Как образовались цветные камни в Подмосковье.

Образование главных цветных камней Подмосковья обусловлено деятельностью минерализованных термальных палеовод, функционировавших после отложения на Русской плите карбонатных толщ палеозоя и песчано-глинистых осадков мезозоя. Термальные минерализованные воды и в настоящее время существуют в палеозойских образованиях на глубине 1-2 км под Москвой. Они установлены многими буровыми скважинами, из которых добывается минеральная вода (московская).

Эти воды содержат в своем составе до нескольких граммов на литр минеральных веществ; главнейшими из них являются гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды кальция, магния, натрия, калия, железа, а также коллоидный кремнезем. Кроме того, они несут газовую составляющую, в основном углекислый газ. Температура воды на глубинах 1200-1500 м от поверхности - примерно 70-80°С.

В определенные моменты геологического времени захороненные на этих глубинах минерализованные термальные палеоводы Подмосковья по трещинам, возникшим в результате тектонических движений, поднимались к поверхности. Как установлено, более интенсивное оживление тектонической деятельности в этом районе происходило в начальный период отложения мезозойских осадков, когда образования палеозоя подвергались расчленению на отдельные блоки крупными разломами северо-западного и северо-восточного направлений. В опущенные блоки постепенно заходило мезозойское море, в заливах которого на поверхности известняков и доломитов палеозоя отложились, в первую очередь, вязкие темно-серые глины с раковинами ископаемых организмов. Поднимавшиеся к поверхности по системам северо-западных трещин восходящие минерализованные термальные воды встречали водоупорный горизонт из мезозойских глин и растекались под ними по верхним слоям карбонатных пород палеозоя. Мощность мезозойских глин была всего несколько десятков метров, поэтому, циркулируя под ними, термальные минерализованные воды охлаждались, а также смешивались с поверхностными пресными водами.

В процессе движения термальные насыщенные газами воды растворяли известняки и доломиты, сбрасывая в образовавшихся кавернах и карстовых пустотах часть своего минерального груза, прежде всего кремнезема, присутствовавшего в водах в виде коллоидов. Кремнезем коагулировался карбонатными стенками пустот и выпадал из раствора в форме скрытокристаллического халцедона (или агата), заполнявшего пустоты. Местами из оставшейся части концентрированного раствора (в уже закупоренной пустоте) происходила замедленная кристаллизация кремнезема с образованием кристаллов кварца. При неоднократном открывании пустот данный процесс протекал в несколько стадий с чередованием полос скрытокристаллического кремнезема - халцедона и полнокристаллического кремнезема - шестоватого кварца, создавая изящные, ажурные полосчатые текстуры, напоминающие кружева.

В случаях недостаточного количества кислорода присутствующая закись железа придавала сиреневатый цвет кварцу; таким образом возникали блестящие кристаллы настоящего аметиста или красивого аметистовидного кварца.

В труднорастворимых карбонатных породах (мергелях и некоторых доломитах) термальные минерализованные воды продвигались по пологим межпластовым трещинам. По мере движения и охлаждения воды оставляли излишек растворенного кремнезема в виде тонкокристаллического кварца с наросшими на нем щетками небольших кристаллов горного хрусталя, образуя в некоторых местах протяженные жилы длиной более 100 м, вскрываемые, например, Щелковским карьером.

При этом кристаллизация кварца происходила длительно - с перерывами, также в несколько стадий, вследствие чего кристаллы кварца одних форм, размеров и оттенков нарастали на другие, придавая дополнительную привлекательность образцам.

При медленном продвижении минерализованных термальных вод по слоистым, трещиноватым и пористым известнякам и доломитам кремнезем постепенно замещал (вытеснял) карбонаты с образованием в таких местах кремней в виде различных по формам и размерам желваков и линз. В отдельных желваках кремня возникали пустоты, в которых оставшийся кремнезем кристаллизовался в виде мелких кристалликов кварца или аметиста, встречающихся внутри желвака из сплошного кремня.

Как уже отмечалось, коричневая, красно-бурая, красная и прочие окраски кремней в основном зависят от присутствия в минерализованной воде того или иного количества оксидов железа, вероятно, присутствующих частью также в коллоидной форме. Полосчатая, концентрическая окраска возникала в процессе пульсационного движения воды, а также как результат разделения вещества при осмотических явлениях, присущих коллоидной среде. В отдельных местах при прохождении минерализованных вод через слои пород, содержащих углеродистое вещество, воды захватывали какое-то его количество, которое осаждалось вместе с кремнеземом. Вследствие этого кремни приобретали характерный густой черный цвет. Такие кремни в изобилии встречаются, например, к югу от г. Серпухова в Керамзитовом карьере.

В толще карбонатных пород палеозоя также существуют водоупорные горизонты в виде прослоев плотных мергелей и глин. Под этими слоями тоже происходила циркуляция восходящих минерализованных вод с отложением кремней. Однако в Подмосковье, как уже говорилось, основной насыщенный кремнями, халцедонами и жеодами кварца слой располагается под пластами мезозойских плотных глин. При этом такой слой охватывает разные стратиграфические горизонты палеозойских карбонатных пород, так как имеет место несогласное залегание на них отложений мезозоя в связи со слабым наклоном палеозойских образований на север.

