Жизнь и путешествия Сибирского кратона, зафиксированные им самим

Сибирь и Северная Америка когда-то были настолько близки, что буквально рука об руку входили в состав древнего суперконтинента. Затем пути платформ разошлись, и между ними раскрылся Палеоазиатский океан. История в чем-то даже трагичная, но с хорошим концом — в отдаленном грядущем, как уверяют ученые Института земной коры СО РАН (Иркутск), эти кратоны снова будут вместе.

В целом ничего необычного в таком поведении тектонических структур нет. Плиты постоянно двигаются, перемещаются друг относительно друга, соединяются и разъединяются, образуя континенты и суперконтиненты. Последние распадаются — и запускается новый цикл. Всё это напоминает конструктор, который каждый раз можно собрать или по старому образцу, или по-новому. 
 
«Основные механизмы, ответственные за развитие Земли, перемещение плит, образование и распад суперконтинентов — это процессы спрединга (рифтогенеза), субдукции, а также мантийные плюмы», — отмечает директор ИЗК СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Петрович Гладкочуб. 

 Формирование суперконтинентов  происходит примерно так: в зонах субдукции поглощается океаническая кора, литосферные плиты соединяются друг с другом и некоторое время существуют совместно. Наиболее яркий и широко известный пример — Индийская плита, примкнувшая к Евразии. За распад суперконтитентов нужно благодарить процессы рифтогенеза — под воздействием мантийного плюма или вещества мантии идет раздвижение плит. Таким образом Южная Америка и Африка превратились в два отдельных объекта, и между ними теперь воды Атлантического океана. Собственно, совпадение контуров их побережий и стало той искрой, из которой возгорелось пламя гипотезы о существовании суперконтинентов.
 

Официально считается, что первым человеком, выдвинувшим эту гипотезу, был выдающийся немецкий ученый Альфред Вегенер. В 1912 году он написал труд «Происхождение континентов» и для своих реконструкций использовал несколько основных аргументов: упомянутое совпадение линий побережья Африки и Южной Америки, а также сопоставление отдельных видов фауны и флоры, что позволило высказать догадку о том, что раньше оба континента входили в состав одного, гигантского суперконтинента. Недавно выяснилось: еще до Вегенера в 1858 году французский монах Пелегрини опубликовал книгу «Создание и обнародование тайн», где высказывал ту же мысль.

 
Как известно, геологи, занимающиеся тектоникой, относятся к тем исследователям, чье понятие о прошлом подразумевает не тысячи и не десятки тысяч, а миллионы и миллиарды лет. Суперконтиненты полностью поддерживают ученых в таком масштабном летоисчислении — они существовали очень, очень давно. Однако специалисты, используя ряд доказательных методов, способны реконструировать даже столь отдаленный по времени облик земного шара. Например, использованное Вегенером выделение нескольких индикаторных видов животных и растений, которые в настоящее время обитают на разных континентах. Очевидно, что их миграция через обширные океаны невозможна, и путем таких корреляций доказывается: некогда они существовали в пределах одного общего континента. Еще один метод — палеогеографический. Выясняются природные условия, существовавшие в период накопления осадочных пород, и по их сопоставлению становится очевидно: если фрагменты отложений, например, ледников в настоящее время находятся на экваторе, значит, эти плиты были перемещены от полюса в экваториальные области. 
 
«Палеомагнитный метод, — перечисляет Дмитрий Гладкочуб, — очень детально, хорошо доказанный. Он подразумевает, что во время остывания горных пород все магнитные минералы ориентируются, как стрелка компаса, на север, соответственно, в зависимости от того, в каком положении эта намагниченность присутствует в современных блоках, можно определить перемещение последних». 

Очень широко используется сейчас метод finger-prints, название которого переводится как  «отпечаток пальца»: изучаются геологические комплексы, которые в настоящее время находятся на разных, удаленных друг от друга континентах. Это словно игра «Найди пару» — и с помощью таких поисков можно провести реконструкцию и показать, что когда-то все эти фрагменты слагали одно общее целое, то есть одну тектоническую литосферную плиту.
 
Кроме того, ученые применяют и изотопную геохронологию — по содержанию изотопов ряда элементов определяют возраст горных пород и индикаторных геологических комплексов. Каждый минерал в момент своего образования накапливает и сохраняет данные о той обстановке, в которой он сформировался. Изучая, в частности, цирконы, можно разгадать и проследить геологическую историю. А по геохимическим характеристикам пород исследователи способны понять, возникли они на континентах, в океанах, в процессе субдукции или распада суперконтинентов.
 
Используя эти методы, геологи ИЗК СО РАН доказали: прежние представления о жизни и странствиях Сибирского кратона были не совсем верными. «До того как мы начали свою работу, предполагалось: в архее, то есть уже два с половиной миллиарда лет назад, наш кратон существовал в пределах древнего архейского суперконтинента, — говорит Дмитрий Гладкочуб. — Были гипотезы о том, что Сибирь входила и в структуры суперконтинентов докембрийских, построенные умозрительно, без геологических и геохронологических данных. Мы этот пробел убрали». 
 
