С доисторических времен вплоть до наших дней горный хрусталь рассматривался лишь как материал для украшений. Требования, которые предъявлял к камню ювелир, были невысоки — был бы только горный хрусталь прозрачным, а уж дальше — дело техники. Ювелир придаст камню нужную форму, и свет, отразившись от граней обработанного кристалла, претерпит преломление, разложится на спектр и засверкает всеми цветами радуги.
Начало XX в. ознаменовалось мощным развитием радиотехники. Специалисты в этой области нуждались не только в новых материалах, но и в применении новых свойств вещества. Одним из таких свойств оказался пьезоэффект, т. е. способность некоторых веществ получать разность потенциалов в определенном направлении, если их сжать или растянуть, и, наоборот, сжиматься или растягиваться, если к ним приложить некоторую разность потенциалов, причем чем больше эта разность, тем сильнее деформируется кристалл и наоборот. Веществ, которые бы обладали пьезоэффектом, в общем немного — это, как выявилось еще в XIX в., те вещества, в кристаллах которых в определенных направлениях не все ионы, слагающие кристалл, имеют себе подобных. Кварц оказался в числе веществ, обладающих пьезоэффектом, и именно из него были сделаны первые стабилизаторы электрических колебаний — пластинки, вырезанные из лучших ювелирных кристаллов. Однако они часто совершенно не работали. Радиотехники справиться с этим не могли. Пришлось обратиться за помощью к кристаллографам; кварцем тогда занялся молодой ученый А. В. Шубников (впоследствии академик). Под его руководством в Минералогическом музее АН СССР была организована кварцевая лаборатория, которая постепенно выросла в современный Институт кристаллографии.
Рис. 2. Хрусталеносные полости в кварцитах. Приполярный Урал (по В. А. Смирновой, 1969)
1 — кварциты; 2 — диабазы; 3 — тектонические зоны рассланцевания горных пород; 4 — выщелоченные кварциты; 5 — кварцевые жилы; 6 — хрусталеносные полости; 7 — горный хрусталь; 8 — хлорит-серицитовая масса гнездового выполнения; 9 — трещины
Оказалось, что требования к горному хрусталю, используемому для изготовления кварцевых пластинок, много жестче, чем к ювелирному. Малейшие неровности, нарушения правильности кристаллической решетки и особенно двойники — закономерные срастания несколько иначе ориентированных кристаллов — все эти неразличимые глазом особенности горного хрусталя, не имеющие никакого значения в ювелирном деле, делают минерал совершенно непригодным для использования в качестве пьезокварца.
А. В. Шубников и его сотрудники разработали методику изучения горного хрусталя, позволяющую определить дефекты строения его кристаллов и ориентировку пластинок даже в том случае, если на обломке кристалла не видно граней.
Вскоре возникла и еще одна серьезная проблема: для ювелирных целей нужно было очень немного горного хрусталя, а для радиопромышленности требовалось его в сотни раз больше. Необходимо было найти новые месторождения, причем кристаллы должны были быть не только весьма совершенные, но и очень крупные. По всей стране начались поиски горного хрусталя. Но задача эта тогда весьма напоминала известную загадку из сказки: «Пойди туда, не знаю куда, найди то, не знаю что!» Ведь кристаллов горного хрусталя, пригодного для получения пьезопластинок, у нас в стране до того никто не искал — весь мир получал их из месторождений Бразилии. Первое время пользовались гальками кварца, которые находили в уральских россыпях драгоценных камней, но очень скоро их ресурсы были полностью исчерпаны.
Огромный успех выпал на долю геолога А. Н. Алешкова. Он вспомнил, что на Севере ему попадались крупные кристаллы кварца. Поехав в те места, он обнаружил, что они действительно чрезвычайно богаты крупными кристаллами кварца. Тут же были организованы геологические работы. Один из первых добытых кристаллов А. Н. Алешков привез в Академию наук СССР.
Открытые им месторождения горного хрусталя оказались очень трудными для разработок и во многом непонятными. Сейчас мы знаем, что месторождения подобного типа образовались среди осадочных кварцевых пород — песка или гальки, которые претерпели глубокое изменение (метаморфизм) в глубинах Земли и переработку горячими растворами. В некоторых участках кварцевые тела совершенно однородны и имеют контакты такого типа, которые характерны для магматических пород. Эти кварцевые тела зарождаются на больших глубинах при очень высоком давлении из высококонцентрированных водных растворов. Подобные образования очень часто сопровождают месторождения горного хрусталя и в других районах.
