Знакомый облик нашей планеты, который мы все привыкли видеть на карте или глобусе, не всегда был таким. И в далеком будущем, кстати, он тоже изменится. За это ответственны так называемые суперконтинентальные циклы — интервалы времени между последовательными объединениями всей суши планеты в единый континент. В последний раз континенты объединялись примерно 300 млн лет назад, в эпоху палеозоя. Тогда сформировался известный всем суперконтинент Пангея. Но были и более древние суперконтиненты. Сейчас ученые всего мира пытаются реконструировать геологическую историю Земли. Директор Института земной коры СО РАН Дмитрий Гладкочуб рассказывает о современной геологии, древнем суперконтиненте Родинии и роли Сибирского кратона в реконструкции геологических процессов на Земле.

— Что изучает современная геология?

— Современная геология — наука мультидисциплинарная. В настоящее время она объединяет целый ряд естественных наук и новейшие технологии сбора, обработки и интерпретации данных. Поэтому сегодня диапазон исследований в геологии крайне широк.

Студентам и аспирантам мы пытаемся показать, что человек с различными интересами (главное, чтобы был интерес к науке и исследованиям) может найти себе место в геологии. Ведь история Земли охватывает более 4,5 миллиардов лет. Это невероятный объем разных областей изучения: глубинного строения планеты от древних времен до современных процессов, происходящих на поверхности — землетрясений и других опасных явлений. Кому-то нравится палеонтология, раскопки, поиск остатков древних существ. Кому-то по душе изучение вопросов возникновения месторождений полезных ископаемых. Кого-то интересует, как образовались гидроминеральные ресурсы Земли. Все эти направления объединяет геология.

Сегодня благодаря аналитическим методам серьезно продвинулось изучение ранней истории Земли. Достоверно доказано, что Земля имеет возраст около 4,54 миллиарда лет. Много интересного можно найти в начале истории Земли: катастрофическое событие планетарного масштаба — столкновение с гипотетической планетой Тейя, образование ядра, мантии и первой земной коры, появление первых форм жизни — различных прокариот и прочих простейших существ. Во многом это стало возможным за счет применения новых методов геохронологии, т.е. изотопного датирования, которые помогают определить возраст, или время проявления тех, или иных событий в геологической истории Земли. Всё это крайне интересно. Своего рода, детектив, когда по отдельным фрагментам, по отдельным сохранившимся записям можно восстановить процессы и события, которые происходили на нашей планете от далекого прошлого до наших дней.

Трилобиты — класс вымерших морских членистоногих, имевший большое значение для фауны палеозойских образований земного шара. Источник: Wikipedia. Изображение: Klipartz

Аммониты — подкласс вымерших головоногих моллюсков, существовавших с девона по мел. Своё название аммониты получили в честь древнеегипетского божества Амона с закрученными рогами. Аммониты вымерли в ходе мел-палеогенового вымирания. Источник: Wikipedia. Изображение: Klipartz

— Известно, что в 2019 году Институт земной коры стал победителем конкурса мегагрантов министерства науки и высшего образования России. Каковы главные цели и задачи исследований? Связаны ли они с тематикой суперконтинентов, над которой вы работаете?

— Действительно, в 2019 году Министерство науки и высшего образования России объявило конкурс мегагрантов. Было подано порядка 360 заявок. И только 36 из них были поддержаны. Конкурс был достаточно серьезный. Принимали участие не только академические институты, но и вузы, отдельные научно-производственные организации. В общем конкуренция была большая, а критерии очень жесткие. Для участия требовалось наличие коллектива, имеющего мировую известность, накопленный опыт и определенное количество молодых исследователей. Среди заявок, связанных с науками о Земле, только два проекта было поддержано, и один из них — проект нашего института.

Название гранта — «Орогенез. Образование и рост континентов и суперконтинентов». Орогенез — это процесс роста гор. Горы растут, когда континенты друг с другом сближаются или сталкиваются. В результате этих событий вырастают горные системы. Процессы горообразования очень многообразные и разноплановые. Например, Тибетское плато образовалось в результате столкновения Индостанской плиты с Евразийской плитой. Так возник облик современной Евразии. Этот пример наиболее отчетливо характеризует процесс орогенеза, который продолжается до сих пор.

