Время собирать камни: история добычи драгоценных минералов

В конце февраля ученые из Стэнфордского университета нашли способ производить алмазы из молекул водорода и углерода в сырой нефти. Однако долгие века человечеству приходилось действовать по старинке — рассказываем, как добывали драгоценные камни раньше и как их добывают сейчас.

Человек начал использовать камни в качестве орудия труда примерно 2,6 миллионов лет назад: сначала это были примитивные, практически необработанные куски пород, которые служили простейшими бытовыми инструментами. Позже наши предки научились делать из них более совершенные орудия и даже оружие, но все равно долгие тысячелетия камни имели исключительно утилитарное назначение.

Однако с развитием цивилизации некоторые породы стали наделять сакральной и эстетической функцией, и, как следствие, они приобрели уже совсем другую материальную ценность. Рассказываем, как эволюционировала добыча различных самоцветов — от первых случайных находок до современного рискованного бизнеса, которые ведут герои проекта «Охотники за драгоценными камнями» на Discovery Channel с 21 марта по субботам в 13:45 (мск).

Поддельные изумруды Нерона, алмазы-брахманы и котлы Клеопатры

В древности речь шла скорее не о добыче, а о случайной находке драгоценных камней: яркие камешки, выделявшиеся на фоне, например, серой речной гальки, неизбежно привлекали внимание людей. Их подбирали в ручьях и на склонах, когда порода случайно выходила на поверхность, постепенно высвобождаясь под действием эрозии и сходя вниз вместе с потоками воды. Такие камни использовали в качестве украшений, амулетов, атрибутов власти или в ритуальных целях. Позже, когда стало понятно, откуда берутся красивые самоцветы, их стали добывать целенаправленно, используя простейшие лопаты и кирки из камней, прочных палок и оленьих рогов.

Такие раскопки носили поверхностный характер, поскольку инструменты были примитивными. Впрочем, тогда уже, по всей видимости, стало очевидно: если на небольшой территории было обнаружено несколько самоцветов по соседству, этот участок потенциально богат и другими ценными находками. Помимо сбора драгоценных камней непосредственно с поверхности, их искали и в расщелинах скал. Наросшие на породу кристаллы откалывали с помощью уже более совершенных инструментов — зубила, долота, кирки или лома.

Но по-настоящему ценными самоцветы стали относительно недавно: изумруды в Индии были известны за 2 тысячи лет до нашей эры, а алмазы — за 1000-500 лет до нашей эры. Интересно, что индусы делили алмазы, как и людей, на четыре варны: самые дорогие — брахманы — белые прозрачные кристаллы, затем шли породы с красноватым оттенком — кшатрии, следом — зеленоватые или желтоватые вайшьи и наименее ценные, серые и мутные — шудры. 

На Синайском полуострове бирюзу начали добывать примерно 3400 лет до нашей эры, а в захоронениях Древнего Египта археологи находили поделки с использованием лазурита, амазонита, граната, изумруда, аметиста. Например, в гробнице Тутанхамона обнаружено множество украшений, отделанных бирюзой и лазуритом, а легендарный жук-скарабей на нагрудной подвеске фараона вырезан из зеленого вулканического стекла.

После того как человечество изобрело не только государственность, но и эксплуатацию чужого труда, добычей драгоценных камней повсеместно занимались невольники. Так, в Египте у горы Забара известно месторождение, которое разрабатывалось, согласно письменным памятникам, уже в 1650 году до нашей эры. Еще одно месторождение вблизи Асуана, в нескольких десятках километров от побережья Красного моря, разрабатывалось еще при фараоне Сесострисе III около 37 веков назад. Рабы-рудокопы прокладывали шахты глубиной до двухсот метров — здесь одновременно могло находиться до 400 человек. При этом все работы велись в полной темноте, поскольку считалось, что изумруд боится света.

