Вбивая золотые гвозди

Борис Чувашов

Ученые Института геологии и геохимии УрО РАН заканчивают исследование пермского периода жизни Земли. Знания о климате и изменениях на планете 300 — 250 млн лет назад дают дополнительный инструмент для определения расположения месторождений полезных ископаемых без затрат на геологоразведку

На столе перед заведующим лабораторией стратиграфии и палеонтологии Института геологии и геохимии УрО РАН Борисом Чувашовым лежит вся история жизни нашей планеты — Международная стратиграфическая схема. Летом этого года уральские геологи продемонстрировали итоги биостратиграфического обоснования (строится на основе эволюции ископаемых организмов) ярусов нижнего отдела пермской системы на западном склоне Урала. Границы слоев, составляющих нижний западноуральский отдел системы, распознаны в глобальном масштабе — определено расположение этих слоев на всей планете. Полученные сведения позволяют уточнить лик планеты 300 — 270 млн лет назад.

— Взгляните, — Борис Иванович раскладывает схему перед нами. — Ярусы, напротив которых нарисованы золотые гвоздики, полностью исследованы: прилагается список найденных организмов, по которым эти слои пород можно отличить от других, определен их возраст. Если гвоздика нет, обоснование этого рубежа еще впереди. Вот только что из таможни звонили: мы отправили коллегам из Международного института изучения пермской системы (город Бойсе, штат Айдахо, США) образцы пород. Они готовят последнюю часть работы: определяют абсолютный возраст нижних границ ярусов.

Как только придут данные из-за океана, в нижний ярус пермской системы будут «вбиты» последние гвоздики.

Было теплее

— Борис Иванович, почему исследования пермской системы особенно активны на Урале? Геологические образования того времени можно найти и в других странах.

— Обнажения ярусов пермской системы (перми) наиболее полно представлены на западном склоне Уральского хребта. Именно здесь в 1841 году этот период жизни Земли выделен английским геологом Родериком Мурчисоном. Разрез пермской системы на Урале привлекает внимание исследователей из США, Китая и других стран: там породы, образовавшиеся в ранней перми, не могут служить справочным эталоном из-за глубокого залегания, кроме того, они не содержат достаточного биологического материала для определения границ ярусов.

— Исследования пермской системы проводились и раньше, чем вам удалось дополнить результаты коллег?

Карта современной Русской равнины 300 — 280 млн лет назад (ассельский век). Красным показана суша, синим и черным глубоководные впадины. Белая и желтая штриховка — мелководное море с различными отложениями

— Мы создали модель развития Восточно-Европейского бассейна, нынешней Русской равнины. Еще до нас было известно, что на этой территории располагалось море. Мы определили границы суши в разные века пермского периода. В ранний ассельский век морской бассейн простирался от гор Палеоурала (древнего Уральского хребта) почти до меридиана Москвы, в следующий, сакмарский, век западная граница моря стала ближе к Уралу почти вдвое. А к началу поздней перми (270 млн лет) море покинуло европейскую часть современной России.

Исследуя фауну того периода, мы установили, что среднегодовая температура на юге Русской равнины и западном склоне Уральских гор 300 млн лет назад достигала 28 градусов по Цельсию. В северной части было на два-три градуса холоднее, точных измерений пока нет. Это температура субтропиков, значит, положение материков относительно оси Земли и полюсов было другим.

— Как менялась современная Русская равнина в пермский период?

— Она поднималась из-за преобразований в мантии. В кунгурский век (276 — 270 млн лет назад) из-за высокой температуры вода постепенно выпаривалась, становилась все более соленой. Так появились месторождения гипса и солей. Крупнейшее из них, Верхнекамское калийное, находится в нынешнем Пермском крае, там расположены города Соликамск и Березники.

В итоге к началу кунгурского века Русская равнина превратилась в огромную лагуну: вся ее территория была занята теплым морем. К началу поздней перми здесь уже была пустыня, море стояло у ее северных и южных границ. Уральские горы до середины артинского века были достаточно высокими, как, например, на Кавказе, а в конце перми превратились в холмы.

