Комплексность геоморфологических и палеогеографических исследований полярных регионов и Мирового океана в рамках мегагранта СПбГУ

УДК 551.4.08

Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2012. Вып. 4

Й. Тиде, Д. Ю. Большиянов, А. И.Жиров, М. Н. Калыгин, В. Ю. Кузнецов, А. Н. Ласточкин

КОМПЛЕКСНОСТЬ ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИХ

И ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЯРНЫХ РЕГИОНОВ И МИРОВОГО ОКЕАНА В РАМКАХ МЕГАГРАНТА СПбГУ

Согласно постановлению Правительства РФ от 9 апреля 2010 г. № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования», летом 2010 г. был объявлен конкурс для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования. По его итогам из 500 различных заявок по всем научным направлениям были поддержаны 40, в том числе две — по наукам о Земле. Один из грантов достался географам — была поддержана заявка СПбГУ на проведение научного исследования по направлению «Геоморфология и палеогеография полярных регионов и Мирового океана», предполагающая создание на базе университета одноименной лаборатории под научным руководством известного немецкого ученого Йорна Тиде. Лаборатория в настоящее время в основных очертаниях создана, оснащена современным оборудованием и располагается в новых или отремонтированных помещениях (Средний пр., 41, 10-я линия, 33/35). Для выхода лаборатории на современный международный уровень и соответствующей сертификации работы еще много.

Актуальность проекта и его результатов обоснована следующими факторами:

1) усиливающимся значением Арктики и Антарктики и Мирового океана в мировой экономике, политике и науке, особенно в условиях глобальных изменений климата;

2) необходимостью разработки научно обоснованных стратегий России по освоению полярных и морских регионов с учетом их возрастающей роли в развитии страны и ее международной деятельности; 3) некоторой разобщенностью современной научной и образовательной деятельности в России и за рубежом в названных областях; 4) нарастающим дефицитом фундаментальных и прикладных исследований и кадров исследователей и специалистов по полярной и морской тематике.

Целью проекта, в первую очередь, является создание современной и эффективно функционирующей лаборатории под руководством Й. Тиде для проведения палеогеографических, геолого-геоморфологических и геохронологических исследований рельефа и разных типов континентальных и морских отложений полярных стран и Мирового океана, а также связанной с ними образовательной деятельности, для превращения СПбГУ в ведущий российский и один из международных центров полярных и морских исследований и подготовки научных кадров и специалистов данного профиля. Комплекс научных исследований в созданной лаборатории осуществляется по четырём направлениям:

1. Палеогеография и геохронология среднего и верхнего неоплейстоцена и голоцена Арктики и Субарктики (проф. Д. Ю. Большиянов, проф. В. Ю. Кузнецов,

© Й. Тиде, Д. Ю. Большиянов, А. И. Жиров, М. Н. Калыгин, В. Ю. Кузнецов, А. Н. Ласточкин, 2012

проф. Х. А. Арсланов, к.г.н. В. В. Шарин, к.г.н. Л. А. Савельева, к.г.н. Г. Б. Федоров, к.г.н. Ф. Е. Максимов, к.г.н. А. С. Макаров).

2. Геоморфологическое картографирование полярных стран, включающее построение целого ряда общих и специальных карт, как для земной, так и для подво-дно-подледной поверхностей (геоморфологического районирования, морфотектони-ческих, морфогенетических, гляциодинамических и др.) (проф. А. Н. Ласточкин, проф.

A. И. Жиров, к.г.н. Д. В. Лопатин, к.г.-м.н. Е. А. Гусев, вед. спец. А. Г. Зинченко, ст. преп. Ю. М. Артемьев, инж. М. Н. Калыгин).

3. Хронология формирования гидротермальных объектов в голоцене-неоплейстоцене в пределах отдельных участков Срединно-Атлантического хребта (САХ) (проф.

B. Ю. Кузнецов).

4. Геоморфологическое картографирование отдельных участков САХ с целью выявления особенностей его тектонического и геологического строения, а также фиксации полей возможного рудообразования (проф. А. Н. Ласточкин, проф. В. Ю. Кузнецов, к.г.н. И. В. Егоров, асп. А. М. Железнов, маг. Т. В. Кузнецов).

