Ученые Института геологии КарНЦ РАН детально изучили строение, химический и минеральный состав железистых кварцитов Костомукшского месторождения и сделали выводы об условиях образования этих уникальных горных пород. Установлено, что самые древние железные руды района образовывались около 2,83 млрд лет назад в рифтовых долинах в пределах подводного океанического вулканического плато. Данные имеют важнейшее значение для реконструкции облика ранней Земли.
Самые древние из железистых кварцитов Костомукшского месторождения (BIF1).
Фото Натальи Нестеровой / Институт геологии КарНЦ РАН
Костомукшское месторождение железа – одно из крупнейших на северо-западе России. Его руда представляет собой полосчатые железистые кварциты (banded iron formation, сокр. BIF). Породы имеют тонкую полосчатую структуру: в одних слоях преобладает белый кварц, в других – серебристо-серый магнетит. Эти породы уникальны – они формировались только на древней Земле – с 4.0 до 0.5 млрд лет назад.
– Образование железистых кварцитов происходило преимущественно при окислении растворенного в морской воде двухвалентного железа (Fe2+), которое поступало в воду из гидротермальных источников, так называемых «черных курильщиков». На ранней Земле кислорода в атмосфере планеты практически не было, соответственно, его не было и в водах океана, поэтому железо не окислялось, а накапливалось в океанической воде в растворенной форме, как наша марциальная вода, например. Однако в отдельных зонах океана, где обитали древние колонии цианобактерий, появлялся кислород, который вырабатывался в процессе жизнедеятельности этих организмов. Здесь возникали «кислородные оазисы», где и происходило окисление небольшого количества железа, за счет которого формировались отдельные слойки будущих железистых кварцитов. Когда кислород заканчивался, осаждался только кремнезём, из которого образовались светлые (кварцевые) прослои BIF, – объяснила Наталья Нестерова, старший научный сотрудник лаборатории геологии и геодинамики докембрия Института геологии КарНЦ РАН.
Ученые Института геологии изучают железистые кварциты со времен открытия месторождения и внесли большой вклад в его освоение. Они выделяли три типа железистых кварцитов в породах Костомукшского пояса, которые отличались по составу и по положению в разрезе. Однако аналитические возможности и общие знания о нашей планете в прошлом веке не позволяли выяснить истинные причины установленных закономерностей.
Всестороннему исследованию современными прецизионными методами условий образования костомукшских железистых кварцитов посвящена новая работа ученых института. Они убеждены, что детальное изучение химического состава этих горных пород позволит получить новые научные знания о геологии и геодинамике ранней Земли. В этом году коллектив завершает исследование железистых кварцитов по гранту Российского научного фонда № 22-17-00026.
Как ранее пояснял автор исследования, руководитель лаборатории геологии и геодинамики докембрия Института геологии КарНЦ РАН Александр Слабунов, данный пласт железистых кварцитов наименее интересен для экономики, так как содержит меньше всего железа, однако представляет большой интерес для фундаментальной науки.
– В настоящее время остается нерешенным кардинальный вопрос геологии: какие геодинамические процессы обеспечивали формирование древней (архейской) зрелой континентальной коры, были ли они сходны с современными или существенно отличались, какова роль биологических систем. Изучение железистых кварцитов имеет важнейшее значение для понимания того, какой была обстановка в ту далекую геологическую эпоху, – рассказал Александр Слабунов.
В новой статье, опубликованной в научном журнале «Геохимия» (англоязычная версия – «Geochemistry International»), исследователи подробно описали самые древние из железистых кварцитов Костомукшского месторождения, образовавшиеся 2.87-2,83 млрд лет назад (BIF 1).
Химический состав этих пород указывает на то, что в морской воде, где они накапливались, отсутствовал кислород, однако окисление железа всё же происходило, что позволяет предположить, что иногда в бассейне повышалась концентрация кислорода, то есть возникал «кислородный оазис», вероятно, благодаря деятельности цианобактерий.
– Наши исследования также позволили установить, что BIF 1 образовывались в небольших рифтовых долинах внутри подводного океанического вулканического плато. Эта структура сформировалась под влиянием мантийного плюма – горячего потока магмы из глубины Земли, подобно современным Гавайским островам, – подытожила Наталья Нестерова.
Информация и фото предоставлены Службой научных коммуникаций КарНЦ РАН