После породу раскалывали на куски и обязательно смазывали оливковым маслом — чтобы различить драгоценные кристаллы. Эти шахты Асуана позже стали известны как котлы, или копи Клеопатры, поскольку последняя царица эллинистического Египта питала слабость именно к изумрудам и только их считала камнями, по-настоящему достойными ее красоты и величия. С трепетом относился к изумрудам и древнеримский император Клавдий Нерон. У него был крупный камень насыщенно-зеленого цвета, ограненный в форме линзы. Нерон использовал его как монокль, когда наблюдал за сражениями гладиаторов на арене — правда, уже в XX веке французские ученые установили, что это был вовсе не изумруд, а идеально чистый и отшлифованный хризолит.

Интуитивная прозорливость на Цейлоне

Одним из старейших, богатейших и известнейших регионов добычи драгоценных камней была Шри-Ланка, которая сохраняет этот статус и сегодня. Здесь еще за 600 лет до нашей эры стали известны сапфир, рубин, гранат, александрит, аметист, зеленовато-желтый кошачий глаз, магические лунные камни, топаз, турмалин — всего более 80 пород. Любопытно, что с этим промыслом некоторым образом ассоциировано и одно из прежних названий острова — Серендип. Так его называли персы, а другие народы похожим образом: римляне — Серендиви, арабы — Серрандиб.

От этой формы происходит и термин «серендипность», обозначающий инстинктивную прозорливость, способность, делая глубокие выводы из случайных наблюдений, находить то, чего не искал намеренно. Название Серендип корнями уходит в древнегреческое обозначение острова — Силен Дива, а также названия на многих европейских языках: латинский — Seelan, португальский — Ceilão, испанский — Ceilán, французский — Selon или Ceylan, нидерландский — Zeilan, Ceilan и Seylon, английский — Ceylon и хорошо известное в русском Цейлон.

Такая интуитивная прозорливость и умение жителей острова находить то, чего не искал, носили, конечно, характер сказок и легенд, однако количество добываемых здесь с незапамятных времен драгоценностей — факт вполне реальный. Одно из первых (конец XIII века) упоминаний о баснословно богатом регионе и невероятно развитом промысле принадлежит итальянскому путешественнику Марко Поло. В своей «Книге о разнообразии мира» он отмечает, что знаменитую ступку (буддийское архитектурно-скульптурное культовое сооружение) Руванвели в городе Анурадхапура украшает рубин, толщиной в человеческую руку.

Также Марко Поло кратко описал и процесс добычи драгоценных камней на Цейлоне: по свидетельствам путешественника, россыпи промывали в лотках. В XVIII веке была опубликована «История Цейлона» капитана Рибейро, в которой среди прочего говорится: «чтобы выловить самоцветы в реках, мавры опускают в воду сетки, в которых находят топазы, рубины и сапфиры, которые отправляют к Персии в обмен на другие товары».

С добычей драгоценных камней на Шри-Ланке связан и еще один топоним — Ратнапура, что в переводе с сингальского означает «город самоцветов». Он был богатейшим центром промысла: здесь на площади 2 тысяч квадратных километров располагались пять крупных и десяток мелких россыпей, которые славились «кошачьим глазом», аквамаринами, аметистами и сапфирами. Продуктивный пласт варьировался в глубину от 1,5 до 15 метров, а разрабатывался в основном открытым способом, то есть по технологии промывания рассыпного материала.

Для этого использовались специальные лотки из переплетенных камышей или бамбука. Именно здесь, на окраине Ратнапура, в 1926 году был найден один из крупнейших сапфиров — «Голубая красавица Азии». Его вес более 400 карат, и в 2014 году на аукционе Christie’s в Женеве его продали за рекордные 17,5 миллионов долларов. Из Ратнапуры родом и сапфир «Звезда Индии» в 536 каратов — сегодня он выставлен в музее Нью-Йорка.

Сейчас технология добычи камней на Шри-Ланке осталось такой же, как и столетия назад. Еще недавно здесь использовали экскаваторы и другую тяжелую технику, но после них оставались озера и болота. Поэтому сегодня весь процесс построен на ручном труде — даже шахты роют прямо на рисовых полях кирками и лопатами, а лучшим ориентиром до сих пор считается берег реки. Из средств автоматизации задействуют только насосы, которые постоянно откачивают воду: если их отключить, то шахту неизбежно затопит примерно через час.

