Поиск - новости науки и техники

Послания в интрузиях. Застывшая лава расскажет об истории Земли.

Знаете ли вы, что 360 миллионов лет назад территория, на которой находится сейчас Москва, располагалась на экваторе? Тогдашняя прастолица томилась от жары в радиационно неблагоприятной обстановке. Много воды и вулканической лавы утекло с тех пор, мир сильно изменился. Но сведения о том, что происходило много миллионов и миллиардов лет назад, подвергая биосферу тяжелейшим испытаниям, хранятся на нашей планете. Эту важнейшую информацию вместе со своими коллегами изучает старший научный сотрудник Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН, доцент геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова доктор геолого-минералогических наук Роман ВЕСЕЛОВСКИЙ. Его тема исследований “Интрузивные комплексы Кольского полуострова как источник уникальных данных о региональной тектонике, магнитном поле и глобальной геодинамике Земли” поддержана грантом Президента РФ. Наш корреспондент узнал много интересного о прошлом Земли, которое сформировало настоящее.
– Что представляют собой интрузивные комплексы Кольского полуострова?
– Перед тем как ответить на этот вопрос, необходимо пояснить, что такое интрузивное тело. Все мы хорошо представляем себе вулкан – из его кратера изливается лава. Та лава, которая еще не излилась из вулкана, а находится на глубине, в земных недрах в подводящем канале, называется магмой. По тем или иным причинам магма может застывать на глубине, и в этом случае она образует интрузивное тело, или коротко – интрузию. Если вулканов много, то под ними существует целая система подводящих магму каналов – интрузий, которые и образуют интрузивный комплекс. А если вулканы в этом районе на протяжении геологической истории давали о себе знать неоднократно, то в итоге получается, что земные недра содержат несколько интрузивных комплексов, которые различаются по времени своего образования.
По прошествии многих миллионов и даже миллиардов лет, вследствие разрушительной деятельности рек, морей и ветра вулканы уничтожаются, а на земной поверхности показываются (как говорят геологи, обнажаются) те самые интрузивные комплексы – застывшая на глубине магма. На Кольском полуострове эти интрузивные комплексы представляют собой так называемые дайки (от англ. dike, dyke – стена из камня) –  результат заполнения магмой вертикальных трещин в массиве горных пород. На современной поверхности эти дайки выглядят как черные полосы на фоне окружающих их красноватых гранитов и гнейсов. Их ширина колеблется от десятков сантиметров до десятков метров, протяженность может достигать сотен метров и даже нескольких десятков километров. Дайки могут быть прямолинейными, как автомобильная трасса, а могут причудливо извиваться.
Сегодня на Кольском полуострове насчитывается более 5 тысяч даек различного возраста, размера и химического состава. Поверхность полуострова, отполированная около 20 тысяч лет назад прошедшими по ней ледниками, сегодня представляет собой своего рода дайковый заповедник, позволяя изучать дайки и их взаимоотношения с вмещающими гранитами максимально детально на большой территории. Таких “заповедников” по всей Земле не так много; наиболее известный аналог – это арктические территории Северной Америки, так называемый Канадский щит, где также обнажается огромное количество даек самого разного возраста.
– Почему эти комплексы – источники уникальных данных?
– Сегодня мы знаем, что интрузивные (дайковые) комплексы образовывались на Кольском полуострове многократно. Самые молодые дайки застыли около 400 миллионов лет назад. Именно тогда, в конце девонского периода, сформировались такие всемирно известные интрузивы, как Хибины и Ловозеро.
Сейчас Хибины – это не только популярный горнолыжный курорт в городе Кировске, но и источник уникальных месторождений полезных ископаемых. Кроме того, на Кольском полуострове есть и значительно более древние дайки: их возраст оценивается в 1,2, 1,8, 1,97 и 2,5 миллиарда лет. Возможно, есть и более древние. Их обнаружение – одна из задач нашего исследования.
Каждый эпизод образования даек соответствует мощной вулканической активности на поверхности Земли. Оценить ее объемы мы уже не можем – те вулканы и вытекшие из них потоки лавы давно стерты с лица Земли. Однако хорошо известно, что подобные вспышки магматической активности сопоставляются с переломными рубежами в истории нашей планеты и во многом определяют ее дальнейшую эволюцию, в том числе развитие жизни.
В качестве примера можно привести хорошо известный факт: формирование даек и интрузивных массивов на Кольском полуострове происходило одновременно с одним из крупнейших в истории Земли биосферных кризисов – позднедевонским массовым вымиранием. Тогда, около 370-360 миллионов лет назад, по всей Земле погибли многие представители флоры и фауны. Точные причины вымирания пока неизвестны, однако среди основных гипотез рассматривается вулканическая: интенсивный вулканизм, активный в то время во многих районах Земли, мог вызвать катастрофические изменения климата, пережить которые смогли далеко не все обитатели нашей планеты.
Кроме того, эпизоды интенсивного вулканизма, а значит, и формирования интрузивных комплексов сопровождают такие события планетарного масштаба, как образование и распад суперконтинентов – огромных площадей суши, неоднократно объединявших все или почти все современные континенты. Таким образом, дайковые комплексы Кольского полуострова – своего рода следы, моментальные снимки переломных и катастрофических событий, когда-то давно происходивших на Земле. Пристально и всесторонне изучая их, мы можем по крупицам восстанавливать детали эволюции нашей планеты.
– Что именно вы можете узнать нового, изучая дайки Кольского полуострова?
