Натуральный камень: виды, технология добычи, месторождения. Драгоценные камни урала

На первоначальном этапе своего формирования наша планета состояла из каменных пород, воды, огня, а формировалась среди рёва вулканов, сверкающих молний и постоянных столкновений друг с другом литосферных плит. Горы, наползая друг на друга, разрушали, крошили и нещадно калечили друг друга, в результате чего малые и большие камни откалывались от молодых скал и катились вниз, разрушая всё на своём пути.

Со временем планета начала потихоньку успокаиваться, но процесс дробления горных пород до сих пор не завершился: земля периодически содрогается, круша скалы и перемалывая их на малые и большие камни.

Натуральными камнями называют появившиеся в результате дробления твёрдые куски горных пород. По своей структуре, фактуре и составу они сильно отличаются друг от друга, а потому их видов чрезвычайно много: это и мрамор, и гранит, и известняк, а также сланцы, ракушечник, базальт.

Одни из них были образованы на суше, другие – под воздействием пресной или морской воды. Например, некоторые глыбы были сформированы благодаря моллюскам, которые умирая, опускались на дно, устилая его раковинами и панцирями. Со временем слой становился толще, плотнее и через какое-то время разрушался, не выдерживая собственного веса, вследствие чего частицы раковин перемешивались и образовывали глыбы.

Натуральные камни, являют собой остатки:

• Разрушенных осадочных пород (75%), которые были сформированы в результате различных эрозийных процессов, прежде всего – выветривания и разрушения горных пород, механического или физического выпадения из воды осадка, жизнедеятельности организмов. Среди наиболее известных названий камней – известняк (природный камень белого цвета, состоящий из карбоната кальция), песчаник (состоит из частиц кварца) и мрамор – природный камень, который появился при преобразовании известняка и доломита;
• Метаморфических пород (около 20%) – магматические и осадочные породы, что были образованы внутри планеты и изменились под влиянием различных физико-химических процессов, прежде всего, давления водных и газовых растворов и высокой температуры. Самый известный натуральный камень этого вида является кварцит, состоящий из слюды и кварца;
• Магматических пород, что были выброшены вулканами наружу из недр Земли. Самым известным видом является гранит – одна из наиболее твёрдых, прочных и плотных пород. Цвет этого камня чрезвычайно разнообразен: серый, красный, коричневый, зелёный.

Процесс добывания

Добывают природный камень повсюду и на всех материках. Обычно транспортировка обходится недешево (на стоимость оказывает влияние не только качество породы, но и метод добычи и затрат на перевозку: добывая камни Земли очень важно сохранить вид горной породы).

Поскольку натуральные камни обладают разной прочностью и твёрдостью, для их добычи используют разные методы и оборудование.

Для этого месторождение вскрывают, создавая вертикальную шахту, ведущую внутрь карьера. Многие страны используют буровзрывной способ и метод воздушной подушки: при помощи буров делают отверстие, закладывают заряд или закачивают воздух.

В результате порода распадается на куски (хоть эти способы дешёвые, ценные свойства породы теряются, потому как она сильно дробится, что ведёт к значительным потерям сырья). Более дорогим, хоть и эффективным методом является камнерезный: он позволяет добывать природный камень без особых потерь.

Размеры

Натуральные камни бывают разных размеров: самый большой камень – это скала (образуется после того, как разрушается гора, имеющая большое число трещин), за ним идут глыбы, блоки, монолиты и более мелкие камешки. Те, которые используют в строительстве, могут иметь как малые размеры, так и являться настоящими гигантами: большой камень нередко имеет размеры, превышающие 10 кубических метров (эти монолиты особенно ценны из-за сложности добычи и транспортировки). Большие камни, которые не имеют трещин, делят на:

• Блоки – большие камни прямоугольной формы, размер которых превышает десять кубометров, их используют при закладывании фундаментов, циклопической кладки, в монументальных памятниках;
• Монументальный – от 5 до 10 м3, из него изготавливают памятники, скульптуры, перекрытия;
• Уникальный – размер 2х1х1,5 м, из него создают памятники, скульптуры, колонны;
• Штучный – размер превышает 1 м3, изготавливают квадрыги, скульптуры, вазы, чаши, а также блоки, булыжники, бордюрный натуральный камень.