Выполнить необходимые исследования было непросто. Областей Сибирского кратона, где можно провести геологические наблюдения и полевые работы — по пальцам перечесть. Всё остальное покрыто чехлом из осадочных пород. Обнажения докембрийского фундамента располагаются на севере, где условия не самые комфортные. Еще одна пригодная точка — геологические комплексы на юге кратона, на Байкальском выступе.  «А вот, например, входящий в состав платформы Алданский щит сильно переработан в мезозое, и древнюю историю там восстановить практически невозможно», — добавляет Дмитрий Гладкочуб.

Тем не менее иркутские ученые выяснили: в архее Сибирского кратона вообще не существовало! Это сейчас наша платформа представляет собой единое целое, а в те далекие времена в разных частях света медленно дрейфовали отдельные ее участки. «Мы исследовали изотопные характеристики основных блоков южной части Сибирского кратона, нашли фрагменты океанической коры, которая показывает, что между соседними блоками некогда простирались океаны, и по изотопным характеристикам было установлено: все эти блоки до определенного времени образовывались в разных геодинамических условиях и развивались совершенно независимо друг от друга», — комментирует Дмитрий Гладкочуб.
 
Таким образом, когда-то это были разрозненные плиты и микроплиты, и объединение всех блоков в единую структуру, которая сейчас и называется Сибирским кратоном или Сибирской платформой, произошло на рубеже 1,9 млрд лет назад. Эти события фиксируются гранулитами и определенными типами гранитоидов.
 
«Для рубежа около двух миллиардов лет назад мы получили палеомагнитные данные, позволившие выдвинуть гипотезу: предположительно, южный фланг Сибирского кратона располагался около северного края Североамериканского». На этой же хронологической точке мы увидели и суперконтинент», — рассказывает Дмитрий Гладкочуб.
 
Далее надо было искать доказательства либо распада, либо существования этой большой структуры. Индикаторные геологические комплексы, которые показывают распад суперконтинентов, — рифты, трещины, заполненные магмой (дайки). Ученые исследовали Сибирский кратон с этих позиций от юга до севера и установили: после образования нашей платформы и палеопротерозойского суперконтинента никаких серьезных процессов растяжения вплоть до отметки в семьсот миллионов лет назад не происходило. Словом, и суперконтинент, и кратон жили достаточно скучной обывательской жизнью — причем долго, более одного миллиарда лет. «Мы выявили этот феномен и назвали его super-gap (супер-перерыв). Вслед за нами его поименовали «скучным миллиардом», — комментирует Дмитрий Гладкочуб. — Подобные особенности развития  потом были установлены для Северной Америки. Над объяснением причин этого явления сейчас работает весь мир, но первые результаты были получены нами именно при изучении Сибири и опубликованы в журнале American Journal of Science».
 
Что касается распада древнего суперконтинента — это хорошо зафиксировано определенными горными породами. Произошло событие примерно 700 миллионов лет назад. «Наша гипотеза в ходе большой совместной работы нескольких научных коллективов получила подтверждение. Статья вышла в этом году в журнале Nature Geoscience, — говорит Дмитрий Гладкочуб. — В ней показано: геологические комплексы, которые мы находим на южной части Сибирского кратона, очень хорошо соотносятся с теми, что характерны для северной части Североамериканского кратона. То же самое — на интервале времени от 1,9 миллиарда лет назад до 0,7. То есть миллиард с лишним лет обе платформы входили в состав единого суперконтинента, площадь которого превышает 25 миллионов квадратных километров. Где-то 600 миллионов лет назад кратоны разошлись, и между ними открылся Палеоазиатский океан». 

 Если говорить о практическом приложении таких фундаментальных знаний, то, в первую очередь, эта информация используется в целях металлогенического прогноза. Другими словами: раз мы знаем о месторождении полезных ископаемых определенного типа на одном кратоне, то тот кратон, который располагался поблизости, тоже может содержать те же виды полезных ископаемых. В частности, целый ряд месторождений, характерных для южного фланга Сибирского кратона, встречается и на севере Североамериканского: никель, медь, платина, редкоземельные металлы.  
 
Результаты, наработки и модели, полученные иркутскими учеными, также позволяют предсказать, как континенты будут располагаться друг относительно друга в геологическом будущем. «Прогноз на 250 миллионов лет вперед сделан, — заявляет Дмитрий Гладкочуб. — Сибирский кратон снова соединится с северной частью Североамериканского, завершится определенный цикл, и образуется новый суперконтинент. Собственно говоря, теперь это уже не вызывает никаких дискуссий. А через 30 миллионов лет Япония присоединится к России. Осталось лишь немного подождать этого события».
 

Доклад Дмитрия Гладкочуба «Роль Сибирского кратона в эволюции суперконтинентов на докембрийском этапе развития Земли» был сделан в ходе научной сессии Общего собрания СО РАН. 

Источник: «Наука в Сибири»