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.

Лебедянский карьер

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. Это дает уникальную возможность исследовать всю последовательность геологических слоев целиком и позволяет сопоставлять данные с регионами, где породы залегают глубоко и недоступны для прямого наблюдения.

«Мы изучаем естественные выходы отложений, в том числе и девонских. На территории Западной Сибири они в основном находятся в закрытых нефтегазоносных регионах. Здесь мы можем просмотреть полную последовательность отложений всех слоев и выделить ключевые элементы, которые нам позволят проследить данные слои на территории Западной Сибири», – рассказал старший научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Борис Михайлович Попов.

Остракоды: микроскопические маркеры времени

Центральным объектом исследований Бориса Попова стали остракоды — микроскопические ракообразные с известковистыми раковинками. Несмотря на размеры (обычно менее миллиметра), они играют колоссальную роль в биостратиграфии.

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.

Кто живет в девонских слоях?

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.

Эндемики и космополиты: кто откуда пришел?

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.

«В верхней части разреза мы находим, например, Margina, Kozlowskiella и Cryptophyllus — род остракод, которые встречаются также на Восточно-Европейской платформе, на северо-востоке России, в том числе на Таймыре, в Западной Европе и даже в Канаде», – отметил Борис Попов.

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.

Как катастрофы меняли жизнь в океане?

Ранее ученые обнаружили следы крупного вымирания в конце девонского периода — около 374,5 миллионов лет назад. Его называют событием Кельвасер: тогда из-за резких климатических изменений и нехватки кислорода в океанах погибло множество морских организмов. Следы этой катастрофы видны по резкой смене видов остракод в геологических слоях.

«Сначала идет большой расцвет, преобладает большое количество родов и семейств. В посткризисных эпохах, конечно, происходит вымирание, и можно проследить этот скачок, когда происходит вымирание и происходит смена таксонов», — описывает динамику изменений Борис Попов.

После крупных катастроф в океанах резко менялся состав морских организмов: одни виды исчезали, а на их место приходили другие. По этим изменениям ученые видят, как экосистемы реагировали на резкие перепады климата и состава воды. Борис Попов совместно с коллегами подтверждает это не только по крошечным ракообразным (остракодам), но и по другим ископаемым, например по конодонтам и брахиоподам, а также по геохимическому составу самих пород.

Экспедиционные работы

От карьера до лаборатории: как рождается открытие

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.

От науки к практике: поиск нефти и газа

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.

«Вся наша работа направлена в первую очередь на восстановление палеообстановок. На их основе мы реконструируем условия осадконакопления и выделяем стратиграфические реперы: они позволят проследить геологические слои на большой территории. Это, в свою очередь, поможет в поиске полезных ископаемых», – подчеркнул Борис Попов.

Эти слои работают как «геологические маяки». По ним при бурении определяют, на каком уровне находится скважина. Например, если находят характерные виды остракод или следы древнего вымирания — это сигнал: вот он, нужный горизонт. Такие ориентиры особенно важны в Западной Сибири, где породы скрыты километрами земли.

Что впереди?

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», — делится планами ученый.

Изучая крошечные раковинки в древних породах, ученые создают точные маркеры, без которых невозможно представить освоение недр. Эти данные уже сегодня помогают точно ориентироваться в подземных слоях, а информация о редких остракодах может лечь в основу единой стратиграфической схемы для всей нефтегазоносной Сибири, необходимой для точного прогнозирования перспективных горизонтов при поиске и разведке нефти и газа.

Екатерина Муковозчик и Анна Грищенко, студентки Гуманитарного института НГУ

Источник: «Наука в Сибири» (https://www.sbras.info/articles/prosto-o-slozhnom/kak-sibirskie-uchenye-chitayut-istoriyu-zemli-po-sloyam-na-yugo-vostoke)

Фото предоставлены исследователями