Иногда, при глубокой закладке шахт, требуются дополнительные меры — например, принудительная подача воздуха с помощью мотопомпы. Из шахты породу поднимают в корзинах или ведрах по веревочной системе, после чего методично промывают под струей воды или в реке. Дальше за дело берутся другие люди, у которых уже более кропотливая работа: они пытаются найти в грунте среди обычных камней драгоценные.

Иногда за два-три месяца такого изнуряющего и монотонного труда не удается найти ни одного камня, а деньги государству все равно нужно платить: чтобы получить разрешение на добычу на Шри-Ланке, придется выложить 5 тысяч долларов в год — именно столько стоит лицензия на добычу драгоценных камней. Впрочем, даже когда старателям удается отыскать перспективный кристалл, это еще не значит, что они мгновенно разбогатеют.

Схема устроена так: после конца смены работники несут добычу на рынок, но пока камень не обработан, невозможно понять его истинную стоимость. Поэтому за такое «сырье» много денег не дают. Разумеется, если самоцвет окажется чистым и лишенным каких-либо посторонних примесей, скупщик выручит за него при продаже серьезную сумму, только обыкновенный работник шахты, который отыскал этот камень, об этом уже не узнает. Чтобы избежать таких ситуаций, многие старатели работают семейными подрядами, где у каждого своя специализация: кто-то копает шахты, кто-то поднимает породу, кто-то промывает и отсеивает грунт, а кто-то обрабатывает — так в случае удачи можно избежать потери денег.

С похожими трудностями рискуют столкнуться и герои программы «Охотники за драгоценными камнями», которая выходит с 21 марта по субботам в 13:45 (мск) на канале Discovery. В поисках сокровищ они отправляются в самые экзотические места — от рубиновых шахт Вьетнама до оживленных уличных рынков Мадагаскара. Торговец драгоценными камнями, эксперт по ювелирным украшениям и геолог путешествуют по разным странам и разыскивают самые крупные, яркие и дорогие камни на свете.

Но зачастую их подстерегают опасности: необходимо досконально знать правила въезда и выезда из страны, уметь находить и оценивать местных игроков, устанавливать подлинность товара, договариваться о покупке по лучшей цене и, конечно, самим огранять камни — в противном случае покупка полностью потеряет цену.

В современность — по старинке

Несмотря на то, что добычей драгоценных камней человечество занимается уже несколько тысяч лет, недра земли еще достаточно щедры, однако месторождения драгоценных камней распределены неравномерно. Наиболее богаты ими такие регионы, как Южная Африка, Южная и Юго-Восточная Азия, Бразилия, Урал, Забайкалье, Австралия и горные пояса США.

«Специализация» регионов тоже не слишком изменилась за прошедшие века: визитная минералогическая карточка Индии — алмазы, Мьянмы — рубины, Индонезии и Шри-Ланки – сапфиры и рубины, Китая — жад (общее название минералов жадеита и нефрита), Таиланда — шпинель, Афганистана и Чили — лазурит, Ирана — бирюза, Австралии — опалы, жемчуг, сапфиры, Мадагаскара — берилл, Бразилии — алмазы, Колумбии — изумруды. Активной добычей занимаются и в восточной части России (алмазы, топазы, нефриты, аквамарины, лазуриты), а горы Урала славятся месторождениями изумрудов, хризоберилла, аметиста, горного хрусталя, яшмы и малахита.

Сегодня технологии добычи, разумеется, шагнули вперед, но, как это ни парадоксально, не кардинально: в основе до сих пор лежат принципы, которыми руководствовались старатели древности. Месторождения классифицируются на три вида: горные выработки, открытые карьеры и россыпи. В последнем случае драгоценные камни, которые высвобождаются от горных пород в процессе эрозии и уходят с потоками воды в реки, добываются все так же, по старинке — способом ручной промывки. Недалеко ушли и технологии, которые задействуют в горных выработках: в этих подземных шахтах добыча тоже идет с помощью ручного труда.