На этом классификация по размерам не заканчивается, например, высота валунов составляет от 20 см до 10 м, щебень имеет от 5 до 15 см, галька – от 1 до 10 см, а самыми маленькими считаются тонкие пластины (их используют для облицовки, в мозаиках и витражах) – от 1 до 10 мм.

Твёрдость породы

Ещё одной важной характеристикой каменных природных материалов являются такие свойства, как их прочность и долговечность, то есть способность сохранять свои качества вне зависимости от внешнего воздействия. По этому показателю натуральные камни делят на:

• Высокодолговечные – начинают разрушаться через шестьсот лет, к ним относят кварциты и мелкозернистые граниты;
• Долговечные – начинают крошиться через два столетия (крупнозернистые граниты);
• Относительно долговечные – разрушение начинается через сто лет (белый мрамор, плотный известняк, доломиты);
• Недолговечные – рассыпаться начинают уже через четверть века (цветной мрамор, пористый известняк, гипс).

Давая характеристику породе, учитывают также её структуру: размеры и форму минеральных зерен, степень кристаллизации, зернистость (насколько равномерно распределены минеральные зёрна и есть ли пустоты). Например, дабы узнать, какой камень долговечнее, достаточно посмотреть на его составные: мелкозернистая структура прочнее породы с крупными зёрнами или неравномерной структурой.

Большой камень, зернистая структура которого неравномерна, плохо устойчив к влияниям окружающей среды: различной величины зёрна минералов при смене температурного режима расширяются по-разному, из-за чего большие камни трескаются, а если в трещины попадает вода, натуральные камни продолжают разрушаться.

Облицовочные материалы

Если в прежние времена большой камень нередко использовали для возведения грандиозных, долговечных сооружений (например, пирамид), то в настоящее время им больше пользуются как облицовочным материалом, украшая дворцы, храмы, усадьбы, обыкновенные дома: природный камень износостойкий, устойчив к морозам и практически не впитывает воду.

Естественно, такой природный камень должен хорошо подаваться обработке, принимая нужную форму, а также должен быть красив (по этой причине для облицовки подходит далеко не каждый вид).

В этом случае немаловажную роль играют такие свойства камней, как рисунок, фактура и цвет камня. Стоит заметить, что каждый кусок имеет уникальный рисунок, а потому в природе вряд ли найдётся две одинаковых глыбы. Произошло это потому, что они являют собой разные сочетания и смеси различных по составу кристаллических минеральных зёрен, вплоть до вкраплений органических и неорганических остатков.

Дабы добиться нужного вида, облицовочные материалы поддаются обработке (способ обработки зависит от зернистости и цвета). Облицовочный камень являет собой дорогой материал из-за того, что в процессе добычи должны сохраняться все его свойства, следовательно, затраты как на добычу, так и на обработку, немалые (и это несмотря на то, что залегает облицовочный натуральный камень неглубоко).

Добывают его аккуратно, блоками, делая всё возможное, дабы не появились трещины. При добыче используют наиболее дорогостоящий метод: породу режут камнерезными машинами или, если она очень легко разрушается, используют термоструйный метод, вырезая из массива с помощью терморезаков блоки, после чего им предают нужную форму.

Неподалёку от Мемфиса, на правом берегу Нила, в Турра тянется цепь известковых гор. Известняк - великолепный строительный материал. Из него построены самые большие пирамиды . И именно в Турра и Сакарра обнаружены древнейшие каменоломни, которые относятся к Древнему царству, а также алебастровые в Хатнубе и диоритовые в районе Абусимбела. Там издавна ломали камень для царских построек. Со Среднего царства усилилась разработка этих каменоломен и началась добыча камня из Уади Хаммамат, а в Новом царстве началась также и разработка песчаника в Сильсилэ. Дошедшие до нас остатки ломок показывают, что следует различать два типа каменоломен: открытые и глубинные. Открытые ломки - относительно более легкие и наиболее древние.

