Еще раз о скоростях геологических процессов на примере месторождений полезных ископаемых

Долгое время (приблизительно с середины девятнадцатого до середины двадцатого века) в науках о Земле господствовало мнение, что геологические процессы протекают крайне медленно и проявляются только в масштабе весьма продолжительных временных интервалов. Первые оценки возраста горных пород были получены путем деления наблюдаемой мощности отложений на скорость образования их современных аналогов. Так были получены цифры в десятки и сотни миллионов лет, что впоследствии было подтверждено результатами датирования, основанного на явлении радиоактивного распада. На основании этих данных создана Международная стратиграфическая шкала, утверждающая 4,5 миллиардный возраст Земли и многомиллионную продолжительность геологических периодов. Долгое время такая картина вполне устраивала геологов, но, по мере накопления фактического материала, стало ясно, что на определенных этапах истории Земли господствовали процессы по своей интенсивности значительно превосходящие сегодняшние. К таковым можно отнести образование толщи отложений, содержащих большое количество органических остатков хорошей сохранности, что может происходить только в условиях очень быстрого осадконакопления (Шубин, 2001), гигантские лавовые покровы Средней Сибири и Индии, мощные толщи конгломератов - так называемая моласса, примеры которой можно увидеть в районе горы Демерджи в Крыму (Lalomov, 2004), катастрофический размыв Большого Каньона р.Колорадо (Austin, 1994) и многое другие. Известны многочисленные примеры, когда очевидный литологический (посчитанный по скорости образования осадочных пород) возраст отложений на несколько порядков расходится со стратиграфическим. Так по данным Кулямина и Смирнова (1973), реальное время образования кембро-ордовикских песчаников Ленинградской области составляет 170 суток, в то время как стратиграфическая продолжительность этого интервала превышает 20 миллионов лет. Как указывает известный седиментолог (специалист по образованию осадочных отложений) С.И.Романовский, во многих толщах большая часть стратиграфического интервала приходится на скрытые (не оставившие материальных свидетельств) перерывы осадконакопления; реальное время образования толщи "составляет только 0,0001 % стратиграфического времени ее образования. Отсюда и следует, что вся свита возникла геологически мгновенно" [Романовский, 1988, с.23-24]. Длительные перерывы между актами осадкообразования часто только предполагаются, исходя из общей продолжительности стратиграфических интервалов, но не имеют под собой реальной литологической основы. Такие данные привели к возрождению теории катастрофизма на новом уровне научного знания. Таким образом, результаты изучения осадочных отложений свидетельствуют о большой скорости протекания геологических процессов и довольно часто вступают в противоречие с миллионами лет стратиграфической шкалы. Основная прикладная задача геологии - поиски месторождений полезных ископаемых, и многие теоретические построения наиболее важны с точки зрения их пользы при решении практических задач поисковой геологии. Достоверная реконструкция геологической истории (и определение скоростей геологических процессов, в частности) позволяет построить правильную поисковую методику, и, наоборот, неверное представление об истории Земли может повлечь негативные экономические последствия.

Рассмотрим скорости образования различных типов месторождений полезных ископаемых в свете последних научных данных.

