Офиолиты, габбро и древние океаны… Иркутские ученые приоткрыли нам двери вглубь времен

В 2022 году 65-летний юбилей отметит Институт геохимии СО РАН. Мы уже были в институте и рассказывали вам об измерении радиации, кварце и кремнии. Сегодня расскажем еще об одной лаборатории в составе научного учреждения – геохимии основного и ультраосновного магматизма. В ней работают 15 научных сотрудников под руководством кандидата геолого-минералогических наук Татьяны Борисовны Колотилиной. Это одна из тех научных лабораторий, сотрудники которой не только сидят за микроскопами, но и ежегодно бывают в геологических экспедициях. В основном ученые работают с породами Сибирского региона, выезжают для сборов образцов в районы самой Иркутской области, а также Монголии, Якутии, Красноярского края и Забайкалья. Они исследуют древние океаны и рифтовые зоны, ищут месторождения платины и никеля, выясняют почему в одних кимберлитовых трубках Сибирской платформы алмазы есть, а в других их нет. И это лишь малая часть работы. Но даже ее у нас не получится охватить в одном материале.

О лаборатории

Лаборатория геохимии основного и ультраосновного магматизма. Чтобы понять, чем она занимается, сначала вспомним, что такое геохимия. Это наука о химическом составе Земли. Она дает понимание о формировании горных пород. А теперь о том, что такое основные и ультраосновные породы. Это те породы, которые содержат мало кремния (от 32 до 52 %), а в ультраосновных, кроме того, много магния. В остальных породах кремния уже больше, например, в отряде средних пород (52—63 %), или кислых, в которых уровень кремния достигает 80 %. Итак, герои нашего материала занимаются изучением основных и ультраосновных пород.

Офиолиты и древние океаны

Одна команда ученых изучает офиолиты. Это красивое название носит целая группа пород: базальтов, габбро, гипербазитов. Офиолиты представляют интерес, поскольку считаются остатками древней океанической коры, поднятой на поверхность Земли. Они помогают узнать ту часть истории планеты, в которой открывались и закрывались древние океаны, исчезали континенты и появлялись новые, рассказывает научный сотрудник, кандидат геолого-минералогических наук Василий Беляев.

Анализ офиолитов необходим для расшифровки геодинамических ситуаций, которые развивались в зонах сочленения океанов с континентами. Помимо изучения истории планеты, тектонические построения и геодинамические модели, полученные во время работ, могут найти применение в практике геологического картирования и в поисковых работах.

И если уж мы говорим о древних океанах, не можем не упомянуть о Палеоазиатском океане. Это древний обширный бассейн с океанической земной корой, располагавшийся в центре современной Азии (его возраст – 850—320 млн лет). Образовался он после распада суперконтинента Родиния, и именно он отделил Восточно-Европейскую платформу от Сибирской, на которой живем мы с вами. Сокращение океана началось с конца рифея (600 млн. лет назад), в результате тектонических процессов образовались Саяны, Алтайские горы, Сибирский континент расширялся, а океан – наоборот.

Работа ученых помогает не только узнать прошлое, но и предсказать будущее. Вообще образование и распад суперконтинентов, как считается, это циклический процесс. Наша лаборатория прогнозы не составляет. Но есть прогнозы, распространенные в мировом сообществе. Например, не исключено образование очередного суперконтинента через сотни миллионов лет, когда Африка сольётся с Европой, Австралия и дальше будет двигаться на север и объединится с Азией, а Атлантический океан после некоторого расширения исчезнет вовсе.

И Байкал когда-то может стать океаном. Сейчас в земной коре, прямо посередине Евразии, находится огромный раскол — Байкальская рифтовая зона. Постепенно он расширяется и, если не изменится геодинамическая обстановка, через 20 миллионов лет самый большой континент снова разобьется на две части, а на месте Байкала появится новый океан.