В рамках мегагранта мы изучаем древние процессы и события, которые приводили к формированию суперконтинентов геологического прошлого, но эти же процессы актуальны и в настоящее время, формируя современные континенты, в том числе, Евразию.

История становления Евразии в том виде, каком она сейчас существует, уходит корнями глубоко в раннюю историю Земли. Потому что Евразия, как и большинство современных континентов, состоит из древних фрагментов континентальной коры — кратонов.

Определение возрастов цирконов методами изотопной геохронологии показало, что самые ранние процессы формирования земной коры могли начаться на планете около 4,4 млрд лет назад. В последующем из этих «островков» самой ранней земной коры были образованы более крупные структуры — террейны, которые, в последующем, объединялись в еще более крупные структуры — супертеррейны. Последние, примерно 2 млрд лет назад и сформировали те самые кратоны, которые стали главными составляющими частями (блоками) древних и современных континентов.

В зонах активного взаимодействия древних кратонов возникали горные сооружения. Образовавшиеся континенты какое-то время развивались независимо друг от друга. Но в истории Земли отмечается несколько важных периодов геологической истории, когда континенты сближались друг с другом и объединялись в единые общие структуры, которые, собственно говоря, и получили название суперконтинентов. Как раз наш Сибирский кратон можно считать основным в структуре современной Евразии.

— Когда возникла гипотеза о существовании суперконтинентов?

— Теория образования суперконтинентов зародилась еще в начале прошлого века с первых гипотез, которые высказал Альфред Вегенер в 1912 году. Вегенер также много говорил о развитии тектоники плит, но теория не получила распространения, и эту идею надолго забыли. Только через 50 лет, в 1962-м году к этим идеям вернулись вновь, когда стало ясно, что плиты перемещаются друг относительно друга, а наша планета разделена на восемь основных тектонических плит, которые постоянно мигрируют. В эти плиты и впаяны древние кратоны.

Перемещение тектонических плит время от времени приводит к сближению континентов, которые объединяются в суперконтиненты. Но до сих пор ведутся споры о дефинициях, о том, что можно назвать суперконтинентом. Изначально распространялось довольно примитивное толкование: суперконтинент — это все континентальные блоки, объединенные в общую структуру. Затем научное сообщество приняло более мягкую формулировку: суперконтинентом можно считать континентальную кору, 70% которой объединено в общую структуру. Самую современную формулировку высказали в 2019 году: суперконтинент — это структура, которая своим строением влияет на распределение потоков тепла, воздушных масс Земли и так далее. Это крупная структура, но не обязательно объединяющая в себя все континентальные блоки. Евразию в настоящий момент, исходя из определения 2019 года, можно считать суперконтинентом.

В целом идея суперконтинентов достаточно молодая и активно развивающаяся. Поэтому именно эту тематику мы решили рассмотреть, когда подавали заявку на мегагрант.

— Какие данные и результаты наблюдений свидетельствуют о том, что древние суперконтиненты действительно существовали?

— Всё началось в начале прошлого века с чисто гипотетических сопоставлений контуров восточного побережья Южной Америки и западного побережья Африки. Если сопоставить контуры двух континентов, то можно увидеть некое совпадение границ. Но в дальнейшем появились и другие доказательства в пользу этой гипотезы. Стали широко применяться геологические корреляции, когда одни и те же горные породы прослеживаются с одного континента на другой.

На это указывают и палеонтологические характеристики. По фрагментам древних животных или фауны восстанавливали близость континентов, которые в настоящее время разнесены друг от друга на тысячи километров из-за того, что между ними открылись океаны.

Современные данные основаны на изучении палеомагнитных характеристик горных пород. Это позволяет реконструировать положение на геоиде, то есть на Земле, того или иного кратонного блока или континента в определенный период времени.

И, конечно, существование суперконтинентов подтверждается геологическими корреляциями, сопоставлением геологических процессов, которые проявлялись на площади единого общего суперконтинента. Существующий сегодня объем данных можно рассматривать как надежное доказательство, что когда-то континенты находились рядом, а затем отделялись друг от друга. Между ними открылись океанические бассейны, но тем не менее они в свое время были частями единой гигантской по своим масштабам общепланетарной структуры.

В настоящее время известны восемь этапов образования суперконтинентов. И если существование «молодых» суперконтинентов обосновано достаточно хорошо, то о существовании таких структур на ранних этапах развития Земли известно крайне мало, а доказательств почти нет.