Наибольшей пористостью известняки и доломиты обладают на участках накопления остатков морских организмов. Вследствие этого в таких местах наиболее часто и образуются кремни. Кремнезем неравномерно замещает основную массу известняка и остатки ископаемых организмов. Скелет (раковина), первоначально состоящий из углекислого кальция, частично или нацело замещается кремнеземом с образованием либо кремня, либо халцедона, либо кварца. Очень эффектные полностью окремненные колониальные кораллы находятся в верхних пластах Щуровского карьера, около Голутвина. Одиночные кораллы, полностью или только по периферии замещенные кварцем, часто встречаются в Гжельском и Русавкинском карьерах. В Русавкино внутренняя незамещенная полость коралла иногда бывает выполнена мелкими прекрасными кристаллами аметистовидного кварца.

В некоторых случаях остатки ископаемых организмов вместе с основной массой карбонатной породы бывают полностью замещены кремнеземом, тогда кремни приобретают причудливые весьма разнообразные рисунки и различную окраску.

Местами формы остатков организмов плохо сохранились и их можно разгадать лишь по общим очертаниям или по отдельным фрагментам. Особенно интересны узорчатые черные кремни, образовавшиеся по скоплениям водорослей, имеются в карьере около Серпухова, а разноцветные с фантастическими рисунками кремни встречаются в Песковском карьере.

Так как мезозойские глины не покрывали сплошным плащом карбонатные пласты палеозоя, то минерализованные термальные воды поднимались частично выше, проникая в мезозойские пески и циркулируя в них. В благоприятных условиях при смешении с поверхностными холодными водами из них выпадал кремнезем, который цементировал рыхлые пески, превращая последние в крепкие кварцевые песчаники. Такие песчаники местами наблюдаются в Подмосковье, слагая уплощенные линзы и небольшой протяженности пласты мощностью до 1 м и редко более. Эти песчаники, как уже отмечалось, использовались в старину для изготовления высококачественных мельничных жерновов.

Минерализованные воды продолжали функционировать и после отложения кремней и кварца. В отдельных случаях в пустотелых кварцевых жеодах происходило выделение карбонатов, в основном кальцита, который в виде хорошо выраженных кристаллов нарастал на щетках кварца или полностью заполнял внутренность жеоды. Это особенно часто наблюдается в Русавкино. Гораздо реже, когда в воде имелось повышенное количество оксидов железа, внутри жеоды на кварце развивался почти черный сидерит. В других местах минерализованная вода содержала повышенное количество фтора, который, с одной стороны, фиксировался кальцием известняка и давал фтористые минералы - флюорит и ратовскит, а с другой стороны, разъедал возникшие ранее кварцевые кристаллы, придавая их стеклянновидной поверхности характерную матовую шероховатость. Особенно это хорошо выражено на небольших розетках кристаллов кварца из Ратовского оврага.

Тектонические трещины, разбившие толщи палеозойских карбонатных пород, в послепалеозойское время продолжали активно жить и после завершения процесса образования кремней, халцедонов и кварцев. Когда трещины, развиваясь, захватывали участки скопления этих минералов, то в желваках и жеодах также появлялась трещиноватость, иногда первоначально незаметная. Однако при ударе молотком такие желваки легко разбиваются на мелкие, как правило, прямоугольные кусочки. Крупные линзы иногда раскалываются в природных условиях с хорошо выраженными ровными поверхностями. Окаменелые остатки ископаемых организмов, местами оказавшиеся в зонах развития трещин, также подверглись микротрещиноватости; и тогда не удается выбить из породы целые раковины.

В дальнейшую геологическую историю (в кайнозойскую эру) в Подмосковье происходили разрушение и размыв образовавшихся ранее пород мезозоя и палеозоя. Обнажившиеся на поверхности слои с кремнями, халцедонами и кварцами разрушались с высвобождением более стойких в поверхностных условиях образований - прежде всего минералов кремнезема. Благодаря этому целые желваки кремней, их растрескавшиеся куски, жеоды кварцев и халцедонов, окремненные остатки палеоорганизмов попали в четвертичные аллювиальные флювиогляциальные галечники, а также в морены в виде небольших валунов, галек и обломков разных размеров.

Особенно интересные валуны великолепных полосчатых агатовидных кремней светло-серого цвета с бежевыми, светло-коричневыми, красно-коричневыми четкими полосками встречаются в валунно-галечниковых пластах и линзах флювиогляциальных отложений Дмитровских карьеров.

Часть наиболее крепких желваков кремней и халцедонов на протяжении миллионов лет кайнозойской эры последовательно переотлагалась из более древних в более молодые отложения и находится в современных галечниках рек, ручьев и оврагов, а также в суглинках склонов долин и холмов, продолжая оставаться в ряде случаев отличным коллекционным материалом. Они встречаются даже на выровненных поверхностях террас и возвышенностей в почвенном слое пашень, например, на правобережье р. Оки против пос. Озеры и на ее левобережье около пос. Зиброво.

Желваки кремня и кварцевые жеоды в первичном залегании в карбонатных палеозойских породах обычно имеют различной толщины белую или бежевую оболочку, которая упоминалась при характеристике минералов.

В аллювиальных и флювиогляциальных отложениях такая оболочка на валунах и гальке кремней большей частью отсутствует. Это обусловлено тем, что при транспортировке водой желваков кремня вместе с песком и галькой других пород рыхлая мягкая оболочка обычно сдирается, уничтожается и остается крепкая, устойчивая часть кремневого желвака с гладкой чистой поверхностью. Также редко сохраняются в четвертичных галечниках тонкостенные трещиноватые жеоды халцедона с кварцем и кальцитом.