Желвак бурого железняка из плейстоценовых отложений Денисовой пещеры

В процессе раскопок отложений верхнего плейстоцена в восточной галерее Денисовой пещеры в 2012 г. в пределах среднепалеолитического слоя 14 сделана необычная находка – обнаружен желвак бурого железняка. Желвак представляет выпукло-вогнутую уплощённую отдельность размером 8,5 х 5 х 4 см, с неровной бугристой неокатанной поверхностью. На его выпуклой стороне сохранились пассивные отпечатки от двух пластинообразных включений (обломков породы) в виде отчётливых субпараллельных углублений, а на вогнутой стороне – также пассивный отпечаток: округлое углубление с валиком в середине. На поверхности желвака отмечены многочисленные мелкие (до 1 см) полости – узкие щели и каверны неправильной, с извилистым контуром, формы, выполненные тонкодисперсным глинистым материалом - лимонитом (охристой смесью гидроксидов железа). Образец не магнитен, он сложен гидроксидами железа, что исключает метеоритное происхождение обломка.

Исследование при больших увеличениях под бинокуляром МБС-10 показало, что в некоторых наиболее крупных полостях стенки образованы мелкодрузовым агрегатом и отдельными изометричными темно-коричневыми, до черных, кристаллами размером 5–7 мм. Ребра кристаллов слегка скруглены, местами различимы грани треугольной и близкой к ромбической формы, часть кристаллов раздроблена с образованием удлиненных обломков. Твёрдость 5–5,5 по шкале Мооса, следы царапин выявляют полуметаллический блеск под матовой поверхностью. Густая коричневая черта и присутствие лимонита указывают, что кристаллы представляют псевдоморфозы гетита HFeO 2 по рудному железистому протоминералу.

Рентгенофазовый анализ одного из кристаллов (аналитик Л.В. Мирошниченко, ИГиГ СО РАН) подтвердил диагностику гетита и выявил также незначительную примесь гематита. При изометричной форме кристаллов это означает, что исходным рудным железистым минералом являлся магнетит, последовательное изменение которого в зоне окисления привело сначала к образованию гематита, а затем к его замещению гетитом с образованием полных псевдоморфоз.

Стенки полостей между кристаллами замещённого магнетита и поверхность самих кристаллов-псевдоморфоз параллельно покрыты шестоватым агрегатом игольчатого гетита – мелкими (до 0,5 мм) черными кристаллами – и гидрогетит-лимонитовым почковидным агрегатом. В некоторых полостях вместе с игольчатым гетитом в параллельно-шестоватом агрегате присутствует бесцветный полупрозрачный до белого кварц, подтвержденный также рентгенометрически. В единичных случаях наблюдался наросший на стенки полости гребенчатый агрегат пластинчатого гетита, который может быть псевдоморфозой по гематиту, образующему такие же агрегаты, а в одной полости – сферолитовый агрегат мелкочешуйчатой светлой слюды.

Часть полостей содержит охристую плёнку лимонита, покрывающую мелкопочковидный гетит. Полости на поверхности желвака за пределами пассивных отпечатков полностью или частично выполненны плотным, местами с оскольчатой отдельностью, светлым тонкодисперсным глинистым материалом, цвет которого меняется в зависимости от степени загрязнённости лимонитом – от светло-серого до палевого, желтовато-серого и буроватого. На глинистом заполнителе находятся мелкие остроугольные обломки розоватого кальцита и единичные хорошо окатанные зёрна кварца. В одной каверне поверх плотного глинистого заполнителя отмечен сланцеватый осколок тонкочешуйчатой, серебристо-серой слюды. Как показало рентгенографическое определение, тонкодисперсный агрегат заполнителя представляет механическую смесь с высоким содержанием кальцита и гетита и с небольшим количеством кварца, слюды, хлорита и полевых шпатов. Такой состав и тонкодисперсный характер заполнителя, учитывая присутствие окатанного зерна кварца, обломка слюдистого сланца, хлорита и полевых шпатов, наиболее вероятен для среды, в которой находился желвак на месте его находки.