Почва Египта и сопредельных с ним стран изобилует полезными ископаемыми. Месторождения золота, железа, меди; свинец и цинк встречаются около Ассуана и на берегу Красного моря; кобальт и никель - в оазах Дахель и Харге; смарагд, бирюза - в среднем и южном Синае; натр - в Вади-Натрун, около Эль-Каба; известняк, песчаник и гранит- почти повсеместно полудрагоценные камни - халцедон, агат, оникс, сардоникс, гелиотроп, яшма - в районе между Фивами и Красным мopeм.

Геологической особенностью Египта к северу от Асвана является то, что почва покоится в основном на известняковом массиве и местами скала выходит наружу. Ливийское плато, на котором находится некрополь Саккара, состоит из нуммулитовых (крупнозернистых) известняков светло-желтого и серого цвета, сравнительно легко поддающихся обработке медными орудиями. Из этого камня и строились пирамидные комплексы. Лишь на облицовку пирамид и окружавших их зданий шли более ценные сорта камня, в том числе и белый известняк, добывавшийся на противоположном берегу Нила. Этот мелкозернистый известняк был более твердый, чем тот, который добывали на Ливийском плато. Помимо известняка древние египтяне широко пользовались и такими мягкими камнями, как алебастр, разработки которого велись в Среднем Египте, и песчаником, доставлявшимся в основном из южной части Верхнего Египта.

К глубинной добыче камня египтяне прибегали лишь тогда, когда порода имела крайне незначительные выходы на поверхность. В этих случаях в выходах породы пробивали отверстия через которые постепенно проникали все дальше под землю.

Вот какой была одна из каменоломень из Хатнуба. Эта каменоломня удалена от поверхности земли на расстояние 89 м. В глубине она образует нечто вроде зала. Недалеко от входа, по обеим сторонам коридора, представляющего собой наклонную плоскость, имеется по две ступеньки. По плоскости вытаскивали на поверхность земли выломанные камни, а ступеньки, по-видимому, служили упором для людей, тащивших глыбы.

Для предотвращения обвала потолка оставляли крепи - каменные столбы. В каменоломнях добытый камень подвергался обычно только самой грубой обработке; окончательная обработка производилась на месте назначения. Работы в каменоломнях не имели постоянного характера; они выполнялись обычно в период наводнения. По мере надобности посылали отряды рабочих, которые выламывали нужное количество камня, а затем возвращались обратно. Самой трудной частью работ подобного отряда была не ломка камня, а его доставка. В соответствии с этим подавляющую часть состава отряда представляли не квалифицированные каменщики, а чернорабочие, которые должны были на caлазках доставлять камень к берегам Нила.

Наиболее древнее из обнаруженных сооружений, возведенное из камня, - могила одного из царей II династии. В его кирпичиной могиле подземная камера была выстроена из прямоугольных каменных плит. Первое, целиком выстроенное из камня сооружение - ступенчатая пирамида Джосера - царя III династия (около 2770 г. до н. э.). Начиная с этого времени часто встречаются постройки из камня, и архитектура становится ведущим видом искусства.

Наиболее употребительным строительным камнем до начала XVIII династии был известняк; впоследствии он уступает свое место песчанику, встречающемуся в постройках уже с XI династии. Особенно широкое применение песчаник получает при XIХ династии. Гранит встречается уже в постройках первых династий, где, так же как и в последующие времена, он используется перекрытий и дверных косяков. Алебастр употребляется со времени Древнего царства(IV династия) как облицовочный материал. Со времени XII династии для тех же целей идет кварцит.

Размеры камня, применявшиеся в постройках в различные времена, как правило, имели в высоту от 0.8 до 1.2 м, в длину от 1 до 2.5 м и в толщину от 0.5 до 1.8 м. Форма строительного камни была весьма разнообразна, так как решающим соображением было наиболее экономное использование доставленных из каменоломен глыб.

Также интересно будет посмотреть.

Добыча камней начинается в кабинетах ученых: с изучения горных пород, их происхождения, анализа их содержания. Производится разведка месторождений, берутся пробы из пробуренных скважин. Бывает, что добыча ведется попутно с разведкой. Когда становится понятно, сколько драгоценного материала можно добыть в том или ином месторождении, тогда такое месторождение считается разведанным, и можно начинать работы по добыче ювелирных камней.

