Око в прошлое: как сибирские геологи читают историю Земли по микроскопическим ракушкам

Сибирские геологи продолжают масштабные исследования девонских отложений в Лебедянском карьере — уникальном природном объекте на юго-востоке Западной Сибири. Здесь слои девонского периода естественным образом обнажены, и их можно изучать без бурения. Работа специалистов помогает не только понять, какими были древние моря и океаны 385 миллионов лет назад, но и точно определять геологические горизонты, где сегодня могут залегать нефть и газ.

В Западной Сибири древние породы обычно скрыты под мощными слоями осадков и изучаются только по керну скважин — образцам породы в виде цилиндрических столбиков, извлекаемым при бурении. В Лебедянском же карьере девонские отложения обнажены из-за эрозии, медленного подъема земной коры (тектонического поднятия) и разработки месторождения известняка.

Центральным объектом исследований старшего научного сотрудника Института нефтегазовой геологии и геофизики имени А. А. Трофимука СО РАН кандидата геолого-минералогических наук Борис Попова стали остракоды — микроскопические ракообразные с известковистыми раковинками. Как отмечает ученый, уникальность остракод заключается в первую очередь в том, что из относительно небольшого образца можно получить достаточно представительные коллекции. Также они распространены в разных типах осадков: помимо известняков, они встречаются в глинах, алевролитах, аргиллитах.

Алевролиты и аргиллиты — это тонкозернистые осадочные породы, похожие на глинистые сланцы. Они образуются на дне морей и озер, где медленно накапливаются мельчайшие частицы глины и пыли. В них встречаются крупные ископаемые, но часто присутствуют микроскопические остатки остракод (раковины микроскопических двустворчатых ракообразных). Их широкое распространение и высокая чувствительность к изменениям среды (температура, соленость, уровень кислорода) делают остракод идеальными индикаторами палеоусловий. Более того, они хорошо сохраняются в породах, что позволяет использовать их для точного определения возраста слоев.

В Лебедянском карьере выявлены как массовые, так и редкие виды остракод. Среди наиболее распространенных — представители семейства подокопида (Podocopida), характерные не только для Кузнецкого бассейна, но и для других регионов мира. Особый интерес представляет редкий вид — Margina multisulcata, который жил только в узкий временной интервал, поэтому его находка служит точной геологической меткой: если он есть в породе, значит, этому слою 383—382 миллиона лет. Такие виды называют реперными — по ним, как по шкале, определяют возраст пластов.

Состав фауны меняется по разрезу. В нижних слоях — в основном эндемики (виды, характерные для определенного региона). В верхних появляются космополиты, распространенные по всей планете — это знак того, что барьеры исчезли, а экосистема стала более открытой. По такой смене ученые читают историю местности: восстанавливают, как менялись география и климат в прошлом.

Хотя сегодня эти территории разделены тысячами километров, в девонский период (419—359 млн лет назад) они были соединены единым теплым мелководным океаном — Палеотетисом. Через него и распространялись морские организмы. Нахождение одних и тех же видов в разных уголках Земли — прямое доказательство таких древних морских связей.

Работа геолога — это сочетание тяжелого полевого труда и кропотливого лабораторного анализа. На местности исследователи послойно описывают разрез, отбирают образцы каждые 10—20 сантиметров и фиксируют их координаты с помощью GPS.

«Мы используем элементарный геологический молоток (без него никуда), современный компас, чтобы определить, куда падают слои, и GPS-трекер, по которому мы привязываем координаты», — рассказывает Борис Попов.

В лаборатории породы обрабатывают химикатами: карбонатные — слабой уксусной кислотой, а более глинистые — раствором гипосульфита натрия. Это помогает аккуратно вытащить крошечные раковинки остракод, не повредив их. После промывки и просушки их изучают под микроскопом: сначала под обычным бинокулярным, а потом под электронным, чтобы рассмотреть мельчайшие детали строения раковин.

«Мы используем сканирующий электронный микроскоп, который позволяет нам более детально изучить структуру и выявить морфологические элементы. И уже в дальнейшем мы точно можем сказать, что да, это тот вид, который мы определяем», — подчеркивает исследователь.

Эти исследования нужны не только для науки. По видам остракод ученые определяют, в каких условиях образовались породы: на мелководье или на глубине, в соленой или слабосоленой воде, в спокойных или хорошо прогоняемых течениями районах. Это помогает воссоздать, как выглядело древнее море.

После открытия на юго-востоке Западной Сибири следов древнего вымирания исследования продолжаются. Ученые хотят выяснить, одинаково ли проявилось это глобальное вымирание в разных уголках древнего мира. «Мы продолжаем изучать и арктическую часть России. Надеюсь, найдем еще какие-то интересные этапы эволюции окружающей экосистемы», — поделился планами ученый.

Статья подготовлена с использованием материал издания «Наука в Сибири»