Наиболее прогрессивно строится работа в открытых карьерах. Здесь разработка полезных ископаемых и минералов в слоях горных пород идет от поверхности на глубину. Крупнейший в России открытый карьер — месторождение «Удачное», которое находится на севере Якутии в 20 километрах от северного полярного круга, в Далдын-Алакитском кимберлитовом поле. Трубка «Удачная» была открыта в июне 1955 года в ходе поисковых работ Амакинской геологоразведочной экспедиции.

Руду добывают буровзрывным способом, после чего грузят экскаваторами и везут на автомобилях на фабрику. С 1982 года трубка отрабатывается открытым способом, а в июне 2014 года здесь заработал и подземный рудник: несколько лет подземная добыча и работы в открытом карьере шли параллельно, но в 2016 году открытая добыча была завершена.

«Удачный» — крупнейшее по объемам сырья месторождение алмазов в России. В нем было добыто множество крупных камней, в том числе и кристаллы, ныне находящиеся в Алмазном фонде, а в декабре 2014 года здесь была сделана уникальная находка: камень, содержащий 30 тысяч алмазов, что в миллион раз больше обычной их концентрации.

Не сильно изменились и технологии обнаружения драгоценных камней. Обычно их открывают случайно, а сложную геологоразведочную инфраструктуру и научную базу привлекают лишь для специальных поисков самых дорогих камней — алмазов. Правда, в последние десятилетия при геологическом картировании стали учитывать характерные минералы-спутники драгоценных камней. Именно благодаря такому подходу были открыты многие новые месторождения: например, при поисках слюды в бразильском штате Минас-Жерайс (с которого, кстати, началась и самая первая в мире золотая лихорадка) были обнаружены месторождения турмалина, а поиски берилла в Родезии попутно помогли обнаружить залежи аквамарина.

Там, где подтверждают месторождение, строят горнодобывающее предприятие. Они бывают нескольких типов — от простейших и практически кустарных до масштабных. Копи, известные еще в древности, — это не что иное, как шахты, выкопанные вручную. Прииски — небольшое предприятие, производящее разработку россыпных месторождений. И, наконец, рудники — крупные предприятия, на которых добыча минералов ведется под землей или открытым способом.

Копи остаются одним из самых распространенных типов предприятий, несмотря на свою примитивность — а, возможно, и благодаря ей. Как раз по принципу копей работают сегодня старатели Шри-Ланки, а также многие другие охотники за драгоценными камнями по всему миру. По сути, для этого промысла нужна только лицензия, лопата, корзина, веревка и хорошая физическая форма. Не теряет актуальности и другой примитивный способ добычи — сбор россыпей вдоль горных рек, поскольку кристаллы находятся на поверхности и их легко можно заметить. В расселинах скал по-прежнему используют ударную технику — в ход идут в основном отбойные молотки и лишь изредка взрывчатка, поскольку этот метод губителен не только для горной породы, но и для самих кристаллов.

Кроме того, разработка горных штолен взрывчаткой — очень затратный способ как с точки зрения времени, так и сил, поэтому к нему обращаются только если есть стопроцентная уверенность в том, что разведка залежей окупится. Таким образом, как правило, добывают не один вид самоцветов, а сразу несколько, или же попутно ищут другие полезные ископаемые, чтобы сократить издержки.

Чуть более изощренным образом ищут самоцветы в устьях: предварительно реку специально ускоряют (искусственно подпруживают), чтобы она текла быстрее. Рабочие с помощью длинных шестов и граблей мутят донный грунт, и легкие глиняно-песчаные компоненты с наименьшей плотностью смываются потоком воды, а ценные кристаллы остаются на дне, откуда их потом просто поднимают вручную. Иногда практикуются гидравлические способы разработки россыпей, когда рыхлый обломочный материал смывается со склонов сильными водяными струями.

