Ученые ВГУ выяснили условия, при которых образуются Павловские граниты – одни из наиболее распространенных пород на Воронежском кристаллическом массиве – тектонической структуре на юге Русской плиты с неглубоким залеганием докембрийского фундамента. Как отметил заведующий кафедрой полезных ископаемых и недропользования геологического факультета ВГУ профессор Константин Савко, геологи опровергли собственную гипотезу.
– Мы с вами находимся в центре Воронежского кристаллического массива. Это выступ древнего фундамента, возраст которого от 3,5 до 2 миллиардов лет. Он перекрыт осадочным чехлом, который состоит из глин, песчаников, мелов и известняков палеозоя и мезозоя. Если на Украинском щите, который вместе с Воронежским массивом составлял древний континент Сарматию, породы фундамента – это граниты, гнейсы, габбро – обнажены, на поверхности, то на Воронежском массиве они перекрыты осадочными породами. Есть всего три места, где древние граниты выходят на поверхность (ну и, конечно, Павловский гранитный карьер). Все они находятся на юге Воронежской области в пойме Дона, а называются Павловскими гранитами. Они были известны давно и изучались еще с 19 века... Однако до сих пор не было понимания, как же они образовались, в какой тектонической обстановке и при каких физико-химических условиях возникали гранитные расплавы в земной коре. Почему? Потому что были не доступны точные методы исследований: изотопная и элементная геохимия, локальное прецизионное изотопное датирование возраста пород. С конца прошлого века и весь 21 век – время так называемых «тонких» исследований – изотопная геохимия элементов, определение абсолютного возраста минералов-геохронометров на участках площадью первые микроны. В статье сконцентрирована история этих гранитов – от зарождения магм в очагах плавления, их внедрения и кристаллизации до тектонических обстановок, на основе «тонких» методов и очень точного изотопного U-Pb определения возраста по минералам циркону (ZrSiO4) и титаниту (CaTiSiO5). Павловские граниты образовались 2 млрд 70 млн лет назад.
– Вы отметили, что не было понимания, как именно образовались Павловские граниты. Что же выяснилось?
– У нас было два варианта, как образовались граниты. Ранее полагали, что это постколлизионный магматизм. Что это значит? Было два континента: Сарматия и Волго-Уралия. Они столкнулись, это называется коллизия. Когда они сталкиваются, что происходит? Удвоение мощности коры (от 40 до 80 км), то есть нагромождение пород. Так, например, образовывались Гималаи, когда Индия «врезалась» в Евразию, или Альпы, когда Африка «наехала» на Европу. То же самое и здесь. Однако, природа не терпит неравновесных состояний, нарушается эффект изостазии. Поэтому, начинаются процессы сокращения (или выравнивания) мощности земной коры. Эрозия сверху – горы разрушаются, а снизу – переплавление киля, который опустился в мантию. Погружение коровых пород в верхнюю мантию нарушает ее равновесное состояние, и киль начинает плавиться, а расплавы внедряются в кору, провоцируя зарождение в ней очагов гранитных магм. Это и есть постколлизионный магматизм.
– А второй вариант?
– Второй вариант – субдукционная обстановка. Примерно 2,14 млрд лет назад между Сарматией и Волгоуралией был океан. Океаническая плита двигалась по направлению к Сарматии, погружалась (субдуцировалась) под континентальную кору Сарматии и начинала плавиться в верхней мантии. Это и есть второй вариант - плавились фрагменты погружающейся плиты (слэба). Возникшие расплавы проникали в кору и провоцировали зарождение в ней очагов плавления, из которых образовались Павловские граниты.
Изначально было принято, что Павловские граниты образовались в результате постколлизионного магматизма. Мы доказали субдукционный механизм плавления погруженного слэба (фрагмента океанической плиты), то есть опровергли свою же гипотезу.
Статью об истории Павловских гранитов, над которой коллектив ученых работал около полугода, опубликовали в рецензируемом научном журнале из первого квартиля WoS «Precambrian Research» издательства «Elsevier». Как отметил Константин Савко, «геология Сарматии более всего привлекает, потому что это наименее исследованный погребенный докембрийский континент (потому труднодоступный) и его изучение возможно только с помощью буровых скважин. Все остальные докембрийские кратоны выходят на поверхность».
Константин Савко работал над публикацией с соавторами. Это ведущий научный сотрудник НИИ Геологии ВГУ, кандидат геолого-минералогических наук Роман Терентьев, преподаватель кафедры полезных ископаемых и недропользования геологического факультета ВГУ Екатерина Кориш, бывшая аспирантка ВГУ, младший научный сотрудник Института геологии и геохронологии докембрия РАН (Санкт-Петербург) Мария Петракова, профессор Маноэль Сантош.
