Насколько просты и хорошо изучены карстовые процессы, которым обязаны существованием пещеры и трубки Тюя-муюна, настолько сложно образование покрывающих их стенки рудных корок.
С одной стороны, отложение по стенкам, очевидно, указывает на карстовый характер пустот. С другой стороны, «рудный мрамор» и пронизывающие его минералы могли произойти только вследствие процессов, являющихся отголосками вулканических явлений (так называемые поствулканические явления). Это обстоятельство долго затрудняло объяснение происхождения месторождения Тюя-муюна.
В главной жиле непосредственно на мраморовидном светло-розовом или слабофиолетовом известняке массива лежит слой радиально-лучистого, шестоватого кальцита. Это сталактитовые и сталагмитовые образования, которые покрыли стенки карстовой полости — трубки. Они образованы растворами, притекавшими сверху. Это был нормальный процесс отложения из растворов углекислой извести, какой наблюдается во всех карстовых полостях, не мешавший дальнейшей циркуляции воды.
Однако в последующем этот процесс был прерван другим; в результате действия которого шестоватая корка кальцита была частично перекристаллизована в темносерый с красновато-бурым оттенком «рудный мрамор». Он пронизан желтым тюямунитом, заполняющим промежутки между крупными зернами и тоненькие трещинки в массе мрамора, а в небольших полостях отложились радиально-лучистые корочки зеленых ванадиевых минералов.
Образование «рудного мрамора» можно объяснить вторжением в карстовые пустоты Тюя-муюна снизу, с больших глубин, горячих, с температурой около 60°, минерализованных растворов, которые принесли с собой соединения меди, железа, ванадия и урана. Эти соединения стали отлагаться по-стенкам полостей, «съедая» верхние слои корки натечного известняка и замещая его продуктами химических реакций взаимодействия.
По стенкам полостей отлагались также корками коллоидальные урано-ванадаевые соединения. Очень возможно, что они были принесены в сернокислых растворах, которые взаимодействовали с кальцитом, покрывавшим стенки пустот, образуя гипс.
Образование «рудного мрамора» шло при совершенном заполнении карстовых полостей горячими растворами, о чем говорит кольцевой характер слоев «рудного мрамора», покрывающего как верхние, так и нижние стенки полостей.
Однако в обширных пустотах Тюя-муюна (как, например, в Желтой пещере) встречаются и натечные формы-сталактиты «рудного мрамора». Их происхождение объясняется тем, что при заполнении пустот горячими растворами принесенные ими газы и пары могли скопляться в верхних частях больших пещер, сохраняя свободное от растворов пространство, в котором могло происходить образование сталактитов «рудного мрамора».
Проникновение горячих растворов, осаждавших «рудный мрамор», могло происходить с больших глубин по трещинам или по линии сбросов.
Позднее, в одних случаях немедленно после окончания образования «рудного мрамора», в других — через более или менее значительный промежуток времени, [начался последующий процесс отложения корок барита, толстым слоем покрывающих «рудный мрамор». Барит осаждался из поднимавшихся снизу менее горячих растворов. В начальной стадии кристаллизация барита происходила в присутствии взмученных частиц красной, железистой глины, чем, может быть, объясняется красный цвет первых слоев корок барита. В дальнейшем количество растворов уменьшилось, они уже не заполняли пустот и очистились от взмученной красной глины. Из них осаждался светлый, медово-желтый барит. Частично корка светлого барита явилась результатом перекристаллизации верхних слоев красного барита.
В тех случаях, когда осаждение барита происходило немедленно после окончания рудного процесса, верхние слои «рудного мрамора» носят на себе следы разъедания баритовым раствором.
Наконец, когда процесс отложения из горячих растворов закончился, в пустоты снова стали просачиваться поверхностные воды, растворяя по пути известняк и отлагая его затем? в виде корок сверху барита. Так получилась, например, красивая белая облицовка в Нижней и Белой пещерах.
Если полость трубки была заполнена обломками «рудного мрамора» и известняка, проникавшие между ними растворы цементировали обломки зеленоватым мраморным, ониксом, образуя брекчию, — как называются массы сцементированных угловатых обломков горных пород.