Важная особенность исследований — охват и единство всех этапов — полевого, аналитического (лабораторного), картосоставительского, что обеспечивает комплексность исследований. Это тот случай, когда все ученые нацелены на достижение конечного результата, отраженного в картографических и других моделях, апробированных методиках и технологиях, выявленных алгоритмах. Подобная ситуация, скорее редкость, чем правило, не только в отечественных, но и зарубежных исследованиях. В работе лаборатории задействованы более 60 человек, из которых половина — молодежь, восемь докторов наук (географы, химики, геологи, педагоги). Полевые исследования охватывают различные районы Арктики, Сибири, Северо-Запада России, Атлантический и Северный Ледовитый океаны. В 2012 г. были проведены совместные с ИГ СО РАН экспедиционные работы в верховьях р. Лены, являющиеся началом комплексного изучения её бассейна. Итоги деятельности проекта были подведены на итоговой международной конференции, которая состоялась в сентябре 2012 г. в СПбГУ, куда были приглашены более 100 ученых, как геоморфологов, так и палеогеографов, вместе с геологами-четвертичниками, занимающихся изучением полярных регионов. Особо отметим представленную возможность для молодежи воочию увидеть и послушать выступления видных ученых разных стран о насущных проблемах науки и общества.

Сотрудники факультета географии и геоэкологии СПбГУ длительное время занимались и занимаются геолого-геоморфологическими и палеогеографическими исследованиями двух полярных стран Земли — Арктики и Антарктики, а также подводного рельефа дна морей и океанов. Освоение их минеральных, биологических, энергетических и прочих ресурсов, экономическое, военное, транспортное и политическое значение этой большой и пока наименее исследованной части планеты, требует глубокого и интенсивного изучения их рельефа и рельефообразующих процессов. Данные знания совершенно необходимы для освоения перечисленных ресурсов. Острой стала в настоящее время проблема разделения между Россией и другими странами районов Срединно-Атлантического хребта (САХ), перспективных на сульфидные руды. Наиболее четкими, уверенно интерпретируемыми и общепризнанными служат геоморфологические (морфологические, морфотектонические) признаки границ, трассирование которых находится в сфере научных интересов лаборатории. Её сотрудники создали

теоретическую базу и на её основе совместно с ВНИИОкеангеология опубликовали методические рекомендации по геоморфологическому картографированию континентальной окраины России [1], которое сейчас осуществляется в рамках третьей государственной геологической съемки масштаба 1:1 000 000.

Изданный в 2011 г. в русскоязычном полном варианте (в сокращенном — англоязычном в 2012 г.) «Геоморфологический Атлас Антарктики» [2], представляет собой полную картографическую модель подводно-подледного рельефа Антарктики, включающую 105 карт, общим объемом 256 страниц. Он освещает особенности геоморфологического, морфогенетического и морфоструктурного строения подледно-подводной поверхности Антарктики в целом и отдельных ее частей, а также раскрывает методику общего и специального геоморфологического картографирования подледно-подво-дных поверхностей. Отметим, что: 1) это первый атлас, целиком посвящённый рельефу отдельного континента; 2) в атласе отражён рельеф, невидимый на поверхности, а находящийся под километровым слоем льда, что потребовало соответствующих методик картографирования; 3) третья особенность атласа заключена в системном характере отражения всех его элементов, карты атласа связаны между собой по содержанию, по изобразительным средствам, по целям использования. Атлас содержит внушительный справочный аппарат, а в российской географической науке это — одно из первых специализированных комплексных картографических произведений.

В рамках дальнейшей работы по гранту и создания к 2014 г. «Геоморфологического атласа Арктики», построение геоморфологической аналитической карты Арктики масштаба 1:5 000 000, а также карт отдельных акваторий и регионов севернее 65°с. ш. Уже составлен авторский макет карты четвертичных отложений Арктического шельфа России и прилегающих глубоководных впадин, поднятий и хребтов Северного Ледовитого океана. При этом используется вся доступная информация по геоморфологии, литологии донных отложений, колонкам грунтовых трубок, скважинам, геофизическим данным и т. д. Отработана методика построения карты четвертичных отложений и увязки её с геоморфологической картой. Последняя рассматривается как первичная модель или карта-основа (каркас) для составления литологической, геоэкологической и многих других «вторичных» карт на данную территорию. Особое значение имеет разработанный системно-морфологический принцип картографирования при изучении экологического состояния и природопользования полярных стран, которое основано на том, что рельеф является главным фактором распределения и перераспределения всех видов вещества и энергии в ландшафтно-экологической оболочке полярных стран, в которой живет и трудится человек.

Данный подход и возможности его практического применения представлены в виде общей теории геосистем, изложенной в изданной А. Н. Ласточкиным монографии [3]. Им разработаны два принципиально новых направления развития геоморфологической науки: 1) морфодинамическая концепция, предусматривающая всестороннее изучение морфологии рельефа (любого по генезису и истории развития) и основанную на результатах этого изучения, его динамическую интерпретацию; 2) расширенная геоморфология, создание и развитие которой заключается в распространении геоморфологического языка и методического аппарата на другие объекты и образования в науках о Земле (геофизические и географические поля, любые поверхности в разных геосферах, разного рода страты и горизонты в Мировом океане и атмосфере, а также — на антропогенную составляющую полярных ландшафтов). Многое из этого

уже апробировано в Арктике и Антарктике, на суше, шельфе и в абиссальной части океанов. Рассмотрение геоморфологии не только как науки о рельефе, но и о морфологии всех геоявлений и геообразований на Земле, создает самые широкие перспективы для интеграции научной деятельности разных факультетов университета и целого ряда НИИ и ВУЗов.