Россыпные месторождения

Россыпные месторождения представляют собой концентрации тяжелых минералов в рыхлых осадках и осадочных породах. Наиболее известны россыпи золота, олова, алмазов, редких и цветных металлов (хромит, циркон, титановые минералы и др.). Образуются россыпи за счет размыва первичных коренных месторождений, связанных, как правило, с изверженными или метаморфическими породами. В некоторых случаях имеется возможность составить баланс россыпеобразующего компонента и оценить время формирования россыпи. Такая работа была проделана для Валькумейской прибрежно-морской россыпи олова (Чукотка). Россыпь расположена к прибрежной части Чаунской губы - замкнутого с трех сторон мелководного залива Восточно-Сибирского моря. Источник олова приурочен к Валькумейскому гранитоидному массиву, находящемуся непосредственно в береговой зоне. Вскрытие источника за счет процессов эрозии и начало образования россыпи произошло в начале миоцена (около 25 миллионов лет назад по геохронологической шкале). По этим же стратиграфическим данным прибрежно-морские условия, аналогичные современным, сложились в конце миоцена (5 миллионов лет назад). Зная объем олова в месторождении, скорость размыва и содержание олова в коренном источнике, а также введя поправку на измельчение частиц и уход части металла из зоны россыпи (эти потери незначительны, поскольку водоем имеет слабую волновую динамику и практически замкнутый контур), мы можем рассчитать время, необходимое для образования россыпи. В общем случае, эта задача аналогична определению времени заполнения бассейна, если известен его объем и скорость поступления воды по трубе. Произведенный расчет показал, что при современных параметрах верхняя (прибрежно-морская) часть россыпи могла сформироваться всего за 2 - 4 тысячи лет вместо 5 миллионов (Лаломов, Таболич, 2004). Уточнение вводимых в расчет данных может повлечь некоторое изменение полученных величин, но различие (на три порядка) реального и стратиграфического возраста россыпи вряд ли может быть преодолено. Предположения о том, что за время образования россыпи скорости процессов или содержания полезного компонента в источнике могли значительно меняться не находят подтверждение в фактическом геологическом материале (Лаломов, 2003).

Железомарганцевые конкреции (ЖМК)

На дне современных морей и океанов встречаются округлые стяжения или корки на подводных скалах, состоящие, преимущественно, из окислов железа, марганца, цветных и редких металлов (железомарганцевые конкреции). В настоящее время добыча этих полезных ископаемых только начинается, но их общие запасы огромны и предполагается, что в будущем ЖМК будут играть большую роль в экономике нашей планеты. Определение скорости формирования ЖМК интересно не только с общетеоретических позиций, но и с чисто практической точки зрения: от того, с какой скоростью образуются

конкреции, зависит их прогнозная экономическая оценка. Каким же образом можно измерить скорость их формирования? Часто ЖМК образуются на обломках раковин, зубах акул, микроскопических частицах метеоритного вещества, служащих "затравкой" на которой начинают нарастать слои окислов и гидроокислов содержащихся в морской воде металлов. Если определить возраст этого ядра конкреции, а затем разделить толщину на этот возраст, то мы можем оценить скорость нарастания конкреции (при условии, что этот процесс происходит непрерывно и относительно равномерно). Первоначально оценки скорости роста ЖМК были сделаны на основе применения изотопа 224Ra, содержащегося в обломках раковин, находящихся внутри конкреций. Используя этот метод, Петерсон (Peterson, 1943) получил скорость роста около 1 мм за 1000 лет (0,001 мм/год), Буттар и Хутерман (Buttar and Houtermans, 1950) 0,6 - 1,3 мм /1000 лет, а Голдберг (Goldberg, 1961) - 1 мм за 100000 лет. Применение палеонтологических данных (датировка по содержащимся в ядрах конкреций зубам акул и другим органическим остаткам) дало сопоставимые результаты, поскольку данные таких же радиометрических анализов лежат в основе датировки органических остатков. В то же время, благодаря редким уникальным находкам, появилась возможность измерить скорости роста конкреций не косвенно (через палеонтологическое датирование или явление радиоактивного распада), а напрямую: в процессе изучения донных отложений были найдены конкреции, образованные на осколках снарядов Первой и Второй мировой войны (Goldberg and Arrenius, 1958; Меро, 1967). В этих случаях скорость роста конкреций измерялась величинами от 0,6 до 1 мм в год, что на 3 - 5 порядков выше скоростей, полученных косвенным путем. Работами российских геологов в Балтийском море были выявлены конкреции, наросшие на болте из нержавеющей стали или на пробке от бутылки финского пива "Karjala" (Жамойда, Григорьев, 2005). В искусственных водоемах Алтайского края установлены скорости роста ЖМК не менее 1,7 - 1,8 мм/год. В Карельских озерах на многих предметах, попавших в воду в период войны 1939 - 1940 гг., обнаружены железистые образования, формировавшиеся со скоростью до 5 см за 8 - 9 лет. В лабораторных условиях железобактерии формируют микроконкреции в течение нескольких недель (Щербов, Страховенко, 2006). Вполне вероятно, что единой скорости роста ЖМК для всего Мирового океана в целом не существует, и в каждом конкретном случае она зависит от содержания основных конкрецеобразующих компонентов в придонных или поровых водах осадка, а также от электрохимических и, возможно, биологических свойств поверхностей, на которых происходит осаждение окислов железа и марганца. Но при этом надо отметить, именно прямые методы расчетов указывают на значительные скорости роста ЖМК; косвенные радиометрические и палеонтологические методы существенно занижают эти параметры, что происходит вследствие завышения оцениваемого возраста конкреций. Из этого следует, что "абсолютная" геохронологическая шкала, построенная на радиоизотопном датировании не отражает реального возраста отложений и завышает его на несколько порядков. Это приводит не только к неправильной реконструкции геологической истории нашей планеты, но и к ошибкам в экономической оценке месторождений: новые данные позволяют предположить, что месторождения ЖМК являются динамичными и возобновляемыми ресурсами, которые могут образовываться

