Команда ученых на базе Института земной коры СО РАН (г. Иркутск) в рамках мегагранта Минобрнауки РФ сфокусирована на реконструкции тектонической истории Сибирского кратона в контексте мировой палеогеографии. Изучение этого геологического объекта Евразии необходимо для познания глобальных геодинамических процессов

Под влиянием тектонических движений литосферных плит земного шара происходят   процессы орогенеза, или горообразования. Геологическое прошлое Земли и  закономерности  её вещественно­-структурной эво­люции предопределили современное строение  и состояние земной коры.

Изменение процесса формирования Сибирского палеоконтинента важно для понимания общей тектонической истории и орогенных процессов нашей планеты. Основные элементы структуры фундамента Сибирского кратона обусловили его развитие  и  составили   настоящий  физико-географический очерк этого региона.

 Большое число тектонических и палеомагнитных исследований специалистами разного профиля стало предпосылкой для определения палеогеографического положения и эволюции Сибирского кратона. Это вызвано необходимостью построения глобальных и региональных реконструкций этого объекта в различные интервалы геологической истории.

Проект большого междисциплинарного коллектива ученых на базе Института земной коры СО РАН (ИЗК СО РАН) «Орогенез: образование и рост континентов и суперконтинентов» направлен на разработку серии палеогеографических моделей возникновения и развития роста Сибирского кратона. С помощью палеомагнитного метода, геохронологии, геохимии и других геологических дисциплин планируется реконструировать модель формирования этой древней части Сибири. Специалисты изучат, как геологические события на этом древнем континенте сказались на процессах рудообразования и  формировании месторождений  полезных  ископаемых,  а  также на образовании и эволюции осадочных бассейнов и залежей углеводородов в регионе.

Директор Института земной коры СО РАН Иркутск, профессор, член-корреспондент РАН Дмитрий Петрович Гладкочуб обозначил основные положения проекта:

«Проект «Орогенез: образование и рост континентов и суперконтинентов» Института земной коры СО РАН поддержан мегагрантом Минобрнауки РФ в ноябре 2019 года. По условиям реализации мегагранта, в Институте создали лабораторию мирового уровня по изучению орогенеза, т.е. процесса горообразования, маркирующего формирование континентов и суперконтинентов Земли. В рамках реализации проекта уже закуплено и устанавливается новое научное оборудование, стоимостью более 30 млн. руб.  для изучения химического состава и радиоизотопного определения возраста горных пород – индикаторов процессов орогенеза. В ближайшее время планируется приобретение нового оборудования для изучения петрофизических свойств горных пород, что позволит выполнять палеомагнитные реконструкции и восстанавливать в каком месте земного шара находился тот или иной континент в определенный момент геологической истории.

Для расшифровки особенностей процессов орогенеза наиболее подходят два уникальных геологических объекта Евразии: Сибирский кратон и Центрально-Азиатский горно-складчатый пояс. На этих главных тектонических структурах Евразии ученые ИЗК СО РАН проводят свои исследования на протяжении десятков лет. Изучая эти структуры, геологи увидят многостадийную, уникальную геологическую запись длительного (более 2 миллиардов лет – от 2500 до 130 млн. лет) процесса становления консолидированной литосферы Евразии – от образования Сибирского кратона до закрытия Монголо-Охотского океана и формирования геологического облика Азии, который мы наблюдаем в настоящее время. Эти события сопровождались возникновением уникальных месторождений полезных ископаемых, в том числе, углеводородов.

Для исследований по мегагранту создан коллектив высококвалифицированных специалистов, в число которых входят пять ведущих зарубежных ученых из Австралии, Канады и Норвегии. Результаты проекта станут существенным вкладом в понимание истории геологического развития и становления структуры не только восточного сегмента северной Евразии, но и всего земного шара.

Благодаря мегагранту, геологи Института земной коры СО РАН, вместе с зарубежными коллегами, получат новые знания мирового уровня о геологической истории всей нашей планеты».

