Геологи описали состав и происхождение «преображенных» пород возвышенности в Южной Сибири
Базальты и серпентиниты офиолитовой зоны Салаира. Обнажение около села Целинное Алтайского края
© Федор Жимулев
Породы, расположенные в зонах столкновения литосферных плит, например, на месте Салаирского кряжа в Южной Сибири, служат ценным источником информации о том, как формировалась континентальная кора. Ученые выяснили, что метаморфические — формировавшиеся на глубинах более 30 километров — породы Салаирского кряжа в Южной Сибири происходят из габбро — породы в составе надвигающейся литосферной плиты. Это указывает на то, что фрагменты надвигающейся плиты, включающие габбро, «затягивались» в глубинные слои коры при погружении одной литосферной плиты под другую. Там под действием высоких температур и давления габбро было преобразовано в гранатовые амфиболиты. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале «Геодинамика и тектонофизика».
На территории Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края расположена низкогорная возвышенность — Салаирский кряж. В состав земной коры Салаирского кряжа входят древние лавы, образовавшиеся около 500 миллионов лет назад над зоной погружения одной литосферной плиты под другую в условиях древнего океана. К таким породам древней океанической коры относятся офиолиты — они включают базальты, габбро и перидотиты. Места выхода таких пород на земную поверхность называются офиолитовой зоной. Именно эти участки указывают на то, что современный Салаирский кряж миллионы лет назад был дном океана. Поэтому исследование этих пород позволяет восстанавливать историю древнего океана, развитие которого привело к формированию континентальной земной коры Салаирского кряжа.
Кроме офиолитов, на территории Салаирского кряжа есть родственные им амфиболиты — породы, состоящие из минералов амфибола, кварца, плагиоклаза и граната. Их называют метаморфическими, поскольку они формировались на больших глубинах (до 30 километров) и там видоизменялись под действием давления, высоких температур, газов и жидкостей в составе коры. Реконструкция исходной породы (протолита), из которой произошли метаморфические породы, позволяет лучше понять процессы перемещения вещества внутри земной коры.
Ученые из Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения РАН (Новосибирск) изучили химический состав амфиболитов, чтобы определить, какая порода могла служить их предшественником.
Авторы собрали девять образцов амфиболитов Салаирского кряжа и проанализировали их структуру и химический состав. Особое внимание авторы уделили тому, в каких количествах в породах содержатся титан, иттрий, цирконий, ниобий и иттербий. Эти химические элементы интересны потому, что их содержание в породе не меняется даже при нагреве, давлении, высоких температурах и других воздействиях, оказывающих влияние на химический состав материала.
Оказалось, что содержание редких элементов в амфиболитах в точности соответствует их распределению в породе габбро из офиолитовой зоны Салаирского кряжа. Это говорит о том, что в процессе погружения одной литосферной плиты под другую габбро «затягивалось» в зону субдукции. Это значит, что погружающаяся литосферная плита увлекала с собой породу из той плиты, которая оставалась сверху. Такой процесс называют тектонической эрозией, и его свидетельства в геологической истории Земли до сих пор редки. Учет процессов тектонической эрозии в геологическом прошлом изменяет представления об обмене мантии и земной коры веществом и энергией, а также позволяет пересмотреть существующие оценки скорости и динамики образования континентальной земной коры над зонами столкновения литосферных плит.
«В последнее время ученые получают все больше свидетельств проявления тектонической эрозии в геологическом прошлом. Новые находки меняют все представления о скорости и динамике роста континентальной коры как в целом, так и в отдельных складчатых областях — горных районах. В дальнейшем мы планируем подробнее изучить условия формирования метаморфических пород Салаира и датировать время метаморфических преобразований», — рассказывает Федор Жимулев, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геодинамики и магматизма Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения РАН.