или восстанавливаться после отработки на протяжении короткого времени. Высокая скорость образования ЖМК и их ограниченное распространение свидетельствует о молодости образований (не более нескольких тысяч лет), слагающих морское и океаническое дно.

Нефть и газ

Нет необходимости объяснять важность любых вопросов, связанных с нефтью. Политика и экономика второй половина двадцатого и начало двадцать первого века определяются этим словом: поскольку технология управляемого термоядерного синтеза сейчас только разрабатывается (по мнению лауреата Нобелевской премии по физике Жореса Алферова, промышленные термоядерные установки могут появиться не раньше середины столетия), а другие альтернативные методы получения энергии вряд ли когда-либо будут играть существенную роль в энергобалансе, то углеводородное сырье еще долго будет оставаться главным источником энергии для нашей цивилизации. В этом свете понятно, что вопросы скорости нефтеобразования выходят далеко за рамки простого научного любопытства. В настоящее время преобладает "органическая" теория происхождения нефти. Согласно ей, нефть и газ имеют биогенную природу и образуются из остатков отмерших животных организмов, погружающихся в ходе геологических процессов в глубь земной коры. Впоследствии образовавшийся флюид перемещается и накапливается в геологических структурах - ловушках. Согласно этой точке зрения, для формирования залежей углеводородов требуется время порядка миллионов лет и более. Первая проблема теории "древних углеводородов" - наличие пластового давления под которым находятся залежи нефти и газа. В реальных условиях практически любые горные породы обладают пористостью и трещиноватостью. Можно предположить, что за миллионы лет, даже при самом ничтожном значении коэффициента фильтрации, углеводородные флюиды должны были бы просочиться в вышележащие пласты - в зону с меньшим давлением. В этом вопросе хотелось бы окончательно разобраться с привлечением специалистов-нефтянников и произвести соответствующие количественные расчеты. Кстати, специалисты как раз указывают на невозможность создания работающей поисковой модели при условии длительного и медленного нефтеобразования на протяжении миллионов лет (Петухов, 2004). По их мнению, до тех пор, пока мы будем основывать модели на общепринятой и утвержденной Стратиграфическим комитетом геохронологической шкале, нефть будем искать, что называется, "методом тыка", "по сетке "; создание действенной модели нефтеобразования возможно только на основании предположения о ее быстром и недавнем происхождении. В последние годы накоплены факты, которые ставят под сомнение большой возраст нефтяных месторождений. Во-первых, это многочисленные примеры высокого темпа пополнения запасов нефти и газа в процессе эксплуатации месторождений за 10 - 50 лет (Дегазация Земли ..., 2002). Во-вторых, наличие в нефтях радиоактивного нуклеида 14С с периодом полураспада около 5500 лет (Баренбаум, 2004). Если формирование нефтяных и газовых месторождений действительно занимало миллионы - десятки и сотни миллионов лет, то заметить рост извлекаемости запасов за два - три десятка лет, как это имеет место на практике, было бы невозможно. Напротив, сам факт увеличения этих запасов, а также обнаружение в нефтях короткоживущих космогенных изотопов говорит о том, что залежи углеводородов начали образовываться сравнительно недавно (не более 20 - 30 тыс. лет назад ) и продолжают образовываться в настоящее время.