Вышли в свет также монографии В. Ю. Кузнецова и Ф. Е. Максимова [4], Д. В. Лопатина [5], А. И Жирова [6], переработаны и переизданы учебники для университетов РФ «Геоморфология» [7] и «Прикладная экология» [8], вышло в свет в издательстве СПбГУ в 2012 г. учебное пособие «Динамическая и инженерная геоморфология» [9], более 50 статей в рейтинговых журналах России и мира.

Сотрудниками лаборатории разработаны и разрабатываются геоморфологические методы поисков и разведки нефти и газа на суше и шельфе Арктики, металло-генических исследований на океанической абиссали при поисках железомарганцевых конкреций и сульфидных руд, а также россыпей. Эффективность применения методов определяется: а) молодостью залежей, независимой от возраста вмещающих пород и соизмеримой по времени со сформировавшими современный рельеф и пути миграции углеводородов неотектоническими движениями при поисках и разведке нефти и газа, б) локализацией указанных конкреций и руд не в толще литосферы на каких-то глубинах, а на подводной поверхности при металлогенических исследованиях в океане. Разрабатываемые методы металлогенических исследований в океане включают в себя разномасштабное геоморфологическое картографирование, основанное на системно-морфологическом принципе, абсолютную датировку донных осадков с использованием наиболее совершенных изотопных методов и детальные структурно-геоморфологические, а также морфотектонические построения. Решение многих проблем четвертичной геологии и палеогеографии неразрывно связано с применением надежных геохронологических методов датирования различных типов природных материалов. Такие методы радиоизотопного датирования, как 230^, 230^/Ц 210РЬ, базирующиеся на использовании радионуклидов из природных радиоактивных семейств 238и и 235и, позволяют восстанавливать последовательность и продолжительность геологических и палеогеографических событий, реконструировать во времени изменения палеокли-матов, ландшафтов, растительных сообществ, экологических условий палеосреды на протяжении последних 300-350 тысяч лет.

В СПбГУ на факультете географии и геоэкологии на протяжении более 30 лет проводятся широкие и целенаправленные радиоизотопные геохронологические, включая радиохимические, геохимические и микропалеонтологические, исследования таких традиционных для этих целей природных объектов, как глубоководные осадки, морские карбонатные отложения, а также изученных в меньшей степени железомарган-цевых конкреций и корок, недавно открытых вблизи срединно-океанических хребтов гидротермальных сульфидных руд, континентальных межледниковых отложений, озерных осадков с применением указанных выше методов. В ходе работы была усовершенствована и внедрена в практику систематических лабораторных исследований аналитическая методика выделения ультрамалых количеств природных изотопов урана и тория из образцов разных вещественно-генетических типов четвертичных отложений. Экспериментально обоснована возможность практического применения метода 230^/и-датирования гидротермальных сульфидных руд и ""^-датирования металлоносных осадков рифтовых зон океана.

Для этих целей применяется традиционное альфа-спектрометрическое измерение радиоактивности низкого уровня для определения содержания природных радионуклидов в образцах. Этот метод используется в странах Западной Европы, США, Японии для проведения геохронологических исследований на основе 230^-, 231Ра-, 230^/И-, 210РЬ/РЬ-датирования. Очевидна заинтересованность многих специалистов (географов, геологов, биологов, геоэкологов) в дальнейшем функционировании современной высокочувствительной аппаратуры для проведения серийных анализов на основе метода альфа-спектрометрии в научно-исследовательских и учебных целях, а в дальнейшем потребуется и масс-спектрометрия, без которой легко отстать в развитии науки.

Актуальность геохронологического изучения, например, гидротермальных рудных формаций в океане объясняется тем, что временной параметр является одним из ведущих для масштабов рудообразования: чем долговременнее функционирует ру-догенерирующая система, тем больший объём рудного материала накапливается в гидротермальных постройках. В этом заключается и практический аспект применения данных по датировкам сульфидных отложений и металлоносных осадков. Датирование этапов рудообразования, позволяющее восстанавливать их начало и эволюцию, является одной из наиболее малоизученных проблем. Это связано, в частности, с недостаточным обоснованием практического применения методов датирования (например, по 230^/и, 230^) гидротермально-осадочных формаций сложного генезиса с использованием радиоизотопов природного уранового ряда. Изучение и выявление возможных пространственно-временных закономерностей формирования гидротермальных рудных полей в пределах крупных структур океанского дна является необходимой задачей, решение которой направлено на понимание эволюции процессов гидротермального рудообразования в четвертичной истории океана [10].