А. Н. Алешков начал изучать такие тела, не зная этого. Он решил, что формируются они из магматического расплава и являются так называемыми кварцолитами. Взгляды А. Н. Алешкова во многом противоречили известным фактам и потому были встречены учеными весьма критически.
Однако работы А. Н. Алешкова по месторождениям горного хрусталя были исключительно содержательны; они лежат в основе детальных поисков кварца и до сих пор не потеряли своего значения.
Вслед за северными были открыты месторождения горного хрусталя в Сибири, на юге Средней Азии и в ряде других мест.
Очень интересный и несколько иной по характеру тип кварцевых месторождений разрабатывался в 50-е годы в Китае, на острове Хайнань. В рельефе острова отчетливо различаются две части: северная, равнинная, и южная, гористая. Месторождение кварца было приурочено к самой границе между горной и равнинной частями острова. В районе месторождения располагалось крупное тело с участками скарнов. Скарн — это горная порода, состоящая в основном из известково-железистого гранита. Образуется она чаще всего вследствие глубокого изменения известняка под действием растворов, отходящих от магматического тела. Скарны здесь получились за счет крупных блоков известняка, захваченных гранитом. Это видно из того, что участки скарна полностью погружены в тело гранита. С изменением известняка — его переходом в скарн — количество вещества в каждом включении резко уменьшалось, но его объемы остались прежними, так как гранит вокруг уже застыл. В результате в центре каждого включения возникла трещина, в которой из растворов выделялись кристаллы кварца. Чем больше было включение, тем больше трещина и тем крупнее кварцевые кристаллы, которые в ней выделялись. По объему добычи это месторождение было относительно небольшим, но кварц здесь был высокого качества.
Прозрачный кварц, используемый в промышленности и ювелирном деле, получают не только из альпийских жил и скарновых тел, но и из так называемых жил камерного типа. Здесь кварц соседствует с другими драгоценными минералами и полевыми шпатами.
Камерные пегматиты обычно встречаются в крупных застывших на умеренной глубине гранитных массивах, там, где в неровностях гранитной кровли задерживается, не теряя газовой (летучей) составляющей, остаточная магма; образно говоря, это застрявшие в породе газовые пузыри. Именно в них и создаются условия для свободного роста кристаллов. Кроме того, в состав газа входит ряд относительно редких элементов: бериллий, фтор и др., создающих свои самостоятельные минералы — берилл (аквамарин), топаз и т. д.
Несколько лет назад я приехал на место разработки камерных пегматитовых жил. Главный геолог рудника сразу же радостно сообщил: «Знаете, мы, кажется, нащупали занорыш». На следующий день все собрались у жилы. Осторожно, чтобы не поломать кристаллы, забойщик отваливает стенку занорыша. Полость довольно большая, и осветить ее всю не удается, но кристалл кварца около метра длиной виден хорошо. Тщательно обследовав занорыш, обнаружили еще два крупных кристалла. Оценивали их на заводе. Ждали бригадира цеха обогащения — только ему разрешалось «обогащать» и рассортировывать кристаллы. Этого не имел права делать даже начальник рудника. Скоро подъехала машина. Из нее вышла очень пожилая женщина и сразу же приступила к делу. Сначала осмотрела кристаллы сверху, потом попросила их несколько раз перевернуть. Заключение не обнадеживало: кварцы плохие, но кое-что из них взять можно. Затем, подойдя к самому маленькому кристаллу, с неожиданной силой ударила его кувалдочкой у основания, которым он был припаян к породе. Отвалился большой кусок. Взглянув на излом, ударила еще. Скоро весь кристалл был разбит на мелкие куски. Дошла очередь до среднего; минут через 20 и на его месте лежала груда обломков. Большой кристалл ожидала та же участь, но по мере продвижения к верхушке «деятельность» бригадира становилась осмотрительнее. Наконец, когда осталась самая верхушка килограммов на 10, сказала: «Ну, а этот хорош». Рабочий осторожно взял кусок и понес в обогатительный цех.