Способ добычи драгоценных камней зависит от того, в каком виде они находятся в природе. Камни могут залегать глубокими жилами в материнской породе, и к ним, иначе, как под землей, не подобраться. Такое бывает достаточно редко. Чаще драгоценные камни находят в россыпях . В них встречаются и полые желваки со стенками из wiki>а, выстланные изнутри кристаллами – жеоды . Снаружи жеода ничем не отличается от обычного валуна, и только если расколоть или распилить ее, можно найти внутри великолепие сверкающих кристаллов: фиолетовых wiki>ов, желтых wiki>ов и других минералов. wiki>, wiki> и wiki> часто формируются в пустотах – газовых пузырях базальтовых и андезитовых лав.

Материнская порода подвергается выветриванию, эрозии, и камни, содержащиеся в ней, скапливаются вокруг (элювиальные россыпи) либо уносятся дождевой водой и отлагаются в грунте рек, прибрежной полосе океанов и морей (аллювиальные, прибрежно-морские ). В галечных россыпях Шри-Ланки находят замечательные wiki>ы, wiki>ы и wiki>. Прибрежно-океанические россыпи на западном побережье Африки, в Намибии, богаты wiki>ами, и для их извлечения промывают многие тонны песка. На балтийском побережье прибоем намывается wiki>.

Имея в целом большую плотность, чем породообразующие минералы, драгоценные камни, уносимые течением, быстрее оседают с ослаблением потока воды. Происходит, можно сказать, природное «намывание» драгоценных камней, и в некоторых местах их скапливается достаточно много; даже примитивная промывка грунта в тазиках дает неплохие результаты. Однако ювелирные камни в россыпях – не самого высокого качества, они дробятся, повреждаются, окатываются или вовсе истираются. Оно и понятно: сотни километров камни пропутешествовали, вырванные из первичного, коренного месторождения, чтобы отложиться во вторичном. В материнской породе камни сохранены в первозданном виде, и именно в коренных месторождениях добываются лучшие образцы драгоценных камней, но, чтобы до них добраться, нужно раздробить твердую скальную породу, отделить от нее самоцветное сырье. Такой способ не очень продуктивен: нужно удалить много пустой породы, затратить силы и время, это, в свою очередь, ведет к повышению стоимости добычи – ювелирных камней. Так в наше время ведут широкую добычу wiki>ов в кимберлитовых трубках – трубообразных телах различного размера, образовавшихся при прорыве газов сквозь земную кору. Если смотреть сверху, трубка выглядит как огромный круглый сужающийся конус с проложенными по его стенкам дорогами для транспортировки руды. Горная порода кимберлит состоит в основном из wiki>а, пироксенов, wiki>а пироп-альмандинового ряда, реже - wiki>а, wiki>а. На глубине нескольких сотен метров от поверхности Земли трубки постепенно сужаются, wiki>ов в них содержится меньше. Наибольший промышленный интерес имеют трубки размером до 1,5 км (трубка «Мвадуи» в Танзании). Известно свыше 1500 кимберлитовых тел, но промышленное содержание wiki>ов имеют из них единицы (трубки «Премьер», «Де Бирс», «Кимберли» и т.д. в ЮАР; «Маджгаван» в Индии; «Коиду» в Сьерра-Леоне и пр.). В кимберлитах wiki>ы распределены неравномерно: встречаются одиночными кристаллами или сростками, но нигде не образуют крупных скоплений. Именно в Южной Африке найден самый крупный в мире wiki> «Куллинан», весивший первоначально 3106 карат (621,2 грамма!).

Считается рентабельным разработка месторождений с содержанием wiki>ов порядка 0,4-0,5 кар/м3 (один карат равен 0,2 г). Если в трубке содержатся wiki>ы исключительного качества, этот показатель может быть и ниже, а к концу трубки счет идет на доли карата на тонну. Страшно представить, сколько нужно переработать wiki>оносной руды, чтобы ювелир мог изготовить пару сережек и колечко с wiki>ами. Но, надо сказать, некоторые трубки дали в середине XX века значительные количества wiki>ов: «Премьер» – около 55 млн. карат в год, но средний показатель держится на уровне 2 – 2,5 млн. карат в год.

