Камни, поднятые с морского дна, трудно представить источником пожара. Однако именно это произошло с двумя образцами, собранными у западного побережья США. Во время лабораторной обработки они начали быстро нагреваться и в итоге самовоспламенились.

Исследование показало, что причиной могла стать особая форма сульфида железа. Открытие важно не только для минералогии, но и для обсуждения будущей добычи полезных ископаемых на больших глубинах.

Что произошло в лаборатории

В 2022 году специалисты Геологической службы США вместе с коллегами исследовали впадину Эсканаба на южной части хребта Горда у границы штатов Орегон и Калифорния.

Этот район известен гидротермальными месторождениями, богатыми соединениями железа, меди, цинка и других металлов.

С помощью дистанционно управляемого подводного аппарата ученые подняли со дна 57 образцов пород из четырех участков. В большинстве из них содержалось значительное количество сульфидных минералов.

Неожиданность возникла уже после доставки материала в лабораторию.

Во время сублимационной сушки и подготовки к измельчению два образца начали сильно нагреваться и дымиться. Температура превысила 100°C, после чего исходный материал практически полностью окислился.

Почему порода могла загореться

Сначала исследователи предположили, что реакцию могли вызвать органические вещества, попавшие внутрь породы.

Однако дальнейший анализ указал на другой механизм.

Самовоспламенившиеся образцы состояли главным образом из нанокристаллического марказита — разновидности сульфида железа.

Этот минерал образовался на месте более раннего пирротина и сохранил часть его структуры. Такая мелкокристаллическая и сравнительно нестабильная форма оказалась особенно реакционноспособной.

При контакте с кислородом сульфиды окисляются. Эта реакция сопровождается выделением тепла.

Если тепло образуется быстрее, чем успевает рассеиваться, температура материала начинает повышаться. В определенных условиях процесс способен ускоряться сам по себе и в итоге привести к возгоранию.

Почему измельчение усиливает риск

Пока минерал находится глубоко под водой, он существует при совершенно других температуре, давлении и содержании кислорода.

После подъема на поверхность ситуация резко меняется.

Высушивание, дробление и измельчение увеличивают площадь контакта минерала с воздухом. Свежие поверхности начинают активнее взаимодействовать с кислородом.

Именно поэтому потенциально опасным может быть не только сам подъем породы, но и ее последующая обработка, хранение и перевозка.

Исследователи отмечают, что современные глубоководные сульфидные месторождения по структуре и минералогическому составу могут заметно отличаться от древних аналогов, которые сегодня разрабатываются на суше.

Как это связано с глубоководной добычей

Гидротермальные месторождения на океанском дне давно привлекают внимание благодаря высоким концентрациям ценных металлов.

В них могут присутствовать медь, цинк, серебро, золото и другие элементы, представляющие промышленный интерес.

Если подобные месторождения начнут разрабатывать, большие объемы породы придется поднимать с глубины и перевозить на судах.

При этом материал окажется в контакте с воздухом и пройдет через дробление, сушку или другие технологические процессы.

Исследование показывает, что для некоторых типов сульфидных пород это может сопровождаться неожиданным самонагреванием.

В условиях судна подобная реакция потенциально представляет уже не лабораторную редкость, а серьезный вопрос безопасности

Опасны ли все глубоководные породы

Нет. Исследование не показывает, что любые сульфидные минералы с морского дна способны самовоспламеняться.

Из 57 собранных образцов такое поведение наблюдалось только у двух.

Разница была связана с особенностями минерального состава, структуры и степени преобразования породы.

Именно поэтому внешнего вида или общего содержания сульфидов недостаточно, чтобы заранее оценить риск.

Для каждого месторождения потребуется отдельно изучать, как его минералы ведут себя после подъема на поверхность.

Что нужно выяснить дальше

Ученые предлагают подробнее исследовать реакцию глубоководных минералов на кислород, изменение влажности, дробление и другие виды обработки.

Такие данные понадобятся для разработки безопасных способов транспортировки, хранения и переработки пород, если промышленная добыча сульфидов морского дна когда-либо начнется.

Глубоководная добыча и без того вызывает вопросы из-за возможного воздействия на уязвимые морские экосистемы. Теперь к ним добавился еще один фактор — химическая нестабильность некоторых самих руд.

Неожиданное возгорание двух небольших образцов показало, насколько сильно свойства минералов могут меняться после того, как их извлекают из привычной глубоководной среды.