К самым технически сложным способам получения самоцветов относится постройка глубоких шахт. Их роют специальной мощной техникой, возводят перекрытия, чтобы избежать осыпания и разрушения стен. После этого вход обязательно закрывают от дождя, а грунтовые воды откачивают насосами. Драгоценные природные камни залегают в песчаном слое — там-то и ведется добыча, причем настолько мощная, что горизонтальные выработки занимают несколько метров под землей.

Сделай сам самоцвет

Если геологоразведочные технологии в области поиска драгоценных камней, как и сами принципы добычи, не слишком изменились со времен фараонов (за исключением появления экскаваторов и взрывчатки), то сам научный прогресс шагнул далеко вперед. На этом поле современному человеку есть что противопоставить предкам с простейшими кирками — инновации и знания.

Искусственные драгоценные камни по своей структуре, химическим и физическим свойствам полностью идентичны природному аналогу и не считаются имитацией. Их начали выращивать еще в XIX веке путем воссоздания в лабораториях и на фабриках всех необходимых условий, иногда буквально воспроизводя естественные процессы образования минералов. Камень «зарождается» и развивается ровно в такой же обстановке и по таким же принципам, как это было бы в природе — только гораздо быстрее.

Одним из пионеров в сфере производства синтетических драгоценных камней был французский ученый Огюст Вернейль. В 1896 году он сконструировал печь с водородно-кислородной горелкой, позволяющей искусственно создавать рубины. С этого момента ведет отсчет эра промышленного производства искусственных минералов. Одну из популярных технологий даже назвали в честь ученого — метод Вернейля. Он заключается в следующем: смесь оксидов алюминия и хрома расплавляется и осыпается вниз печки небольшими порциями в потоке кислорода. Дальше она попадает в камеру горения, куда подается водород, и где расположена горелка. Здесь состав плавится, и капля попадает на керамическую подложку.

Из капли сначала образуется конус, который потом трансформируется в цилиндр — монокристалл. Его размер может составлять в длину 5-70 сантиметров при диаметре около 2 сантиметров, а для получения в среднем требуется около 4 часов. Искусственный рубин изначально бесцветный, поэтому впоследствии его подкрашивают введением примесей. Это достаточно простой, но при этом надежный и эффективный способ, и сегодня синтетический рубин (корунд) производится для ювелирных целей сотнями миллионов каратов в год в Швейцарии, Франции, Германии, США и Великобритании.

Похожим методом получают и синтетический кварц, который выращивается гидротермальным способом, то есть в водных растворах при температурах свыше 100 градусов Цельсия и давлении выше одной атмосферы. В качестве сырья служат растворы гидроокисей и карбонатов щелочных металлов – натрия или калия. Искусственный кварц можно раскрасить в самую широкую палитру цветов (от прозрачного до черного) с помощью оксидов металлов или облучения. Гидротермальным методом создается и выращенный изумруд, для изготовления которого используется природный берилл. За сутки кристалл вырастает на 0,8 миллиметров, и в отличие от натурального самоцвета обладает абсолютно невозможной чистотой и извилистой структурой.

Синтетический гранат называют гранатитом и получают из иттриево-алюминиевой окиси, структура которой аналогична природному оригиналу. В процессе синтеза используют специальные аппараты, где при высоких температурах в глубоком вакууме кристалл «вытягивается» из расплава. Он так же, как искусственные рубин и кварц, изначально бесцветен и с помощью добавок получает самые разные оттенки.

Особняком стоят искусственные бриллианты, которые получили широкую известность как стразы. Строго говоря, они относятся скорее к имитации, чем к полной синтетической копии, поскольку отличаются структурой. Первым в лабораторных условиях такой камень получил в 1758 году австрийский химик Иозиф Штрасс. Он изобрел способ производства стеклянного сплава, который отлично поддавался обработке. В честь Штрасса новый элемент и получил свое название, а благодаря внешней привлекательности он стал отличной заменой бриллианту. 

Источник: naked-science.ru