В России месторождения wiki>ов сосредоточены в западной Якутии (трубки «Мир», «Удачная», «Айхал» и др.); разведаны месторождения в Архангельской области. К сожалению, некоторые трубки Якутии, такие, как «Мир», «Интернациональная», достигли своей проектной глубины, и теперь придется перейти к подземной добыче, чрезвычайно дорогостоящей.

Ювелирные камни добывают с помощью подземных работ , иначе горных выработок, или открытым способом – в карьерах. Подземные работы, как уже говорилось, самые дорогостоящие и в первую очередь влияют на стоимость добытых камней. Они производятся только в том случае, если точно известно, что в породе есть жила с драгоценными камнями. Жила – минеральное тело, которое заполняет трещину в горной породе. Таким способом добываются попутно с другими полезными ископаемыми и некоторые минералы, например, wiki>wiki>, сопровождающий каменный уголь, или wiki> и прочие wiki>ы ювелирного качества, попадающиеся с железной рудой. Хорошо, если попутная добыча организована на высоком уровне, чаще же бывает, что ее просто нет. В горной породе прокладываются штольни – горизонтальные или наклонные выработки, сначала разведочные, потом и для разработки залегания. Кроме того, необходима сеть штолен и шурфов (вертикальных выработок) для вентиляции, транспортировки, слива воды и т.д. Обязательным является наличие двух выходов из подземных выработок. Для всех этих работ используется специальная техника, стоящая немалых денег. Поэтому такого рода добыча самоцветов (кроме, пожалуй, wiki>ов) невыгодна. К счастью, она и не подходит для абсолютного большинства камней, которые добываются открытым способом.

В большинстве стран, особенно в африканских и азиатских, добыча открытым способом ведется примитивными методами (кроме wiki>ов). Самый простой открытый способ – сбор драгоценных камней с поверхности земли. Это возможно в руслах высохших рек, в расщелинах скал, на побережье у полосы прибоя; некоторые кристаллы сбивают прямо со скал, применяя и обычные молотки, и отбойные, и взрывая породу ( wiki>ы на побережье Белого моря). В реке добыча ведется промывкой грунта в корзинах и других подобных приспособлениях при помощи запруживания реки: вода течет быстрее, унося поднимаемый рабочими со дна грунт. Более тяжелые камни оседают на дно, а потом уже начинается промывка. К сожалению, при этом теряются более легкие ювелирные камни вроде wiki>а, wiki>а или wiki>а. Такие самоцветы, имеющие плотность примерно до 3 единиц по шкале Мооса, извлекаются из коренных месторождений, а также из россыпей, находящихся на земле или под землей. Если россыпь образовалась в глубокой древности, то она покрыта многометровым слоем грунта, который необходимо убрать – вскрыть месторождение. Вскрышные работы производятся вручную или механическим способом. Месторождение wiki>а в Бейнеу-Кыр в Туркменистане, ныне совсем забытое, разрабатывается ручным трудом энтузиастов и любителей минералов.

Для удаления более толстых рыхлых вскрышных масс применяются скреперы (землеройно-транспортная машина, которая ковшом срезает грунт и транспортирует его в отвал); конвейерные погрузчики, драглайны (машина с подвешенным на стреле ковшом); многоковшовые роторные экскаваторы (напоминающие водяную мельницу, которая черпает не воду, а землю) и много другой необычной техники. Для перемещения из карьера пустых пород применяются не только самосвалы и конвейеры, но и в некоторых случаях вода, подаваемая под высоким давлением. Если вскрышные породы слишком крепки, то их обрабатывают с помощью тракторов, оснащенных рыхлителями, либо разрушают буровзрывным способом.

Теперь залежь (или пласт) подготовлены к извлечению. На следующем этапе определяется, каким образом будет проводиться разработка. Красивые поделочные камни извлекают буроклиновым способом или ручной разборкой. На некоторых карьерах используются шнековые установки (с винтом для бурения). Иногда для открытых разработок применяются пневматические устройства типа отбойного молотка или перфоратора; отделочный и поделочный камень нарезается блоками. При этом учитывается хрупкость наиболее ценных пород – добыча ведется без взрывных работ.