Справка:

На конкурс мегагрантов Минобрнауки РФ в 2019 году было подано 354 заявки, из которых поддержали 36 проектов. На каждый выделено финансирование в размере 90 млн рублей. Срок реализации проектов — три года.

 

На фото – Писаревский Сергей Анатольевич – доктор физ.-мат наук, приглашенный из Технологического университета Куртэн (Западная Австралия) ученый и ведущий научный сотрудник Института земной коры СО РАН (г. Иркутск).

Какие есть научные гипотезы существования суперконтинентов, почему для расшифровки особенностей процессов орогенеза наиболее подходит Сибирский кратон  и какие новые сведения ученые  ожидают получить в настоящем исследовании – сообщил Сергей Анатольевич  Писаревский – научный руководитель  проекта по мегагранту, заведующий лабораторией орогенеза,  приглашенный из Технологического университета Куртэн (Западная Австралия) ученый и ведущий научный сотрудник Института земной коры СО РАН (г. Иркутск).

Прежде всего  руководитель исследования Сергей Писаревский разъяснил, какие ключевые понятия составляют название проекта «Орогенез: образование и рост континентов и суперконтинентов» и почему они представляют  интерес для  ученых:

«Что такое орогены? Это некие линейные структуры на земной поверхности, образованные горными породами и сильно деформированные в течение довольно длительного времени. Они бывают молодые, в которых деформации еще не завершились. Например, Гималаи, Альпы, Тянь-Шань, в которых всё еще движется. Их можно легко увидеть на географических картах. А есть древние орогены, которые давно сформировались (Беломорский ороген на Кольском полуострове и  в Карелии,  Ангарский ороген Сибири – очень древний, прослеживающийся вдоль Енисея). Их на географической карте просто так не увидишь, нужно смотреть геологические карты».

Почему так важно изучение орогена?

«Во-первых, потому что в орогенезе образуется новая континентальная кора, т. е. континенты прирастают в орогенах. Сейчас это происходит, например по всему западному побережью Америки, в частности в Андах. Во-вторых, когда мы изучаем древнюю историю Земли, изучение орогенеза – это один их главных инструментов познания. В процессе орогенеза (горообразования) происходит минерализация, т. е. образуются рудные минералы. В-третьих, орогенные породы выветриваются, размываются и заполняют осадочные бассейны, перспективные для образования месторождений углеводородов».

Сергей Писаревский раскрыл предысторию изучения континентов,   возникновение понятий которых восходит к началу 20 века:

 «Знаменитый учёный-метеоролог Альфред Вегенер обратил внимание на  сходство формы береговых линий по обе стороны Атлантики. Если вырезать Южную Америку и Европу и подвинуть их к Северной Америке или наоборот, то Атлантический океан закроется. У него возникала идея о том, что изначально существовал один большой суперконтинент (и один большой суперокеан), который 200 млн. лет т.н. начал распадаться. Тогда еще не было глубинных геофизических исследований и с этой идеей мало кто соглашался.  Позднее  в 60-е годы автор возобновил свои исследования. Когда стали  детально изучать морское дно для подводного кабеля между Европой и Америкой, нашли много признаков, подтверждающих длительный процесс раскрытия океана.  В настоящее время большинство представителей научного сообщества признают эту идею, но есть и те, которые до сих пор не согласны с ней.

 Вегенер полагал, что этот суперконтинент, который он назвал   Пангея («вся Земля» с греч.), существовал с самого начала и только недавно стал распадаться. Дальнейшие исследования показали, что Пангея образовалась примерно 300-350 млн. лет тому назад в результате столкновения  двух больших континентальных масс – Гонгдваны (в состав которой входили современные Новая Зеландия, Индия, Австралия, Антарктида, Южная Америка, Африка и более мелкие «террейны») и Лавразии (современные Северная Америка и часть Евразии).

Позднее была выдвинута гипотеза о том, что задолго до этого существовал по крайней мере один суперконтинент – Родиния. Еще позднее появились гипотезы о существовании и более древних суперконтинентов (Коламбия, Кенорланд, Суперия и др.). Недавно возникло предположение о том, что «скоро» (через 100-200 млн. лет) возникнет новый суперконтинент – «Амазия» (Америка плюс Азия)».