– Во-первых, мы проводим специальные исследования, цель которых – определение времени образования даек. Сегодня можем делать это с точностью до нескольких миллионов лет при возрасте даек в 2,5 миллиарда лет. Это очень высокая точность. Однако достигается она большой ценой, как в прямом, так и в переносном смысле.
Для того чтобы оценить возраст одной дайки, необходимо отобрать образец горной породы, из которой она состоит. Раздробить его, выделить слагающие породу минералы и под микроскопом найти именно те из них, которые можно использовать для определения возраста. Затем эти минералы химически разлагаются на отдельные элементы, которые анализируются на дорогостоящем высокотехнологичном оборудовании – масс-спектрометре. Все это – кропотливый ручной труд ученых высочайшей квалификации!
В результате такого рода исследований мы можем точно узнать, сколько миллионов или миллиардов лет назад сформировались те или иные интрузивные комплексы и какое событие в истории Земли они маркируют. Примечательно, что нередко интрузивные комплексы формируются одновременно на нескольких континентах, подчеркивая тем самым глобальный масштаб этих событий.
Во-вторых, мы изучаем так называемый палеомагнетизм даек Кольского полуострова. Практически все породы на Земле содержат в своем составе магнитные минералы, например магнетит. Много его и в дайках Кольского полуострова. Когда порода, слагающая дайку, остывает ниже 580 градусов Цельсия, магнетит запоминает направление магнитного поля Земли в виде вектора естественной остаточной намагниченности и хранит его на протяжении всей своей геологической жизни.
Благодаря специально разработанным методам и оборудованию мы можем измерить остаточную намагниченность горной породы и применять эти данные для решения различных задач, например, для определения положения континентов в прошлом, величины и конфигурации магнитного поля Земли в разные геологические эпохи. Используя эти данные вместе с оценками возраста даек, мы строим палеогеографические карты далекого прошлого.
Яркой иллюстрацией может служить пример сделанной нами реконструкции Восточно-Европейской платформы, на которой мы с вами живем, на период 360 миллионов лет назад. Тогда современная территория Москвы находилась почти на экваторе, а сила магнитного поля Земли была меньше современной в четыре-пять раз. Учитывая, что магнитное поле защищает нас от потока ионизированных частиц солнечного ветра, можно сказать, что в то время в пра-Москве было не только жарко, но и довольно напряженно в плане радиационной обстановки.
– Расскажите о ваших экспедициях.
– Экспедиции – неотъемлемая часть наших исследований. В них мы отбираем образцы, которые затем всесторонне изучаем в лабораториях. Экспедиции за полярным кругом – не только настоящее испытание, но и довольно дорогое предприятие. В том числе поэтому мы сотрудничаем с коллегами из институтов Академии наук. Как показывает опыт, когда вместе работают специалисты из разных областей, это весьма результативно. Например, летом 2017 года мы прошли на катере по Баренцевому морю от Кольского залива на восток до поселка Йоканьга, останавливаясь почти каждые 10-15 километров в бухтах и отбирая образцы из даек, которые в изобилии обнажаются на берегу. Домой мы привезли около 400 килограммов образцов и с тех пор “не разгибаясь” работаем с ними в лаборатории.
– Как распределяется работа в вашей группе?
– Наш научный коллектив объединяет специалистов в области геохимии, геохронологии и палеомагнетизма и состоит из сотрудников институтов РАН, таких как Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии, Институт физики Земли, Карельский научный центр, а также геологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Мы изучаем одни и те же объекты – дайки, но с разных ракурсов. Геохимики определяют состав горных пород, слагающих дайки, и систематизируют их по многим признакам. Геохронологи определяют изотопный возраст даек, то есть время, когда они сформировались. Палеомагнитологи воспроизводят магнитную запись, измеряя на магнитометре породы даек. Объединяя результаты, мы получаем количественную основу для реконструкции прошлого Земли.
В нашем коллективе рука об руку – у станка, дробилки, высокоточных приборов – трудятся студенты старших курсов, аспиранты, профессора и члены-корреспонденты РАН. Такой сплав опыта и молодости позволяет не только получать результаты высокого мирового уровня, но и передавать знания, формировать интерес молодежи к исследовательской работе, без которого развитие науки невозможно.
– Какие результаты предполагаете получить в нынешнем проекте?
– Геологическая изученность Кольского региона, особенно северо-восточной его части, во многом остается на уровне середины ХХ века. С тех пор в геологии сменилась парадигма, можно сказать, ее философия, и поэтому крайне необходимо подтянуть знания об этом, во многом уникальном, регионе нашей страны к современному уровню.
Наши результаты могут быть использованы не только для восстановления прошлого планеты, но и для решения прикладных задач, связанных в том числе с поиском новых месторождений полезных ископаемых. Мы надеемся получить сведения о том, какими были величина и конфигурация магнитного поля Земли около 2 миллиардов лет назад, уточнить возраст дайковых комплексов Кольского полуострова и понять, к каким глобальным событиям приурочено их формирование.
– Каковы ваши дальнейшие планы? Это будет продолжение нынешнего проекта или нечто совсем другое?
– Всю жизнь заниматься одним и тем же – непродуктивно. Все познается в сравнении. Поэтому, достигнув определенного уровня знаний об интрузивных комплексах Кольского полуострова, мы обратим свои взоры на другие места нашей страны или мира. Смена объекто в исследований определяется, кроме того, и финансовыми возможностями: очень часто бывает так, что для перехода на новый уровень изученности необходимо многократное увеличение финансирования, а это далеко не всегда возможно.

Беседу вел Василий ЯНЧИЛИН
Фотоснимки предоставлены Р.Веселовским

Нет комментариев