Спектральный анализ образца (аналитик М.М. Игнатов, ИАЭТ СО РАН) показал преобладание в нем железа с изоморфными примесями «лёгких элементов» и отсутствие вторичных медных минералов. Эти данные означают, что желвак представляет агрегат нацело окисленных (до гидроксидов) минералов железа – железную руду. Изначальный состав руды, судя по морфологии псевдоморфоз, – магнетитовый гематит, нерудными минералами в нем были кварц и небольшое количество слюды. Наличие в агрегате обломков кристаллов замещённого магнетита и сохранившиеся на желваке пассивные отпечатки включений, по форме соответствующие плоским обломкам породы, позволяют предположить образование и окисление железной руды в зоне брекчирования, т.е. в зоне тектонического разлома. Неокатанность и высокая плотность желвака указывают на его незначительный перенос от места образования.

На желваке имеются два более поздних скалывания, – в кавернах на их сколовой поверхности нет тонкодисперсного глинистого заполнителя. Плоскости скалывания субпараллельны друг другу. Одна из них, относительно небольшая по площади, осталась после скола выступа на конце желвака. Вторая плоскость, более крупная, фиксирует скол, скорее всего, линзовидного окончания желвака с противоположной стороны.

Поверхность более крупного скалывания не совсем ровная, хотя отвечает плоскости раскалывания. При скалывании частично выкрошилась наружная часть желвака - между мелкокристаллическими псевдоморфозами гетита здесь также нет глинистого заполнителя. Сколовая поверхность более темная, постепенно светлеющая к периферии скалывания – по мере приближения к поверхности желвака. В темной части сколовой поверхности большое количество каверн – с округлыми очертаниями, удлинённых и частично извилистых. В осветленной краевой части скалывания каверн заметно меньше, они более мелкие и сколовая поверхность имеет пористый характер. В целом удлинение каверн субпараллельно и совпадает с уплощением желвака. Их стенки покрыты гребенчатым агрегатом гетита. В срезах таких гребешков видны отдельные игольчатые индивиды гетита. Они окружены плёнкой или рыхлым агрегатом гидрогетита-лимонита. Иногда гетит слагает совместный с кварцем волокнистый агрегат. В некоторых полостях гетит образует структуры близкие к «ящичным» структурам выщелачивания железистого карбоната, однако нигде полости-каверны не имеют формы, характерной для кристаллов карбонатов.

Таким образом, исследование сколовых поверхностей показало, что внутри желвак также состоит из гетита и гидрогетита с примесью кварца, образуя в пористых участках структуру кварцевых «сухарей», характерную для зон окисления. Оно подтвердило также, что тонкодисперсный глинистый заполнитель характерен только для каверн и полостей, открытых на поверхности желвака до его раскалывания. Эти данные показали искус -ственный характер скалывания, т.е. желвак является артефактом.

Желвак, состоящий из гидроксидов железа, по своим петрофизическим характеристикам не мог использоваться человеком в качестве сырья для производства орудий. Вместе с тем известно, что гидроксиды железа – природные лимонитовые охры в эпоху палеолита специально растирались в порошок и использовались в качестве красителя. Например, применение растертого гетита в виде краски отмечено в материалах ранней стадии верхнего палеолита на стоянке Кара-Бом [Деревянко, Рыбин, 2003]. Эти данные позволяют предположить, что желвак, представленный гидроксидами железа, мог использоваться среднепалеолитическими обитателями Денисовой пещеры для получения натурального красителя. Согласно геологическим данным, ближайшее к Денисовой пещере местонахождение этого минерала находится в 30 км южнее, в долине р. Марчета, левого притока р. Келей (бассейн р. Ануй), в зоне разломов засурьинской свиты, где известны обохренные проявления по исходно железистым ассоциациям.