В 70-е годы  прошлого столетия возникает концепция суперконтинентального цикла –  квазициклического процесса образования и распада суперконтинентов. По замечанию Сергея Писаревского, «в результате интенсивного развития геохронологии (точных методов определения возраста горных пород) в конце 20 – начала 21 вв.  выясняется, что многие другие процессы на Земле коррелируют тоже с этим суперконтинентальным циклом: климатические изменения, оледенение, глобальные оледенения, периоды интенсивного образовании некоторых полезных ископаемых и другие. Проблема суперконтинентального цикла приобрела практический интерес. Последние 10-15 лет эта гипотеза завоевала большое количество сторонников и стала популярной».

Рисунок 1 Палеогеографические положения Сибирского кратона с 1870 до 760 млн. лет

Сибирь (вернее, ее древнейшая часть), согласно большинству палеогеографических моделей, тоже входила в состав многих суперконтинентов,  чем обусловлен  научный интерес  к этому региону.

Как уточнил Сергей Писаревский, понятие Сибирь довольно широкое: «Это не просто часть России к востоку от Урала. Все, что за Уралом, состоит из разных блоков. Ближе всего к Уралу расположена Западная Сибирь, состоящая из сравнительно молодых блоков земной коры и перекрытая молодыми отложениями, изучение которой не входит в задачу нашего проекта. Мы будем заниматься Сибирским кратоном. Административно в него входит Красноярский край, Иркутская область, Республика Саха, он немного захватывает Хабаровский край и Читинскую область. Географически Сибирский кратон на западе граничит с Енисеем, на востоке с Леной и Алданом, на севере с Таймыром и морем Лаптевых, на юге Присаяньем и Байкалом. Именно этой частью мы будем заниматься».

Почему Сибирь привлекает внимание специалистов?

По словам ученого, «все континенты важны, на каждом есть информация о глобальной геологической истории. Каждый континент вносит свою лепту.  Некоторые больше, некоторые меньше. Нельзя вычленить какой-то объект. Это глобальная геология и всё определяется глобальными процессами. По Сибири в настоящее время есть информация, а мы надеемся, что будет еще больше».

Рисунок 2. Палеогеографическая реконструкция положений древних континентов 1.6 млрд. лет т.н.

Как отметил Сергей Писаревский, «Сибирь, по-видимому, являлась частью нескольких суперконтинентов в разное время. Речь идет именно о Сибирском кратоне, поскольку 300 млн. назад Западной Сибири еще не было. Между Европой и Сибирью тогда было океаническое пространство и острова. Например, Дальний Восток также представлял собой сравнительно небольшие континенты и острова, разделенные морями. Для того чтобы «реконструировать» древние географические карты, нужно научиться определять положения того или иного континента в различное время.  Для древних эпох (древнее 250 млн. лет) это стало возможным благодаря одной из областей геофизики – палеомагнетизму – науке об изучении направлений остаточной намагниченности древних горных пород. Например, при застывании магматической породы (или лавы) ферромагнитные минералы этой породы (например, магнетит) приобретают остаточную намагниченность, направление которой соответствует направлению древнего геомагнитного поля в данном месте. Задача палеомагнитологов – найти это направление. Это дает возможность определить географическую широту и направление на север в данной точке в данное время. Таким образом можно определить широтное положение и азимутальную ориентацию континента на «древнем глобусе». Для палеомагнитного анализа нужен отбор ориентированных образцов горных пород, а также нужно знать возраст этих пород (чем занимается другая наука – геохронология). Палеомагнетизм дает информацию о том, как континент был ориентирован по отношению к меридиану и на какой он находился географической широте, но на какой он находится долготе, прямого ответа палеомагнетизм не дает, для этого нужна другая информация. Поэтому любое исследование древних эпох с точки зрения палеогеографии должно быть мультидисциплинарным.

