В августе этого года ученые Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН совместно с коллегами из Национальной Академии наук Республики Таджикистан провели экспедицию в труднодоступные районы Восточного Памира. Исследователи искали редкие геологические объекты, в том числе минерал коэсит, который образуется при высоких температурах и давлениях глубоко в мантии и может многое рассказать о глубинном строении Земли.
Геологи российско-таджикской экспедиции
Расплавы магмы, зарождаясь на глубинах более 300 километров, в процессе подъема на поверхность захватывают много различных пород, называемых ксенолитами (от греческого «чужой камень»). Ксенолиты представляют огромный интерес для геологов, так как они рассказывают о наиболее глубинных слоях Земли, которые недоступны для непосредственного наблюдения. Именно благодаря ксенолитам мы знаем, что под земной корой на глубине 50—70 километров начинается мантия. Особый интерес для ученых среди ксенолитов представляют эклогиты — метаморфические горные породы, образовавшиеся в глубинных частях Земли. Процесс, когда базальты (самые распространенные породы коры) превращаются в высокоплотные эклогиты, заставляет погружаться океаническую кору в мантию и является одним из важнейших механизмов тектоники плит.
Эклогиты состоят в основном из граната и клинопироксена. Существуют также редкие разновидности с кварцем, коэситом и кианитом. Кварц достаточно низкотемпературный и низкобарический минерал, он типичен для пород земной коры и существует сравнительно недалеко от поверхности, на глубине до 70 километров. Коэсит же является более глубинной полиморфной модификацией кварца и образуется при давлениях, характерных для верхней мантии. Присутствие этого минерала в породе может достоверно сказать, что она образовалась на большой глубине, при высоких давлениях и температурах. Как и алмаз, коэсит — это основной минерал-индикатор высокобарического образования породы.
Диатрема — трубка взрыва «Эклогитовая». Высота в районе 5 000 метров
«Я узнал, что в Таджикистане, на территории Восточного Памира, есть диатремы — трубки взрыва, которые содержат большое количество ксенолитов эклогитов. Они образовались путем взрывных извержений, когда быстро поднимающаяся магма, насыщенная летучими компонентами, вышла на поверхность с взрывом, похожим на эффект большого заряда взрывчатки, — рассказывает старший научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Денис Сергеевич Михайленко. — Эклогиты Памира по минеральному составу очень схожи с эклогитами из кимберлитов, но в то же время они очень слабо изучены. Согласно расчетам температуры и давления, выполненным предыдущими исследователями, в этих трубках взрыва должен быть коэсит (хотя никто его там еще не находил)».
Диатремы в Восточном Памире были открыты советскими геологами под руководством Эдуарда Алексеевича Дмитриева в 1960-х годах, но по ним существует считаное количество публикаций. Специалисты ИГМ СО РАН решили, используя новые методы и подходы, изучить их более детально и попытаться отыскать коэсит в ксенолитах эклогитов из трубок взрыва Дункельдыкского магматического поля.
«Этот комплекс уникален тем, что на небольшом участке там расположено достаточно много магматических объектов — примерно одного возраста, но различных по минеральному и химическому составу. Породы были классифицированы и описаны в конце 1980-х — начале 1990-х годов. С тех пор ими мало кто занимался, хотя прошло уже более тридцати лет, и были пересмотрены многие взгляды на классификацию и происхождение пород, — говорит Денис Михайленко. — Помимо диатрем, там есть много других геологических объектов: уникальные породы и минералы, представляющие большой интерес для промышленности, редкоземельные месторождения. Но проблема в том, что это очень труднодоступный район на границе с Китаем и туда очень сложно добраться».
На подходе к объекту
Полевые исследования проводились совместно с геологами из Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии Академии наук Республики Таджикистан, у которых была своя цель — изучение гранитов Рангкульского пегматитового поля. Руководителем экспедиции с таджикской стороны был заведующий лабораторией института кандидат геолого-минералогических наук Шарифджон Ахтамжонович Одинаев. Поскольку экспедиция проходила в приграничной зоне, таджикские коллеги также взяли на себя большой пласт работ по оформлению погранпропусков.
Экспедиция продлилась три недели, одну из которых отняла дорога. До трубок ученые добирались три с половиной дня, дорога была очень разбита, шла через перевалы и набирала немалую высоту. «Мы остановились в кошарах у местных киргизов, скотоводов. До базового лагеря нужно было добираться еще четыре километра на машине и три пешком с набором высоты 300—400 метров. Трубка, содержащая наибольшее количество ксенолитов и эклогитов, располагалась в районе пяти тысяч метров», — рассказывает Денис Михайленко.
Работа на трубке заняла пять дней. Планы подпортила погода. На высотах свыше 4 300—4 400 метров в конце августа уже сплошным покровом лежал снег. Саму трубку нашли быстро, отобрали более 120 килограммов образцов пород, которые выносили на себе. Только одну партию взялся спустить на ишаке местный скотовод. Многие другие запланированные объекты посетить не удалось — с гор спускались камнепады и лавины, из-за них не получилось добраться и до малоизученных частей района. Давала о себе знать и высота, 4 000—5 000 метров — это немало для живущего на равнине человека. Чтобы пройти акклиматизацию, часть дней проработали на интересующих таджикских коллег геологических объектах.
«Основные цели и задачи для первого года мы выполнили: собрали представительную коллекцию, надеюсь, что в ближайшее время она прибудет в Россию (все 120 килограммов образцов планируется привезти в Новосибирск). Теперь настала очередь лабораторных исследований. Нужно провести распиловку, изготовить шлифы, изучить их под микроскопом, посмотреть химический состав. После всего этого мы сможем составить план дальнейших исследований», — говорит Денис Михайленко.
Рангкульское пегматитовое поле
Также ученые планируют исследовать геологические тела, по времени и месту образования связанные с этой трубкой. Их необходимо переклассифицировать, изучить заново химический состав, определить более детально возраст, изотопные соотношения, понять источник образования этих магм. Эти объекты уже неплохо изучены, но исследователи надеются, что использование современных методов и систематический подход должны дать новые результаты. Для наиболее сложных видов анализа породы будут отправляться в специальные лаборатории ведущих университетов мира.
«Мой основной интерес — изучение ксенолитов и эклогитов. Как показала практика, в большинстве своем ученые игнорируют детальное исследование минерального состава. Они изучают основные породообразующие минералы, а те, которых менее 5 % в породе, как правило, игнорируют. Я же считаю, что эти минералы являются ключевыми для реконструкции образования всей породы и несут ключевую информацию о ее метаморфической истории, — комментирует Денис Михайленко. — Возможно, с помощью лабораторных исследований нам удастся обнаружить коэсит в привезенных породах. Таджикские ученые будут тесно сотрудничать с зарубежными коллегами, чтобы получить и опубликовать результаты, которые прольют свет на глубинное строение Земли под Таджикистаном и позволят реконструировать процессы, ответственные за образование Памирских гор».
Проведенная экспедиция является результатом усилий множества людей и организаций. Ее проведение стало возможным благодаря финансированию РНФ (грант 21-77-10006), а также поддержке Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии и Национальной Академии наук Таджикистана в лице президента Академии профессора, доктора физико-математических наук Фархода Кодировича Рахими. Также участники экспедиции выражают благодарность водителям Ромишу и Собиту и отмечают их профессионализм на непростых горных дорогах.