— Почему они уменьшились?

— Главный фактор — вертикальные движения Русской и Западно-Сибирской равнин. Так, Западная Сибирь в пермский и триасовый периоды (250 — 203 млн лет назад) была приподнята, но в среднеюрскую эпоху (175 млн лет назад) началось ее погружение: с этого момента и до настоящего времени на севере Западной Сибири накопилась толща осадков порядка 10 километров. Учеными установлено, что 10 — 15 тыс. лет назад Обь впадала в Северный Ледовитый океан на широте нынешнего Южного острова Новой Земли. Сейчас устье расположено намного южнее, на уровне Северного полярного круга. И погружение продолжается.

Места надо знать

— С помощью каких методов вы определяете границы и возраст ярусов?

— Основной метод — изучение распределения ископаемых остатков многочисленных раковинных организмов в различных слоях платформы. Есть еще очень маленькие и быстро меняющиеся организмы — конодонты. Их изучение помогло повысить точность границ ярусов. Мы отбирали образцы породы через каждые 20 — 30 сантиметров, дробили до размеров четверти спичечного коробка и растворяли в уксусной кислоте. Рубежи существенного изменения морфологии конодонтов — основание для проведения границы ярусов. Эта работа выполнена моим коллегой, главным научным сотрудником нашей лаборатории доктором наук Владимиром Черных.

Корреляционный потенциал (возможность прослеживания) такой границы затем проверяется на серии разрезов в разных частях планеты. Метод расчленения осадочных толщ по ископаемым организмам или их частям называется биостратиграфией. Это относительный метод определения возраста по соотношению в пространстве слоев с определенной фауной.

Абсолютный (в годах) возраст породы можно определить, зная скорость превращения урана в свинец. Чем меньше содержание свинца по отношению к урану (ниже степень распада урана), тем моложе порода. Специальный прибор по соотношению этих элементов с точностью до 0,1% определит возраст яруса.

— Как геологоразведчики пользуются плодами вашей работы?

— Изучение на различных территориях отдельных слоев и определение ярусов позволяет нам, если мы нашли какое-то месторождение, точно сказать, где и на каком уровне нужно искать другое месторождение этого же ископаемого. Так, в ходе исследования мы обосновали месторождения фосфоритов на территории Башкирии с прогнозными запасами в 17 млрд тонн.

В наши цели это не входит, но иногда мы открываем новые месторождения. Вот где-то пробурили скважину, нашли нефть на определенной глубине. Мы можем рассчитать возраст этого нефтеносного слоя и целенаправленно пробурить скважину на том же стратиграфическом уровне. С высокой вероятностью там можно обнаружить еще одно нефтяное месторождение. Такие выводы можно сделать для любых осадочных полезных ископаемых.

Дополнительные материалы: 

О пермской системе

Земля покрыта комплексом осадочных отложений, которые по международной шкале ранжируются по возрасту. Выделяют:
— архейскую эру (4,6 — 2,7 млрд лет назад, возникновение бактерий и одноклеточных водорослей);
— протерозойскую эру (2,7 млрд — 550 млн лет назад, зарождение многоклеточных);
— палеозойскую эру (550 — 230 млн лет назад, появление первых пресмыкающихся);
— мезозойскую эру (230 — 70 млн лет назад, возникновение млекопитающих и птиц);
— кайнозойскую эру (началась 70 млн лет назад, появление человека).

Пермская система — последняя (шестая) система палеозойской группы палеозойской эры. Она начала формироваться примерно 300 млн лет назад, ее продолжительность — 55 млн лет. Система следует за каменноугольным периодом палеозойской эры и предшествует триасовому периоду мезозойской эры.

Пермская система делится на верхний и нижний отделы. Нижний составляют (по хронологии) ассельский, артинский, сакмарский, кунгурский ярусы; верхний — уфимский, казанский и татарский ярусы

Подготовил Роман Быков