В настоящее время существует 10 древних платформ – платформ с докембрийским фундаментом. Их еще называют кратонами, один из них – Сибирский. Древние кратоны образовались в докембрийский период (до 540 млн лет), периодически происходит их сближение – образование суперконтинентов и распад. Приблизительно 500 миллионов лет назад произошел распад суперконтинента Паннотия, который с одной стороны был окружен протоокеаном Панталасса, а с другой – Панафриканским протоокеаном. Паннотия распалась на континент Гондвана, мини-континенты Балтики, Сибири и Лаврентии. В это время появились древние океаны Палеопасифик, Япетус, Палеотетис. После снова произошло слияние континентов, образовалась Пангея — сверхконтинент, существовавший в конце палеозоя и начале мезозоя и объединявший практически всю сушу Земли 335—175 млн лет назад — Гондвану, Лаврентию, Балтию и Сибирь. Но и Пангея раскололась в юрский период на два континента (Гондвану и Лавразию). Северный континент Лавразия в свою очередь “распался” на Евразию, Северную Америку и Гренландию, а из южного континента Гондвана образовались Африка, Южная Америка, Австралия и Антарктида, а также субконтиненты Мадагаскар, Аравия и Индостан.

Наши ученые как раз заглядывают в это далекое прошлое. Основные породы, которые они изучают – гарцбургиты, базальты, габбро. Материал собирают сами, например, в этом году планируют экспедиции в Саяны и в Туву. Экспедиция может занять от нескольких дней до нескольких недель в тайге. Из каждой поездки группа привозит по 200-300 килограммов породы. Из каждого образца изготавливают шлифы, некоторые образцы истирают в порошок.

Одна из задач исследований – определение возраста пород. Сделать это помогает минерал циркон. В составе циркона присутствует уран, что делает его удобным минералом для определения возраста пород методом уран-свинцового датирования. И он присутствует во многих типах магматических пород.

Василий Беляев привел примеры изученных древних образцов:

“В Восточном Саяне в Китойских Гольцах и в долине реки Оки присутствуют фрагменты офиолитового комплекса – литосферы палео-океана – с возрастом около миллиарда лет (мезопротерозой). Исследования состава этих пород, начатые во второй половине прошлого века и продолжающиеся сейчас, показали, что эти породы представлены перидотитами, габбро, и бонинитами – специфической группой вулканических пород. В нашей группе исследователей из Института геохимии СО РАН мы провели детальное геохимическое опробование офиолитов Восточного Саяна. Это позволило установить, что они сформировалась в тектонической обстановке, подобной современным Марианским островам и прилегающей части Марианского глубоководного желоба в западной части Тихого океана. Особенность палео-океанических пород Восточного Саяна в том, что они содержат бонинитовые лавы и при этом имеют достаточно древний возраст, что обуславливает важность их исследований. В настоящее время мы работаем над тем, чтобы установить состав расплавов, из которых кристаллизовалась породы древней океанической коры Восточного Саяна. В бонинитах присутствуют кристаллы хромита, в которых сохранились расплавные включения, попавшие в минерал на стадии роста из расплава. Методика исследований включает нагрев хромита в специальной установке до температуры исходного расплава (около 1300°С). После этого образцы хромита быстро охлаждают, чтобы расплав во включениях превратился в однородное стекло, состав которого затем изучают на электронном микроскопе и других приборах. Это позволит установить особенности формирования и эволюции магм в древнем океаническом бассейне и сопоставить их с современными океанами”.

Есть и другие древние образцы, с возрастом около 2,7-3,1 миллиарда лет. Это гнейсы, распространенные вдоль Кругобайкальской железной дороги. Когда-то они представляли собой магматические и осадочные породы, затем испытали метаморфизм (преобразование минерального состава и структуры породы) при высоких температурах и давлениях. Породы этого возраста довольно обычны и слагают фундамент древних платформ, таких как Сибирская, Северо-Китайская, Восточно-Европейская. Но о них расскажем в следующий раз.

