультрафиолетовых лучей или радиации. И уже через несколько дней в растворе появились сложные органические вещества, характерные скорее для живой, чем для неживой, природы. А вскоре некогда стерильный, бесцветный и прозрачный раствор превращался в мутную, заметно окрашенную сложную смесь разнообразных веществ, в том числе аминокислот и углеводов. Причем смесь, способную стать питательной средой для бактерий, не способных к фотосинтезу.

Таким образом, энергия разрядов или излучения шла на синтез сложных органических веществ, вполне пригодных для питания живой материи.

По сути, тут мы имеем дело с первородным, еще небиологическим, фотосинтезом.

Позже опыт академика Опарина повторялся во множестве вариаций. В частности, моделируя условия, которые существовали на Земле до возникновения жизни, ученые установили, что наличие в реакторе пористого или мелкодисперсного минерального компонента - а особенно глин и цеолитов - существенно ускоряет абиогенный (небиологический) синтез сложных веществ, который называют также "химической эволюцией".

Очевидно, что подобный процесс - химическая эволюция органического вещества с образованием все новых веществ - шла не только в "первичном бульоне" доисторического Океана, но и при длительном нагреве и окислении биологических отложений непосредственно в пласте, в том числе и при "созревании" шунгита.

У внимательного читателя возникает естественный вопрос: а как же с ультрафиолетом или разрядами, которые в опытах Опарина и его коллег накачивали энергией реакционную смесь, разбивая исходные молекулы на химически активные фрагменты?

Но тут надо вспомнить, что в горных породах есть другой, и достаточно мощный, источник ионизирующих излучений - естественная (фоновая) радиоактивность.

Да, естественный радиоактивный фон мал, но за два миллиарда лет (два миллиарда - напишите эту цифру с нулями!) шунгит, впрочем, как и любая другая горная порода такого возраста, получил дозу излучения не меньшую, чем в ядерном реакторе за год. Если бы эта энергия выделилась сразу, то она вполне смогла бы даже расплавить породу. Но ядерная энергия выделялась постепенно, и часть этой энергии пошла на химическую эволюцию органоминерального комплекса шунгита.

На процесс воздействия естественной радиоактивности (урана, тория, радия, радиоактивного изотопа калия и др.) на эволюцию органической компоненты горных пород еще в 1930-х годах обратил внимание наш, российский, геолог В. А. Соколов.

Сегодня это явление известно как органо-радиационно-химический генезис углеводородов. Однако если геологов этот процесс интересовал в основном с точки зрения образования нефти и газа как энергетического сырья, то для нас интересны не столько летучие углеводороды, сколько радиационно-химическая эволюция сложных, биологически активных веществ шунгита, включая элементоорганику и комплексы, содержащие кремний, серу и другие элементы и микроэлементы.

И было бы вполне логично предположить, что за два миллиарда лет пребывания бывшей живой материи в подземном изотопном котле могли возникнуть новые, неизвестные науке вещества с такими же необычными свойствами. В пользу гипотезы о присутствии в шунгите неизвестных науке веществ свидетельствовали необычные биологические свойства шунгита, которые упорно не желали укладываться в обычные рамки. И буквально несколько лет назад такие вещества были открыты. Это были Фуллерены.