Древние горные породы на побережье Белого моря хранят следы тектонических сдвигов, произошедших 2,7 миллиарда лет назад.

На севере Карелии можно найти редкие горные породы – эклогиты, представляющие интерес для ученых со всего мира. Карельские геологи обнаружили их в конце XX века. Это открытие сопоставимо с крупнейшими по значению мировыми геологическими находками последних десятилетий. Изучение эклогитов помогает ученым приблизиться к пониманию тайн древней Земли – прояснить детали начала движения тектонических плит и процессы формирования месторождений полезных ископаемых миллиарды лет назад. Возраст гридинских эклогитов, однако, остается предметом дискуссий в научной среде. Исследования специалистов Института геологии КарНЦ РАН свидетельствуют о том, что среди гридинских эклогитов есть образцы, возраст которых достигает архея – 2,7 млрд лет назад.

На заседании Ученого совета КарНЦ РАН 26 сентября с докладом об эклогитах Беломорья выступил научный сотрудник Института геологии КарНЦ РАН Олег Максимов. Его доклад был посвящен геодинамическим реконструкциям, позволяющим понять ранние этапы формирования Земли».

Эклогиты – это необычные горные породы, формирующиеся под воздействием высокого давления и умеренной температуры на глубине более 50 километров. Подобные условия возникают в зонах субдукции, где одна тектоническая плита погружается под другую. Этот процесс обычно сопровождается активным вулканизмом и землетрясениями, как, например, недавние извержения и толчки на Камчатке. Помимо этих заметных и ощутимых геологических процессов, происходят и менее очевидные: океанические породы, опустившись на значительную глубину и преобразовавшись в эклогиты, подобно движению по конвейерной ленте, возвращаются к поверхности. Сегодня их можно найти в различных регионах Земли. Чаще всего они встречаются в горных системах, например, в Гималаях, на Урале. Относительно молодые эклогиты, возраст которых составляет несколько десятков или сотен миллионов лет, встречаются довольно часто. Более древние, возрастом до 2 млрд лет, известны в Шотландии и Танзании. Эклогиты еще более древнего возраста – большая редкость, такие породы были обнаружены и описаны в конце XX века карельским геологом Олегом Володичевым в районе села Гридино на побережье Белого моря. Утверждение ученых о том, что возраст беломорских эклогитов может достигать 2,7 млрд лет, произвело эффект сенсации в научном сообществе.

– В начале XXI века началось активное изучение беломорских эклогитов, что вызвало споры о времени их образования. В результате были предложены три версии. Одна из них предполагает, что эклогиты образовались около 2,8 миллиарда лет назад. Другая – что их возраст исключительно протерозойский, приблизительно 1,9 миллиарда лет. Третья точка зрения, которую поддерживают сотрудники Института геологии КарНЦ РАН, заключается в том, что эклогитовый метаморфизм имел место дважды: в архейский период (2,7 миллиарда лет) и в протерозойский период (1,9 миллиарда лет), – пояснил Олег Максимов.

Олег Максимов является учеником ведущего научного сотрудника Института геологии и минералогии КарНЦ РАН, доктора геолого-минералогических наук Олега Володичева. Именно под его научным руководством Олег Максимов подготовил и в 2024 году защитил кандидатскую диссертацию, посвященную формированию Гридинского эклогитсодержащего комплекса. В ходе исследования молодой ученый представил дополнительные доказательства, подтверждающие двукратное проявление эклогитового метаморфизма в Беломорье. Для этого были проведены тщательное геологическое картирование Гридинского комплекса, а также петрологические и геохронологические исследования эклогитов.

Определение возраста имеет огромное значение. Если эклогиты могли образоваться более 2 миллиардов лет назад, то это указывает на то, что в архей, в древнейшую эпоху развития Земли, уже функционировали тектонические процессы, схожие с современными. Это позволяет более глубоко понимать происходившие на ранней Земле процессы, в результате которых сформировалась значительная часть земной коры, на которой мы сейчас живем, а также возникли многие полезные ископаемые, такие как, например, железные руды в Костомукше. Изучение эклогитов может способствовать более результативному поиску полезных ископаемых в докембрийских отложениях.

– Гранат и омфацит являются главными минералами, входящими в состав эклогитов. Исследование зональности граната можно провести по аналогии с изучением годовых колец деревьев. Анализируя последовательно зоны роста граната, удается реконструировать историю его изменений и, следовательно, преобразований породы. В гранатах, которые мы исследовали, выявлено трехзонное строение. Центральная часть – наиболее ранняя, она образовалась после первого эклогитового метаморфизма около 2,7 млрд лет назад. Промежуточная зона отражает еще один этап эклогитового метаморфизма, произошедший 1,9 млрд лет назад. И, наконец, внешняя часть указывает на подъем породы из глубины. Подобную картину можно наблюдать и в крупных кристаллах омфацита, – сообщил Олег Максимов.

Анализ химического состава горных пород и минералов предоставил информацию об условиях их образования: высокое давление, составлявшее 14-16 килобар, и температура в диапазоне 750-800 градусов.

Определение возраста формирования горных пород в современной геологии основано на изучении изотопов, возникающих в процессе радиоактивного распада. Минералы, такие как циркон, служат прекрасными носителями этих изотопов. Радиоизотопный анализ зерен циркона, обнаруженных в эклогитах, был проведен в центре изотопных исследований Института Карпинского в Санкт-Петербурге, используя единственный в России прибор, позволяющий установить возраст циркона в точке размером 25 микрон, а также в Пекинском университете (Китай). Эти исследования позволили подтвердить наличие двух этапов эклогитового метаморфизма. Научные публикации о находке архейских метаморфических цирконов в эклогитах публиковались в ведущих российских (« Петрология») и международных (Precembrian Research, Minerals) журналах.

– Все полученные данные отображены на диаграмме, демонстрирующей зависимость давления и температуры от времени формирования. Материалы исследований, охватывающие не только эклогиты, но и другие связанные породы, убедительно подтверждают наличие двух этапов метаморфических изменений в Гридинском комплексе: архейского и протерозойского. Согласно полученным данным, возраст более древних эклогитов составляет приблизительно 2,74 млрд лет. Впоследствии они оказались на поверхности, а около 1,9 млрд лет назад произошла повторная погружающая фаза для Гридинского комплекса на значительную глубину, что привело к новому этапу формирования эклогитов, – пояснил Олег Максимов.

По мнению Александра Степанова, заместителя директора Института геологии КарНЦ РАН, методологическая основа доклада заслуживает внимания:

– Работы Олега Максимова показали, что специалисты Карельского научного центра РАН используют передовые методы изучения метаморфических пород. Это открывает возможность для значительного прогресса в исследованиях не только эклогитов Гридино, но и других метаморфических пород, характерных для нашей уникальной территории.

– За первые три месяца XXI века геологическая наука обогатилась рядом открытий, оказавших значительное влияние на наше понимание эволюции Земли в ее ранние эпохи. Среди них – обнаружение древнейших эклогитов, которые позволяют с большей уверенностью отслеживать проявления геодинамических процессов, как наблюдаемые в настоящее время, так и происходившие в глубокой древности. Не случайно, что в поморском селе Гридино состоялось заседание, на котором ученые со всего мира обсуждали эти открытия. Продолжающиеся исследования беломорских эклогитов, несомненно, принесут новые сведения о нашей планете, – заключил на заседании Ученого совета КарНЦ РАН Александр Слабунов, доктор геолого-минералогических наук, заместитель генерального директора Карельского научного центра РАН.

Материалы и фотографии предоставлены Службой научных коммуникаций Карельского научного центра РАН