Загадки кимберлитов

Вторая группа ученых из лаборатории изучает кимберлиты – основной в мире, а в России пока и единственный коренной источник промышленных алмазов. Они сейчас работают над грантом Российского научного фонда «Эклогитовые и гранат-пироксенитовые ксенолиты из кимберлитовых трубок Сибирского кратона – генезис и время формирования», полученным в 2020-м и рассчитанным на два года. Проект ведет кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник Татьяна Калашникова. Она изучает кимберлиты, собранные на трех объектах в Якутии – трубках Мир, Удачная и Обнаженная. На первых двух идет (в случае с «Миром» шла до 2017 года) добыча алмазов, третья оказалась не алмазоносной. Хоть все три трубки относятся к Якутской алмазоносной провинции, не понятно, почему в двух алмазы есть, а в третьей нет. Почему? ответ можно найти в ксенолитах. Это обломки горной породы, захваченные магмой, то есть чужеродные включения в горную породу. В образцах из трубок ксенолиты могут выглядеть как небольшие вкрапления, могут быть даже незаметны невооруженным глазом – это ксенокристаллы.

Но именно они являются важным источником информации, так как доставляются на поверхность земли с огромных глубин во время поднятия магматических расплавов. Например, щелочные базальты содержат ксенолиты мантийных пород, поднятые с глубин 60—80 км, а в кимберлитах встречаются ксенолиты, принесённые с глубин 100—200 км. Ксенолиты из кимберлитов представляют собой наиболее глубинные горные породы, изученные человеком.

В Восточной Сибири этим занимается только лаборатория Института геохимии СО РАН. В основном ученые работают с породами Сибирского региона, выезжают для сборов образцов в районы самой Иркутской области, а также Монголии, Якутии, Забайкалья.

Как мы работаем? Выбираем объект исследования, разрабатываем карты маршрутов, выезжаем в экспедиции, собираем образцы пород, все это привозим в Институт, здесь дробим, стираем в порошок, изучаем, анализируем состав. Все делаем сами.

Возможно, именно эта работа даст понимание того, почему одни трубки полны алмазов, а другие нет.

Базальты

Третья группа изучает вулканические процессы, происходившие в Сибирском регионе миллионы лет назад. В этих процессах помогает разобраться изучение базальтов. Здесь одним из объектов исследования является Забайкальский край. В современное время на его территории действующих вулканов нет, но тысячи лет назад они были. В пределах Удинско-Еравнинской зоны Западного Забайкалья образование вулканических пород связывается с глубинными источниками: мантийными плюмами и горячими полями мантии. Их изучением занимается кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник Татьяна Комарицына. На территории Иркутской области таких мест нет.

Образование вулканов, их существование, строение, состав продуктов извержения также, как и в предыдущих случаях, дают представление о прошлом Земли и особенностях мантийно-корового взаимодействия, что в свою очередь даст понимание о том, что ждет землю в будущем. Также изучение вулканических пород помогает определить происхождение полезных ископаемых. Ну и собственно причины формирования самих вулканов, закономерности их размещения.

В целом сотрудники лаборатории ведут исследования по пяти направлениям:

– Геохимия основного вулканизма Восточной и Западной Сибири,
– Минералогия и изотопно-геохимические характеристики пород офиолитовых и островодужных террейнов Центрально-Азиатского склад­чатого пояса,
– Континентальный рифтогенный магматизм южного складчатого обрамления Сибирского кратона,
– Кимберлитовый вулканизм Сибирского кратона,
– Геохимия, петрология и рудоносность основных–ультраосновных комплексов выступов фундамента Сибирского кратона и его складчатого обрамления.

Кроме того, сотрудники лаборатории разрабатывают информационную систему, направленную на решение задач накопления, систематизации и синтеза разнородной геологической информации. А еще пишут учебные пособия для использования в высших учебных заведениях.

К сожалению, описать все, над чем работают ученые, в одном материале довольно трудно. И уж тем более оценить… Но именно ученые открывают нам знания о себе, о Земле, о космосе, помогают находить полезные ископаемые и открывать звезды… Именно ученым посвящен наш проект “Наука.Сегодня”. На страницах интернет-журнала вы найдете статьи о недавних научных открытиях, о том, что сейчас происходит в стенах более чем десяти институтов Иркутского научного центра Сибирского отделения РАН и в не меньшем количестве институтов всего Сибирского отделения.

Анастасия Украинская, Юрий Орлов. “Иркутск Сегодня”

Сообщение Офиолиты, габбро и древние океаны… Иркутские ученые приоткрыли нам двери вглубь времен появились сначала на Иркутск Сегодня.