Около миллиарда лет назад вся суша Земли объединилась в один огромный суперконтинент Родинию, который впоследствии распался. Геологи пытаются выяснить детали этого процесса, исследуя остатки Родинии, частично сохранившиеся в горных породах современных материков. Свою лепту в дело вносит старший научный сотрудник Геологического института РАН кандидат геолого-минералогических наук Андрей ТРЕТЬЯКОВ, получивший премию и медаль РАН для молодых ученых за работу по изучению докембрийской эволюции западной части Центрально-Азиатского складчатого пояса. Он и объяснил нашему корреспонденту, чем интересно это направление исследований.
— Напомню, наша планета состоит из ядра, мантии и внешней, самой тонкой твердой оболочки — коры, — рассказывает ученый. — В нижней границе коры при переходе к мантии отмечается резкий скачок скоростей сейсмических волн — это так называемый раздел Мохоровичича. Верхняя граница совпадает с поверхностью суши и дна в океанах. Под океанами кора имеет базальтовый состав и толщину всего 5-10 километров. На континентах ее глубина в пять раз больше, и сложена она из горных пород с высоким содержанием оксида кремния.
Современные концепции о тектонической эволюции Земли основаны на том, что литосфера, включающая земную кору и верхнюю твердую часть мантии, представляет собой серию плит, перемещающихся друг относительно друга в горизонтальном направлении. Эти плиты разделяются на океанические и континентальные. Характер их перемещений определяется типом границ между ними: дивергентные (расходятся), конвергентные (сталкиваются, пододвигаются) и трансформные (смещаются одна по отношению к другой).
Все процессы образования континентальной коры можно условно разделить на два вида: возникновение и эволюция. Новое вещество во внешней оболочке Земли появляется в основном на конвергентных границах литосферных плит в океане. Вдоль этих границ располагаются глубоководные желоба, где происходят процессы субдукции, в результате которых одна океаническая плита оказывается под другой. Рост температуры и давления приводит к дегидратации (обезвоживанию) минеральных ассоциаций пород погружающейся плиты. В этом процессе образуются магматические расплавы, которые, поднимаясь вверх, формируют системы островных вулканических дуг, таких как Курильские и Алеутские острова, Японский архипелаг. Так из океанической коры создается новая — континентальная.
Эволюция зрелой континентальной коры также происходит в зонах конвергенции литосферных плит. Возможны два сценария. В одном случае океаническая плита погружается под континентальную. Пример — горная система Анды в Южной Америке. В другом — сталкиваются две континентальные плиты. Так образовался, например, Альпийско-Гималайский складчатый пояс. Геологические процессы в этом случае наиболее разнообразны и связаны с пододвиганием одной плиты под другую с резким утолщением коры до 70-75 километров, что способствует возникновению очагов плавления и проявлению интенсивного магматизма кислого состава.
Процессы роста и эволюции континентальной коры происходят также на дивергентных границах литосферных плит (системы континентальных рифтов) и в пределах одной плиты (крупные вулканические извержения). В обоих случаях новое вещество поступает в верхнюю оболочку Земли с большой глубины, начиная свой путь в мантии, а иногда и в ядре. Резюмируя, можно сказать, что образование новой, а также рост и эволюция уже зрелой континентальной коры являются следствием тектономагматических процессов, в которых участвуют разные оболочки нашей планеты.
— Почему для своих исследований вы выбрали Центрально-Азиатский пояс?
— На основании многочисленных данных принято считать, что континентальная кора стала формироваться примерно 4 миллиарда лет назад — в раннем архее. Ее интенсивный рост начался спустя 500 миллионов лет и продолжался 1 миллиард лет. За это время образовалось от 40 до 85 процентов современной внешней оболочки Земли. Древняя континентальная кора составляет фундаменты всех крупных платформ. Но между ними находятся более молодые складчатые пояса, возникшие на месте океанических бассейнов.
В крупнейшем на Земле Центрально-Азиатском складчатом поясе, занимающем значительную часть Евразии, формирование континентальной коры было наиболее длительным и сложным. Здесь редко можно встретить породы старше 2,5 миллиарда лет. И большинство магматических комплексов имеет палеозойский возраст от 300 до 500 миллионов лет. Однако современное развитие прецизионных изотопных методов анализа позволило установить, что формирование многих палеозойских магматических пород — результат переработки комплексов более древней континентальной коры возрастом 0,54-1,6 миллиарда лет. Поэтому можно сделать вывод, что основные этапы формирования континентов происходили в позднем докембрии.