— Изменится ли современное положение привычных нам континентов, если основываться на теории суперконтинентальных циклов?

— Уже сейчас можно заметить, что Красноморский рифт открывается, соответственно, Африка ответвляется от Евразии. Атлантический океан расширяется, Тихий океан сужается. Индостан движется на север и, как утюг, бороздит Евразийскую плиту, что вызывает рост Тибетского плато в том числе.

Все современные наблюдения основаны на палеомагнитных данных скорости и направления перемещения. Спутниковая геодезия или GPS-геодезия позволяет достаточно надежно определить, какая плита в каком направлении с какой скоростью движется. Поэтому существующие модели и гипотезы имеют под собой физическое обоснование. Это не фантастика, а многолетние наблюдения за перемещением плит. Согласно этим моделям, примерно через 30 миллионов лет японская островная дуга присоединится к Дальневосточному побережью России.

К примеру, Байкал открывается примерно на четыре миллиметра в год. В масштабах геологического времени, возможно, что внутри Евразийского континента сначала откроется внутренний морской бассейн, а дальше не исключено, что вновь произойдет разъединение Сибирской и Амурской плит, а между ними откроется океанический бассейн. Процессы эти не прекращаются ни на минуту, и мы можем ощущать это наблюдая за землетрясениями, т.е. за сейсмическими событиями, маркирующими перемещение плит друг относительно друга. Земля меняет свой облик. Она не статична. И если привычные для нас очертания континентов и океанов изображены на глобусе, то это не значит, что так было и так будет всегда, и современный облик планеты это лишь временное явление.

— Вы принимали участие в Международной программе ЮНЕСКО, посвященной изучению образования и распада древнего суперконтинента Родинии, и отвечали в проекте за Сибирский кратон. Что вам удалось выяснить? Когда и как он образовался?

— В программу международной геологической корреляции ЮНЕСКО «Формирование и распад суперконтинента Родиния» (Assembly and breakup of Rodinia supercontinent) мы с коллегами попали в начале 2000-х годов. На тот момент это была достаточно революционная программа по изучению Родинии — древнего суперконтинента, о времени образования которого до сих дискутируют, хотя считается, что он существовал примерно миллиард лет назад, а 700 миллионов лет назад начал распадаться.

Интересно само происхождение слова «Родиния». За основу взято русское слово «Родина». Считалось, что Родиния — это некий прообраз единого суперконтинента — родины всех кратонов, которые туда входили. Название прижилось, и его стали повсеместно использовать. 

В рамках международного проекта ЮНЕСКО участники ежегодно проводили совещания в различных странах и, главное, на различных континентах, которые в свое время входили в Родинию. Ученые из 30 стран мира представляли полученные результаты, каждый по своему кратону или по местной горной системе. Эти результаты затем вносили в единую базу данных, которая объединяла элементы в единую структуру и позволила сделать общую реконструкцию (карту) суперконтинента. Мы с коллегами отвечали за Сибирский кратон и в рамках этого проекта изучали, в том числе, и процессы образования нашего кратона и выяснили, что образовался он на рубеже около двух миллиардов лет назад путем объединения в единую общую структуру нескольких основных супертеррейнов. После своего образования, практически сразу Сибирский кратон вошел в структуру древнего палеопротерозойского суперконтинента Колумбия (или Нуна, согласно различным авторам). Затем к этому древнему суперконтиненту присоединялись другие кратоны, что и завершилось, собственно, образованием суперконтинента Родинии около 900 миллионов лет назад. То есть прообразом Родинии стал, как мы его называем, Сибирско-Североамериканский суперконтинент, где были объединены в общую структуру Североамериканский и Сибирский кратоны. В дальнейшем, уже вокруг них формировалась Родиния. Именно поэтому роль Сибирского кратона в реконструкции процессов образования древних суперконтинентов, по истине, ключевая.

— Существует ли некий прикладной аспект в изучении древних кратонов, в том числе Сибирского, который вы на протяжении долгих лет изучали?

— Прикладной аспект очевиден. Суперконтинентальные циклы или последовательность образования и распада суперконтинентов характеризуются определенными геологическими процессами, возникновением особых геодинамических обстановок. Например, там, где закрываются океанические бассейны и формируются суперконтиненты, развиваются геологические комплексы с одной металлогенической спецификой. Когда происходит распад суперконтинентов, то есть процесс растяжения, открытия новых бассейнов, то складываются другие условия и накапливаются другие виды полезных ископаемых.