 В рамках этого проекта участвуют геологи (они занимаются общими геологическими процессами), геохронологи (занимаются датированием пород), геохимики (исследуют содержание элементов в породе и при каких условиях, давлении, температуре происходит образование горной породы). Кроме того, будут задействованы специалисты по геомагнитным и гравитационным аномалиям, геофизическим профилям, гравитологи, частично – палеонтологи».

Рисунок 3. Положение Сибирского кратона на геологической карте

Проект в рамках мегагранта «Орогенез: образование и рост континентов и суперконтинентов» официально вступил в силу 4 декабря 2019 года. В настоящее время активно формируется инструментальная база: на закупку современного оборудования потрачена значительная часть средств из выделенной суммы. Для Института земной коры СО РАН приобретены: новый масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой Agilent7900;   эксимерный лазер Teledyne CETAC Technologies с длиной волны 193 нм и ячейкой Analyte Excite для определения концентраций элементов и U-Pb датирования методом лазерной абляции минералов; конфокальный Рамановский спектрометр Alpha 300R для диагностики минералов, а также новое оборудование для изотопных и геофизических исследований и планируется закупка устройства для проведения палеомагнитных исследований. Сейчас идут работы по установке и подготовке аппаратурно­-приборной  базы, также готовятся помещения из категории «чистых комнат» для химической пробоподготовки.

Под проект в 2019 году в Институте земной коры создана лаборатория орогенеза, включающая несколько профильных лабораторий, под общим научным руководством Сергея Писаревского.  Он же отвечает за научное ведение проекта.

Административный руководитель проекта – член-корреспондент РАН, профессор Евгений Викторович Скляров, а главный ответственный исполнитель – заместитель директора Института, профессор Алексей Викторович Иванов.

 Для реализации проекта по мегагранту сформирован большой коллектив ученых, около 40 человек, куда вошли: два члена-корреспондента, 5 профессоров, 6 докторов наук, 21 кандидат, а также 9 молодых специалистов. Большинство участников команды представляют Институт земной коры СО РАН, остальные – сотрудники других научных учреждений страны: Санкт-Петербургский государственный университет (г. Санкт-Петербург),  Геологический институт РАН (г. Москва), Институт геологии и геохронологии докембрия РАН (г. Санкт-Петербург), Институт физики Земли имени О. Ю. Шмидта (г. Москва), Казанский  технологический  университет (г. Казань).

В числе участников также вошли эксперты из-за рубежа. Это Технологический университет Куртэн (Западная Австралия), Университет Альберта (Канада), Университет Тасмании (Тасмания), Университет Осло (Норвегия). Например, приглашенные зарубежные специалисты Денишин (Австралия) и Корфу (Норвегия) по плану должны помогать в установке нового очень точного метода датирования горных пород на новом оборудовании, закупленном в рамках гранта.

Межинститутский и международный характер проекта по мегагранту определен двумя важнейшими задачами: создание нового высококлассного Центра геохронологии, геохимии и палеомагнетизма на базе Института земной коры СО РАН г. Иркутска. Созданный Центр должен послужить основой для научных исследований и проведения широкого спектра разного рода геологического и геофизического анализа для внешних организаций. Как подчеркнул Сергей Писаревский, «этот центр имеет большое значение для будущего геологической науки».

Главные цели проекта: 1) создание палеогеографических моделей возникновения роста Сибирского кратона в глобальном контексте; 2) изучение на основе этих моделей механизмов орогенных процессов.

 «Палеогеографические реконструкции и анимации, наполненные геологическим содержанием, и построение новых моделей орогенных процессов – главные задачи нашего научного исследования», – акцентирует заведующий лабораторией орогенеза Института земной коры СО РАН Сергей Писаревский. 

Итак, данный проект включает в себя рассмотрение одного из крупнейших  в  мире  Сибирского кратона в контексте суперконтинентального цикла и изучение истории и динамики окружающих его орогенов. Ожидается получение новых надежных данных и инновационных разработок по ключевым вопросам  палеогеографии и орогенеза.