Необходимость подобных исследований объясняется не только научным интересом, но и государственной заинтересованностью России в приобретении права на рудные ресурсы (включая также железомарганцевые образования) и их будущую разработку в океане. Приоритет того или иного государства может обеспечить лишь проведение детальных всесторонних исследований этих рудных формаций, частью которых могут быть НИР, осуществляемые в лаборатории.

Комплексный подход, включая методы радиоизотопного датирования, биостратиграфии, к изучению континентальных толщ позволяет реконструировать палеогеографические и, прежде всего, палеоклиматические условия их образования. Построены региональные и межрегиональные хроностратиграфические схемы континентальных четвертичных отложений. На результатах комплексного изучения четвертичных отложений, обнажающихся по берегам рр. Енисей и Северная Двина, Енисейского залива, показано, что достоверность возрастных параметров может быть обеспечена применением комплекса методов «абсолютной» (230^/Ц 14С, ОСЛ) и относительной (палинологический, биологический анализы) геохронологии. На этой основе проводятся корреляции океанических и континентальных палеоклиматических кривых, способствующие выявлению региональных и глобальных изменений климата в плейстоцене.

Выявление закономерностей изменений условий палеосреды, понижения и повышения уровня Мирового океана, климатических флюктуаций в прошлом с использованием методов радиоизотопного датирования в сочетании с биостратиграфическими и геохимическими исследованиями океанских и морских осадков и континентальных межледниковых и межстадиальных отложений, создает основу для прогнозирования

изменений климата в будущем. Сопоставление результатов геохронологического изучения океанических, морских и континентальных формаций с результатами геоморфологических исследований тех же регионов и участков дна Мирового океана открывает перспективы пространственно-временных корреляций палеоклиматических и геологических событий четвертичной истории Земли.

Сочетание изучения полярных регионов и Мирового океана, разных этапов исследований — от полевого до картосоставительского, отечественных достижений и наработок с современным мировым уровнем требований к точности и качеству работы, теории и практики разных естественных наук о Земле, образования и науки, — все это позволяет надеяться на верность данного пути развития науки и образования посредством реализации мегагрантов.

Литература

1. Зинченко А. Г., Ласточкин А. Н. Методика геоморфологического картографирования шельфа и континентального склона Российской Федерации (применительно к задачам Госгеолкар-ты-1000). М., 2001. 34 с.

2. Геоморфологический атлас Антарктики / под ред. А. Н. Ласточкина, зам. гл. ред. А. И. Жиров, отв. ред. Ю. М. Артемьев, СПб.: ЗАО «Карта», 2011. 256 с.

3. Ласточкин А. Н. Общая теория геосистем. СПб.: Изд-во «Лема», 2011. 980 с.

4. Кузнецов В. Ю., Максимов Ф. Е. Методы четвертичной геохронометрии в палеогеографии и морской геологии. СПб.: Наука, 2012. 212 с.

5. Лопатин Д. В., Томилов С. В. Научные школы геологии, геоморфологии, палеогеографии и геодинамики кайнозоя. СПб.; Иркутск, 2011. 218 с.

6. Жиров А. И., Макарский А. М. Проблема совершенствования профессионального эколого-географического образования в условиях реформирования российской высшей школы. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010. 320 с.

7. Болтрамович С. Ф., Жиров А. И., Ласточкин А. Н., Лопатин Д. В., Мусатов Ю. Е. Геоморфология. Учебное пособие для бакалавриата географических направлений университетов / под ред. А. Н. Ласточкина и Д. В. Лопатина. М.: Изд-во «Академия», 2011. 319 с.

8. Дмитриев В. В., Жиров А. И., Ласточкин А. Н. Прикладная экология. Учебник для студентов экологических специальностей университетов. М.: Изд-во «Академия», 2008. 2012. 601 с.

9. Лопатин Д. В., Жиров А. И., Макаров А. С. и др. Динамическая и инженерная геоморфология. Учебное пособие для бакалавриата географических направлений университетов / под ред. А. И. Жирова. СПб.: СПбГУ, 2012. 272 с.

10 . 230Th/U chronology of ore formation within the Semyenov hydrothermal district at the Mid-Atlantic Ridge / Kuznetsov V., Maksimov F., Zheleznov A., Cherkashov G., Bel'tenev V., Lazareva L. // Geochronometria. 2011. Vol. 38, N 1. P. 72-76.

Статья поступила в редакцию 29 июня 2012 г.