Исследователи из Института геологии и геохронологии докембрия РАН решили заглянуть в глубочайшие недра земной коры и выяснить, как именно на северо-западе России, в районе Белого моря, древние породы «готовились» до состояния гранита. Объектом их пристального внимания стали так называемые чупинские гнейсы — очень древние, видавшие виды породы, которые входят в состав Беломорского подвижного пояса. Вы только вдумайтесь в возраст: события, которые изучали исследователи, происходили почти 1,9 миллиарда лет назад, когда Земля выглядела совсем иначе. И, как оказалось, в те далекие времена здесь тоже была своя «высокая кухня».
Главный вопрос, который поставили перед собой геологи: при каких условиях и когда именно эти породы начали плавиться, превращаясь в мигматиты — причудливые «слоеные пироги», где темные, нерасплавившиеся слои перемежаются с застывшими светлыми прожилками расплава? Чтобы ответить на него, они не стали бурить сверхглубокие скважины, а применили интересный компьютерный метод. С помощью программы PERPLE_X, которая работает по принципу минимизации энергии Гиббса (звучит как заклинание, но на деле — точнейший расчет), ученые смоделировали плавление пород, словно прожаривая их в виртуальной печи.
Выяснилась удивительная вещь. Оказывается, чтобы в породе появился красивый синий кианит (минерал, который очень любят ювелиры и геологи), нужно соблюсти строгое «рецептурное» условие. Соотношение оксида алюминия к оксиду кальция в исходной породе должно быть не менее пяти к одному, а щелочей в ней должно быть больше, чем кальция. Если кальция слишком много, он «перетягивает одеяло» на себя, и кианит просто не образуется.
Самое интересное — это время, когда произошло «приготовление» мигматитов. Ученые датировали минерал монацит, который рос прямо в процессе плавления. Возраст оказался палеопротерозойским — 1854 ± 5 миллионов лет. Это важнейшая деталь для понимания геологической истории: породы начали плавиться не в далеком архее (2,7 миллиарда лет назад), а значительно позже, во время грандиозных столкновений древних континентов, которые привели к формированию Лапландско-Кольского и Свекофеннского горных сооружений. Проще говоря, это был не местный инцидент на кухне, а следствие глобальной «тектонической перетряски», когда огромные куски земной коры наползали друг на друга.
Изучая химический состав, исследователи также приоткрыли тайну происхождения самих гнейсов. Оказалось, что их предшественниками — протолитами — были слабо- или умеренно-выветрелые породы гранитного состава, обломочный материал которых имел разную степень «зрелости». Одни обломки были «молодыми» и плохо обработанными, другие — «взрослыми», прошедшими долгий путь переотложения. Это все равно что в одном месте встретить и свежие горные породы, и хорошо окатанную морскую гальку. Причем залегали эти древние осадки так, что сейчас, спустя миллиарды лет, они образуют пологие надвиги — своего рода гигантские пандусы, уходящие в недра.
Это исследование важно не только с научной точки зрения. Понимание того, как и при каких условиях образуются граниты — главные «строительные кирпичики» континентальной коры, — помогает решать и прикладные задачи. Ведь именно с гранитоидными расплавами часто связаны месторождения золота, меди, редких и редкоземельных металлов. Так что, изучая древние рецепты Земли, ученые заодно указывают путь к кладовым, спрятанным в ее недрах.
Исследование опубликовано в журнале «Записки Горного института»