В свете этих данных основная проблема воссоздания истории Центрально-Азиатского пояса — неравномерная изученность различных его сегментов. Особенно это касается территории Южного Урала, Казахстана, Северного Тянь-Шаня. Уникальность этого региона определяется широким распространением так называемых сиалических массивов, сложенных в основном породами позднедокембрийского (1,6-0,54 миллиарда лет) возраста, являющихся потенциальными источниками информации о ранних этапах корообразования.
Перечисленные особенности вызывают интерес к позднедокембрийской эволюции этого сегмента Центрально-Азиатского пояса, чему и посвящены мои исследования. Их суть в том, чтобы определить границы временного интервала, в течение которого происходило формирование континентальной коры. А также установить, происходил ли этот процесс непрерывно в течение всего позднего докембрия или дискретно, и воссоздать обстановку корообразования.
— Как вы проводите свои исследования?
— Совершаем экспедиции в районы Центральной Азии — Казахстан и Северный Тянь-Шань. Основные объекты исследований — магматические породы кислого состава: граниты и их излившиеся аналоги, представляющие собой своеобразные реперы. Цель такой работы — создание детальной карты геологического строения участков распространения этих пород. Обычно проводится целая серия разных маршрутов, во время которых мы отбираем каменный материал. На его основе в дальнейшем ведутся аналитические исследования. Это уже происходит в специальных химических и изотопных лабораториях.
Полученная информация дает нам представление о химическом составе пород, распределении в них редких и редкоземельных элементов, а также их изотопных соотношениях. На завершающем этапе аналитических исследований определяется возраст образования путем расчета соотношения изотопов урана и свинца в таких минералах, как циркон, сфен и другие.
Интерпретация полученных результатов позволяет определить условия образования породы: какими были термодинамические параметры расплава и состав его источника, узнать больше о механизме эволюции. В совокупности это дает нам возможность создать петрологическую модель определенного магматического этапа, а также выяснить, принимало ли участие в формировании расплавов только вещество коры, или определенное значение имели процессы взаимодействия с мантией. Кроме того, мы устанавливаем возраст формирования магматических комплексов, даем оценку изменения состава их источника после стадии плавления.
В результате формируется модель отдельного этапа тектономагматической эволюции и оценивается его вклад в общую историю внешней оболочки Земли. Последовательное применение такого подхода для пород разного возраста позволяет воссоздать рост континентальной коры на определенной территории в течение отдельных геологических периодов.
— Какой результат вашей работы можно назвать наиболее важным?
— Это вывод о том, что основной объем континентальной коры западной части Центрально-Азиатского пояса сформировался в позднем докембрии. С относительной степенью уверенности можно говорить о двух этапах интенсивного роста — палеопротерозойском (2,5-1,8 миллиарда лет назад) и мезо-неопротерозойском (1,6-0,54 миллиарда лет назад). Последний выделяется наиболее обоснованно, так как его отражением стал гранитоидный магматизм, происходивший наиболее интенсивно 1150, 900 и 800 миллионов лет назад. Что касается палеопротерозойского этапа эволюции западной части Центрально-Азиатского пояса, то пока он может быть выделен только условно. Основанием для этого служат изотопные характеристики магматических пород, указывающих, что они являются продуктом плавления комплексов более древней континентальной коры.
Проявление магматизма в мезо- и неопротерозое, по сути, завершает формирование докембрийской континентальной коры в западной части Центрально-Азиатского пояса. Наличие же трех пиков магматизма указывает на дискретный характер проявления корообразующих процессов, которые были связаны с разными палеотектоническими событиями.
В целом этапы роста континентальной коры совпадают с глобальными эпохами орогенеза (горообразования) — своеобразными маркерами рождения древних материков. В этом отношении поздний докембрий заслуживает особого внимания, потому что в тот период существовал единый суперконтинент Родиния. Его формирование связано с гренвильским горообразованием, которое началось 1,2 миллиарда лет назад и закончилось через 300 миллионов лет. Этот грандиозный процесс привел к объединению всех континентальных блоков Земли. Родиния просуществовала около 100 миллионов лет, после чего начался ее распад. Процессы как образования, так и распада суперконтинента сопровождались интенсивным гранитоидным магматизмом.
Таким образом, позднедокембрийские магматические комплексы сиалических массивов западной части Центрально-Азиатского пояса, аналоги которых обнаружены и на других материках, могут рассматриваться в качестве фрагментов суперконтинента Родиния.
Беседовал
Василий ЯНЧИЛИН
Фото предоставлено А.Третьяковым
Нет комментариев