Заключение

Таким образом, многочисленные данные по скоростям образования полезных ископаемых говорят о несоответствии существующей общепринятой геохронологической шкалы с реальными результатами изучения осадочных пород и содержащихся в них полезных ископаемых. Вследствие этого, мы не просто видим искаженную картину прошлого нашей планеты, но, в угоду ошибочным заключениям о преобладании в прошлом вялотекущих геологических процессов, наука о полезных ископаемых не всегда располагает адекватными моделями для решения своих основных задач. Принципы на которых была создана современная стратиграфическая шкала, как показали экспериментальные исследования в седиментологии (Берто, 2002), нуждаются в существенном пересмотре. Они уже не отвечают современному уровню геологического знания и являются атавизмом, привнесенным в наши дни из XVII - XIX столетий. Такой вывод следует как из многочисленных фактических данных в целом, так и из науки о месторождениях полезных ископаемых в частности. Имеющаяся геохронологическая шкала с ее продолжительными геологическими периодами тесно связана с эволюционной гипотезой происхождения жизни на нашей планете, и, если уменьшится ее временной масштаб, то гипотеза эволюции лишится своего основного фактора - миллионов и миллиардов лет, столь необходимых ей для сколько-нибудь правдоподобного обоснования самопроизвольных эволюционных преобразований "от молекулы водорода до человека".

Литература

1. Баренбаум А.А. Механизмы формирования скоплений нефти и газа // ДАН. 2004. т.399, № 6, с.802 - 805.

2. Берто, Г. Анализ основных принципов стратиграфии на основе экспериментальных данных // Литология и полезные ископаемые. 2002. № 5. С.442 - 446

3. Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть и газ / Под ред. А.Н.Дмитриевского, Б.М.Валяева. М.:ГЕОС, 2002. 472 с.

4. Жамойда В.А., АГ Григорьев. Взаимосвязь между процессами конкрецеобразования и каче­ством природной среды в Финском заливе (Балтийское море). Международная конференция«Полезные ископаемые континентальных шельфов». СПб, ВНИИОкеангеология, 2005. с. 59­ - 60.

5. Кулямин ЛЛ, Смирнов ЛС Приливно-отливные циклы осадконакопления в кембро­ордовикских песках Прибалтики // Докл. АН СССР. Сер. геол. 1973. Т.212. NQ 1-3. С. 696 - ­699.

6. Лаломов А.В. Скорость осадконакопления и актуальное время седиментации. Материалы третьего Всероссийского литологического совещания. Москва: Изд-во МГУ, 2003. с. 111­ - 113.

7. Лаломов А.В., Таболич С.Э. Определение времени образования Валькумейской прибрежно­-морской россыпи // Литология и полезные ископаемые. 2004. № 4. С.369 - 374.

8. Меро, Д. Минеральные ресурсы океана. М.: Наука, 1967.

9. Петухов С.Б. Геологический парадокс. Альманах СОТВОРЕНИЕ, вып. 2, 2004.

10. Романовский СИ. Физическая седиментология. Л. Недра. 1988.240 с.

11. Шубин, СВ. Скорость накопления осадочных отложений по данным палеонтологии // Альманах «Божественное откровение и современная наука), М.: Паломникъ, 2001, с. 123 - 193.

12. Austiп S.A. Grand Canyon: Monumentto Catastrophe. Santee: Institute for Creation Research, 1994.

13. Goldberg E.D. aпd Arreпius G., 1958. Chemistry of Pacific pelagic sediments. Geochem. Cosmochim. Acta, 13:153 - 212.

14. Goldberg E.D. 1961. Chemistry of the ocean. In : M.Sears (Editor), Oceanography, Publ. Аm. Assoc. Advan. Sci., 67:583 - 597.

15. Laloтov А. V. Paleohydrology of Jurassic conglomerate of the Crimean Peninsula. European Geo­science Union. General Assembly. Nice (France). 2004.

А.В. Лаломов

Доклад на XIV Международных Рождественских образовательных чтениях, секция "Православное осмысление творения мiра", Москва, 2006