Поиск - новости науки и техники

Чего ждать от субдукции? Неугомонность литосферных плит чревата сюрпризами.

Как образовалась наша Земля? Что сформировало ее современный облик? Полностью ответить на эти вопросы до сих пор не удается. Прошлое нашей планеты окутано тайнами, как же их разгадать? Нынешним ученым это уже известно. Вооружившись современным оборудованием и тонкими методами исследований, молодые таланты шаг за шагом восстанавливают картины происходившего, узнают немало интересного об эволюции геологических процессов в земной коре и расположенной под ней мантии. В частности – процессов, связанных с тектоникой плит, тектонической активностью. Заметных успехов в этой области добился старший научный сотрудник Института геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН Сергей СКУЗОВАТОВ. В ходе исследований, поддержанных грантом Президента России, он вместе со своими коллегами детально изучает комплексы континентальной субдукции, используя при этом особые минералого-геохимические индикаторы. Наш корреспондент попросил его рассказать о сути своей работы.
– Современный “стиль” тектонической активности, создающий облик поверхности Земли (рельеф, распределение вулканических построек, эпицентров землетрясений и многое другое), определяется в основном движением литосферных плит, – объясняет Сергей Юрьевич. – Эти движения имеют разный характер. Например, в осевой части Атлантики две плиты раздвигаются, и в образованное пространство внедряются расплавы из подстилающей земную кору мантии – так происходит формирование молодой океанической коры и самих океанов. В Альпах и Гималаях, напротив, плиты движутся навстречу друг другу, их столкновение (коллизия) приводит к горообразованию. Такие процессы работают сообща и в геологической истории Земли неоднократно становились причиной формирования и распада суперконтинентов. 
Отдельное место в этой связке занимает третий процесс – субдукция. Это погружение океанической плиты под континентальную или другую океаническую плиту. Подобное погружение происходит из-за различия в плотности взаимодействующих блоков коры, в современном виде оно проявилось на Земле, по данным разных исследователей, от 3 миллиардов до 700 миллионов лет назад. С зонами субдукции связано формирование новой континентальной коры, здесь же происходит “возвращение” коры в мантию. Так сохраняется некий баланс вещества в Земле в целом и в ее верхней оболочке, литосфере, в частности.
Различными аспектами “классической” субдукции геологи занимаются уже давно. В середине 80-х годов прошлого столетия эта область знаний привлекла к себе особое внимание. Ряд исследований показал, что на начальном этапе столкновения двух континентальных блоков один может частично погружаться под другой, создавая в основании литосферы крайне высокое давление – 30 000 атмосфер и больше. Процесс соответственно назвали континентальной субдукцией, а геология обрела новое направление – метаморфизм сверхвысоких давлений. В этой области мы и работаем.
– Что подразумевается под минералого-геохимическими индикаторами континентальной субдукции?
– Особые условия, которые создаются в зонах субдукции, определяют специфическую природу процессов, происходящих в них. Основные маркеры как современных, так и древних зон субдукции – это магматизм с определенным химическим составом расплавов, а также характер метаморфических преобразований пород в условиях высоких давлений при погружении на глубину. Обнаружив характерные для зон субдукции комплексы горных пород, мы можем утверждать, что в какой-то период геологического времени в данном месте происходило погружение океанической или континентальной коры в мантию. Основная загвоздка в том, что подобные комплексы не всегда сохраняются до нашего времени или потеряли характерные черты в результате вовлечения в более поздние геологические процессы. Поэтому часто приходится рассчитывать на удачу.
– Как вы проводите свои исследования, какое оборудование используете? 
– Как правило, такие исследования начинаются с изучения геологических карт и схем. Почти все известные комплексы высоких и сверхвысоких давлений были обнаружены в пределах крупных складчатых поясов (горных сооружений), практически все они сформировались не ранее чем 600 миллионов лет назад. Выявляют характерные ассоциации пород, ведут их поиск и опробование. Часто подспорьем служат результаты детальной геологической съемки, которую проводят в основном на территориях, перспективных в отношении полезных ископаемых. Дальше все довольно стандартно. В первую очередь, изготовление препаратов для изучения структуры и минералогического состава пород под микроскопом и изучение состава минералов с применением электронной микроскопии. Уже на этом этапе можно обнаружить признаки, характерные для пород высоких давлений. Так, например, около 30 лет назад в Альпах в одном из наиболее распространенных минералов метаморфических пород – гранате – обнаружили коэсит (аналог кварца с более плотной структурой, образующийся при давлении выше 3 ГПа). Так же, с помощью кропотливого анализа полированных пластинок пород, в том же гранате, но уже из Кокчетавского массива (северный Казахстан), нашли первые микроалмазы. 