Если полость трубки была совершенно заполнена отложениями «рудного мрамора» и барита, вода задерживалась и начинала выщелачивать коллоидальные урано-ванадиевые соединения; при испарении растворов корки известняка покрывались гипсом с желто-зелеными кристаллами тюямунита.
Такой процесс вторичного отложения тюямунита вследствие закупорки баритом трубок очень част в жилах Тюя-муюна. Образующиеся растворы ищут путь необязательно по оси трубки, а там, где встречают наименьшее сопротивление движению вниз. Обычно они проникают между; слоем «рудного мрамора» и прилегающим к нему красным баритом. Двигаясь, они отлагают между этими слоями кальцит и красную глину.
В результате вторичного отложения из растворов, циркулировавших в пустотах после окончания рудного процесса, в нижних зонах Тюя-муюна (Нижняя пещера) отложилась толща перемежающихся слоев сильно измененного «рудного мрамора», красной глины, красных сталагмитовых корок, фиолетовой глины и скоплений тюямунита и ванадиевых минералов.
О существовании радиоактивных, т. е. испускающих какие-то загадочные лучи, веществ узнали впервые в самом конце прошлого века. Открытие таких лучей было сделано французским физиком А. Беккерелем при изучении им действия излучения солей урана на фотографическую пластинку. Несколько позднее, по предложению Марии Кюри, вещества, которые обладали способностью производить подобные излучения, были названы радиоактивными. В дальнейшем ей вместе с Пьером Кюри удалось выделить из урановой смоляной руды новое вещество — радий, который отличается рядом замечательных свойств. Он непрерывно выделяет тепло, нагревая окружающую среду; один грамм радия мог бы в течение часа нагреть три грамма воды от нуля градусов до температуры кипения. Заключив небольшое количество радия в колбу, можно через некоторое время открыть в ней следы газа гелия, содержание которого о течением времени все увеличивается. Присутствие радия делает окружающий воздух электропроводным; некоторые вещества в темноте вблизи от крупинки радия становятся светящимися.
Исследованиями физиков и химиков было установлено, что все. эти явления происходят вследствие распада атомов радия. Частицы распадающегося атома уносятся с огромной скоростью в окружающее пространство. При этом наблюдаются три вида излучений: α-излучения, состоящие из положительно заряженных частиц гелия, β-лучи — из отрицательно заряженных электронов и γ-лучи, или рентгеновские лучи, очень короткой длины волны. Вследствие распада атомов взятое количество радия медленно уменьшается, и через 1600 лет из него должна остаться только половина. Скорость распада не изменяется ни при каких условиях. Так, радиоактивное вещество подвергали давлению в 24 000 атмосфер, охлаждали до —240°, нагревали до высокой температуры, вводили его в сильнейшие электрические и магнитные поля, но скорость распада оставалась постоянной.
Дальнейшими опытами установлено, что явление распада свойственно, кроме радия, и другим веществам, ню только скорость распада у них иная, чем у радия.
Сам радий является промежуточным продуктом распада урана, продолжительность распада которого определяется в 5000 млн. лет. Конечным продуктом этого. распада является вещество, по химическим и физическим свойствам ничем не отличающееся от обыкновенного свинца. Разница между обыкновенным свинцом и получающимся в результате распада урана только в атомном весе: у первого он 207.2, у второго 206;0. Существует и второй ряд радиоактивных элементов, к которому принадлежит торий. В результате распада тория также получается свинец, но с атомным весом 208. Внутри содержащих уран минералов находятся и все остальные продукты распада, в числе их конечный продукт — свинец, количество которого с течением времени все увеличивается. Чем старее урановый минерал, тем больше он должен содержать уранового свинца. Таким образом по количеству свинца можно судить о возрасте уранового минерала. Среди продуктов распада, кроме свинца, не подвергается также изменениям газ гелий. Он удаляется только из поверхностного слоя, но большая часть его остается включенной внутри куска минерала. На измерении количества свинца и гелия в урановых минералах и основан один из способов абсолютного геологического летоисчисления, т. е. определения времени, протекшего со времени образования исследуемого куска уранового минерала.