К стадиям образования суперконтинентов наиболее часто приурочены проявления золоторудных процессов, а также месторождения бериллия, бора, меди, молибдена и ртути. Распад суперконтинентов сопровождается образованием гигантских месторождений меди, никеля, кобальта. А когда открываются новые бассейны, возникают обстановки так называемых пассивных окраин, где на шельфах активно накапливаются углеводороды, формируя месторождения нефти и газа.

Реконструкции суперконтинентов позволяет определять эпохи формирования крупных месторождений полезных ископаемых. Если на одном кратоне, который входил в единую структуру того или иного суперконтинента, обнаружены месторождения, то с большой долей вероятности, аналоги этих месторождений могут быть обнаружены на других кратонах, располагавшихся вблизи с ним в структуре суперконтинентов.

Отматывая пленку геологической истории на многие миллионы лет назад, можно восстановить не только взаимное положение кратонов и континентов, но и выявить характер рудообразующих процессов для различных блоков, которые сейчас разделены друг от друга тысячами километров.

— Расскажите о вашем институте. В каких направлениях ведутся исследования?

— Исторически сложилось, что Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук одним из первых в стране стал заниматься проблематикой суперконтинентов. Эту тему мы продолжаем развивать и сегодня. Сейчас мы изучаем еще более древние суперконтиненты, которые образовались до Родинии. Тем не менее, это лишь одно из направлений исследований в нашем институте.

Институт был создан в 1949 году и стал первым институтом геологического профиля в Сибири. По сути наш институт был создан задолго до появления Сибирского отделения РАН.

Создавался он как раз в рамках реализации стратегии развития минерально-сырьевых ресурсов Восточной Сибири и был ориентирован на изучение геологии и месторождений полезных ископаемых. Поэтому с самого начала в институте закладывалась рудная тематика, в том числе, ориентированная на изучение месторождений золота. Первооткрывателем крупнейшего в России золоторудного месторождения «Сухой Лог» стал сотрудник института В.А. Буряк. Под руководством первого директора института члена-корреспондента Академии наук СССР М.М. Одинцова проводились алмазопоисковые работы, приведшие к открытию Якутской алмазоносной провинции, одной из крупнейших в мире.

Сотрудники института осуществляли научное сопровождение масштабных работ при строительстве каскада Ангарской ГЭС и Байкало-Амурской магистрали, за что были удостоены премии Совета министров Советского Союза за серию монографий и других научных работ по БАМу. И в настоящее время научный мониторинг ГЭС, водохранилищ и отдельных объектов критической инфраструктуры БАМ продолжается в сотрудничестве с РЖД и энергетическими компаниями, эксплуатирующими гидроэлектростанции Ангарского каскада. 

Можно сказать, что направлений исследований в институте достаточно много, и все они интересны как с фундаментальной точки зрения, так и с прикладной.  Прямо сейчас продолжаются алмазопоисковые работы в Якутии, Иркутской области, в Красноярском крае. Продолжается изучение золоторудных месторождений. Новая тематика института включает в себя изучение месторождений углеводородов Восточной Сибири.

Многие вопросы научной деятельности института связаны с обеспечением безопасности наших сограждан. Иркутск, как и все Прибайкалье, располагаются в сейсмоопасной зоне. Соответственно, в сферу ответственности института входят и вопросы сейсмологии, сейсмогеологии, изучения опасных геологических процессов.

Отечественные фундаментальные исследования в сфере геологии проводятся на высоком международном уровне. Уже сейчас по уровню проводимых исследований в области наук о Земле Россия входит в пятерку ведущих стран мира. Да и прикладные аспекты опираются как раз на фундаментальные основы. Работы много, она разная и интересная. Суперконтиненты — это, конечно, хорошо, важно и интересно, но есть целый ряд других направлений исследований, которые не менее важны и актуальны. Спектр научных направлений под единым термином «геология» крайне широк, и каждый сможет найти в ней то, что интересно именно ему: от суперконтинентов геологического прошлого до месторождений полезных ископаемых, вулканов, современной тектоники и землетрясений.

Источник: Научная Россия