На этом этапе можно оценить условия метаморфизма – температуру и давление и, следовательно, глубину, на которую погружались породы. Затем проводится анализ химического состава пород, в том числе содержания микроэлементов и изотопного состава ряда элементов, в основном с использованием современного масс-спектрометрического оборудования. Такая информация нужна для того, чтобы охарактеризовать обстановку, в которой изначально формировались породы – в пределах океанической плиты или на континенте. 
Отдельное место в исследованиях занимает определение абсолютного возраста пород, для этого используют ряд методов, основанных на явлении радиоактивного распада и анализе содержания материнских и дочерних изотопов (например, 206Pb и 238U в цирконе – минерале состава ZrSiO4). Во многих случаях это дает возможность сказать, когда конкретно происходила субдукция и когда образовались сами породы, подвергшиеся погружению. Сегодня мы считаем успехом, если удается полностью охарактеризовать эволюцию пород – то, как менялись температура и давление во времени.
Сейчас я провожу исследования в иркутском Институте геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН вместе со своим многолетним руководителем и коллегой доктором геолого-минералогических наук Владиславом Станиславовичем Шацким, одним из корифеев метаморфизма высоких давлений в России. Разумеется, большой объем работ предполагает сотрудничество с исследователями как внутри института, так и за его пределами. Несколько полевых сезонов на Муйском блоке (северо-восточное Забайкалье), который сейчас для меня основной объект, я провел в паре со своим “боевым товарищем” и коллегой кандидатом геолого-минералогических наук Алексеем Львовичем Рагозиным из новосибирского Института геологии и минералогии. Там же, в Новосибирске, мы проводим часть лабораторных исследований. Для выполнения геохронологических исследований я уже дважды посещал Институт наук о Земле (город Тайпей, Тайвань). С коллегами из этого института мы наладили тесную связь и публикуем совместные работы. Недавно начали исследования в юго-западной Монголии, обнаружили там очередной интересный объект, что способствовало нашему плотному сотрудничеству с Институтом палеонтологии и геологии Академии наук Монголии и Монгольским университетом науки и технологий. 
– Как вы считаете, насколько перспективны ваши исследования?
– В этой тематике я неполных три года. Пришлось достаточно долго перестраиваться после защиты диссертации, подготовленной по данным исследования природных алмазов. Однако уже сегодня мы с коллегами имеем немало интересных результатов. Обосновали наличие зоны континентальной субдукции в восточной части Байкало-Муйского пояса. Охарактеризовали ее развитие во времени, начиная с формирования характерных магматических комплексов 800-700 миллионов лет назад и заканчивая погружением континентального блока и метаморфизмом. Получили оригинальные данные по возрасту и минералого-геохимическим характеристикам ряда более древних пород той территории. Они позволят серьезно расширить представления о процессах, происходивших в южной периферии Сибирской платформы в так называемое “байкальское” время. 
Продолжаем исследование пород Кокчетавского массива в Казахстане. Выявили и охарактеризовали связь состава пород с процессом их частичного плавления на глубине и устойчивостью главных и редких минералов. В прошлом году провели первый полевой сезон в Монголии. В ее юго-западной части несколько лет назад коллеги из Чехии обнаружили породы, характерные для комплексов высоких давлений. Это эклогиты (аналогичны по составу базальтам). Сейчас мы занимаемся обработкой и интерпретацией полученных данных и готовимся посетить те места снова. У всех этих комплексов, несмотря на территориальную разобщенность, есть много общего. Все они расположены в пределах Центрально-Азиатского складчатого пояса, и все характеризуют самый ранний этап развития этой крупнейшей на Земле складчатой структуры (700-500 миллионов лет назад). Изучая эти комплексы, мы вносим значительную лепту в картину эволюции литосферы Земли в период между двумя суперконтинентальными структурами – Родинией и Гондваной.
– Чем вы планируете заниматься дальше?
– Работа по проекту, поддержанному грантом Президента России, направлена на то, чтобы поставить точку в исследованиях в Забайкалье. Сейчас по полученным данным мы готовим несколько крупных публикаций, которые позволят завершить характеристику обнаруженного там комплекса высоких давлений, а также сформулировать некоторые закономерности развития Байкало-Муйского пояса в целом. К сожалению, для более масштабных и детальных исследований не хватает людских ресурсов и финансирования. 
В будущем основные силы собираюсь сосредоточить на более “молодых” комплексах каледонской складчатости. Если Кокчетавский массив является объектом интенсивных исследований уже три декады, то в юго-западной Монголии исследования только разворачиваются. Хотелось бы попасть на Марун-Кеу, комплекс схожего типа на Полярном Урале, там тоже “почва почти не пахана”. Если говорить в более общем плане, то есть желание поработать в одной из ведущих лабораторий мира по схожей тематике, набраться опыта и знаний, создать в итоге полноценную рабочую группу. Область знаний, в которой проводятся наши исследования, уникальна и многогранна, она находится на стыке минералогии, петрологии, геохимии и геохронологии – это львиная доля того, что относится к наукам о Земле. Соответственно, и путей развития бесконечное множество. 
Материал подготовил Василий ЯНЧИЛИН
Фото предоставлено С.Скузоватовым

Нет комментариев