Как раз в начале 20-х годов 20-го века в нашей стране академиком В. И. Вернадским и А. Е. Ферсманом, который был другом и учеником В. И. Вернадского, были заложены начала новой дисциплины — геохимии, рассматривающей распространенность различных элементов в разных геологических условиях. Одним из первых твердо установленных геохимических законов было то, что в природе некоторые элементы распространены строго закономерно. Так, с гранитами связаны такие элементы, как фтор, вольфрам, олово, редкие щелочи и особенно бериллий. Собственно в самих гранитных породах этих элементов очень мало, но при остывании гранитной магмы и ее кристаллизации эти элементы накапливаются в последних порциях расплава и выделяются или в пегматитовых жилах, если эти летучие вещества не могут уйти из области кристаллизации, или в измененных породах — апограпитах или грейзенах, замещая по пути своего движения ранее существовавшие минералы.
Второй группой строго специализированных элементов являются такие элементы, как никель, кобальт, платина, палладий и хром, которые теснейшим образом связаны с бедными кремнекислотой ультрабазитовыми породами.
Своеобразие изумруда заключается в этом смысле в его полной «противозаконности»: в нем сочетается бериллий — типичный элемент гранитоидов — с хромом — типичным элементом ультрабазитов.
Исследования А. Е. Ферсмана на Изумрудных копях Урала позволили показать причину такого сочетания. Он установил, что минерализация этих копей образовалась в результате внедрения относительно более молодой гранитной магмы в ранее существовавшие ультрабазитовые массивы. Гранит, который внедрился сюда, является, видимо, ответвлением от развитого к северу массива, с которым связаны многочисленные пегматитовые жилы Мурзинско-Адуйской полосы. Это может свидетельствовать о том, что гранитная магма, внедрившаяся в районе Изумрудных копей, была довольно богата летучими веществами вообще и бериллием в частности.
Предположив внедрение гранитной магмы в ультрабазиты, А. Е. Ферсман должен был здесь впервые выяснить контактную зональность, возникшую в таких контактах. Тщательное исследование ряда разрезов позволило ему определить, что в результате внедрения гранита вокруг него в ультрабазите возникает следующий реакционный ряд:
1) пегматит или гранит;
2) биотитовый слюдит (мощность до 1,5 м);
3) хлоритово-актинолитовая зона (до 1,0 м);
4) тальковый сланец (до 3 м);
5) неизмененный ультрабазит.
Три промежуточные зоны (2, 3, 4-я) возникают в результате взаимодействия гранита и ультрабазита. Конечно, это очень грубая схема, в природе все много сложнее. Отдельные зоны делаются тоньше, а иногда и просто выпадают. Исчезает иногда и сама жила; от нее остаются только летучие вещества, создающие контактные зоны и т. д.
Если этот разрез, однако, сравнить с другими случаями контакта гранитоидов с улътрабазитами, то полное тождество всех контактных зон видно совершенно отчетливо.
Этот вопрос в той или иной мере рассматривается при описании месторождений нефрита и жадеита.
Взаимодействие гранитного расплава и ультрабазита объясняет и необычную геохимическую ассоциацию бериллия с хромом — бериллий привнесен из гранита, а хром заимствован из ультрабазита. Крайне интересны также наблюдения А. Е. Ферсмана по распределению минералов в контактном поле. Минералы пегматитов, такие, как берилл, апатит, флюорит, встречаются либо в зоне магматической породы, либо в слюдите. Однако в том случае, когда берилл образует кристаллы среди минералов пегматитовой жилы, они бесцветны или имеют характер аквамарина, зеленый изумрудный цвет берилл приобретает только тогда, когда он кристаллизуется среди слюдита. Интересно отметить, что на месторождении многие факторы свидетельствуют о низкой температуре образования берилла. В известной мере это сближает уральский и колумбийский типы месторождений изумруд.
Присутствие хрома только в бериллах в слюдитах однозначно показывает, что в формировании зоны слюдита участвовали как гранитный, так и ультрабазитовый материал. Менее ясен механизм этого образования. По А. Е. Ферсману, внедрившийся в ультрабазит гранитный расплав, обогащенный летучими веществами (Ферсман называет его пегматитовым), интенсивно растворял вещество ультрабазита и активно прогревал ближайшие контакты. За счет расплава, обогащенного веществом ультрабазита, кристаллизовалась слюда, возникла зона слюдита, внутри которой может остаться участок почти неизмененного расплава, закристаллизовавшегося в форме гранита или расплава, обедненного кремнекислотой в форме бескварцевой породы — плагиоклазита. За счет прогретых пород, в которые растворы еще привносили кремнекислоту, образовались зоны амфибола и талька.
Позднее были высказаны предположения, что контактные зоны образовались после застывания пегматитовой жилы; на жилу и на вмещающий ее ультрабазит действовали растворы, которые вызывали их перекристаллизацию и переносили вещество жилы в ультрабазит и обратно. Высказывались и очень неясные представления. Так, один молодой исследователь недавно написал, что изумрудоносные слюдиты «являются слюди-тами фации грейзенов». Признаться, трудно понять отличие этого «нового» взгляда от «старого». Грейзенизация, тем более грейзены, содержащие флюорит и берилл, обусловливаются воздействием остаточных растворов, богатых летучими, на ту или иную ранее существовавшую породу. Здесь, в Изумрудных копях, и по А. Е. Ферсману, настоящих пегматитов нет, есть только некоторые реликты гранита, обогащенные летучими, и их воздействие на ультрабазит. Так в чем же разница? Не ясно. Но всякий спор в науке открывает новые факты и идет обычно на пользу истине, вероятно, и этот спор в конечном итоге принесет пользу.
Методы добычи изумрудов в царской России мало отличались от подобных же работ в других капиталистических странах; они очень красочно описаны в нашей
литературе. Некто Малахов, посетивший Изумрудные копи в 1884 г., так описывает их: «Человек двадцать копошилось в яме, которая была еще не глубока. Одни из них откалывали при помощи кайлы и лома синеватую породу — слюдистый сланец, содержащий в себе цветные камни. Другие рабочие ее перевозят, а третьи очищают. Эта порода, особенно только что отбитая, богатая влагой, довольно легко раскрашивается, даже при помощи рук, вследствие чего при некоторой осторожности легко извлекать из нее, нисколько не попортив, кристаллы изумрудов, бериллов и других минералов. Только что отколотая порода складывается в ручные тележки или тачки и перевозится на площадку к амбару, где и производится ее разборка. Отделив от кристалла или щетки, как называют сросток из нескольких кристаллов, излишний сланец, кладут их осторожно в мешки и переносят в амбар. Цветные камни, по словам рабочих, нельзя тотчас же очищать, надо дать им обсохнуть, а то часто кристаллы покрываются трещинами, через что теряют свою ценность».
Кроме официальных работ, по свидетельству того же Малахова, велась и незаконная добыча.
Описание Изумрудных копей Урала, выполненное А. Е. Ферсманом, было очень интересным, четким, удивительно просто и хорошо объясняющим все стороны образования изумруда. Это описание привлекло к себе внимание исследователей, изучающих драгоценный камень за рубежом. Изумруд стали целеустремленно искать в контактах между гранитными пегматитовыми жилами и ультрабазитами. После опубликования работ А. Е. Ферсмана были открыты изумрудные месторождения в Южной Африке (ЮАР), в Зимбабве и в Индии. Все эти месторождения по генезису весьма близки к месторождению Урала.