В самом центре Кольского полуострова находится горный хребет Кейвы, где спряталась гора Плоская – крупнейшее в мире месторождение амазонита. Эта порода изумительного цвета огромными пластами лежит практически у поверхности. Но, чтобы добраться до этого места, нужно преодолеть на вездеходах огромные площади болот. Чтобы вывезти добычу, используют вертолеты. Там же залегают крупнейшие в мире месторождения wiki>а, wiki>а (альмандина) и wiki>а. Разумеется, никакой техники там нет, и на карьерах изредка работают энтузиасты или небольшие рабочие партии.

В каждой стране существуют свои правила, касающиеся прав на разведку и добычу полезных ископаемых. В США в штате Юта, в знаменитой wiki>овой долине Томас Рейндж, любой желающий может добывать wiki>ы, которые буквально валяются там под ногами. Условие – только ручной инструмент. Если в России законом определены драгоценные камни, которые нельзя добывать без специального разрешения, то, к примеру, в Мозамбике добыча золота и драгоценных камней – способ к существованию целых деревень. Старателями во многих странах становятся самые бедные слои населения; целые семьи трудятся на отработке россыпей. В Мозамбике расположены месторождения wiki>а, благородных wiki>ов ( wiki>,

На территории современного Афганистана лазуритовые копи существовали еще 6 тыс. лет назад, и знаменитый путешественник Марко Поло писал об этом. Персидскую бирюзу, которая признается самой лучшей, привозят из Ирана. Рассыпные месторождения более рентабельны по сравнению с горными. Добываются таким образом в Шри-Ланке , рубины и шпинель, в Намибии - алмазы, на побережье Балтики - . Но камни в россыпях имеют не самое хорошее качество, так как окатываются, истираются и повреждаются другими способами за многие километры своего пути от первоначального месторождения.

Нередки случаи, когда неприметные с первого взгляда валуны изнутри полые и сплошь выложены кристаллами. Такие камни называют жеодами, и камни, найденные в них, всегда бывают лучше прочих по чистоте и качеству. Чаще других находят в жеодах аметисты и цитрины.

Способы добычи

После того, как производится на местности и берутся пробы из пробуренных скважин, производится расчет, материала добыть в разрабатываемом месторождении. После этого место считается разведанным, можно начинать работы.

В африканских и азиатских странах все камни, за исключением алмазов, добываются примитивным способом. В руслах высохших рек, расщелинах скал и на побережье у полосы прибоя применим самый простой вид сбора - с поверхности земли. Нередко кристаллы сбиваются со скал с применением отбойных молотков, взрывных работ. В реках промывают грунт в приспособлениях наподобие корзин, но легкие камни, такие как турмалин, кварц и берилл, при этом могут теряться - их преимущественно извлекают из коренного месторождения.

Россыпи, образовавшиеся в глубокой древности, покрыты многометровыми слоями грунта, которые убирают вручную или механически, вскрывая месторождение. При этом применяется много необычной техники: землеройно-транспортные машины, которые сами срезают грунт и транспортируют его в отвалы (скреперы), погрузчики конвейерного типа, машины с ковшами, подвешенными на стреле (драглайны). Чтобы убрать из карьеров пустую породу, применяют не только самосвалы с конвейерами, но в некоторых случаях и подаваемую под высоким давлением воду.

На рыночную цену камня влияют не только его качество, но и способ добычи и стоимость транспортировки.

Где добывают камень?

В Европе признанный поставщик природного камня – Италия. Месторождения этой страны известны с древнейших времен, а творения итальянских зодчих и скульпторов – важная часть мирового культурного наследия. Именно в эту страну везут на обработку камни из других европейских стран, а разработанные итальянскими мастерами каменного дела технологии применяются и в Индии, и в Пакистане, и в России. Разумеется, в разных странах добывают разные каменные породы. Гранит – в Болгарии, Бразилии, Испании, Португалии. В России этим природным материалом особенно славятся Карелия и Кольский полуостров. Месторождения мрамора есть в России, Узбекистане, Италии, Греции и многих других странах Российский мрамор очень ценится на международном рынке благодаря богатой цветовой гамме. Из разных видов яшмы наиболее ценной считается египетская.

Разные виды натурального камня добывают на Урале – «каменный промысел» сложился там несколько столетий назад. В некоторых регионах, богатых природным камнем, месторождения не разрабатывают из-за малой доступности.

Технология добычи