Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В текущем году главные усилия коллектива были направлены на изучение Rb-Sr и U-Pb систематики осадочных карбонатных рифея Енисейского кряжа и Южного Урала, а также на минералогическое исследование и изучение метасоматических магнезитов Саткинского рудного поля Южного Урала. Для осадочных карбонатных пород был проведен выбор наименее измененных карбонатов, сохранивших информацию о среде и времени седиментации. Для магнезитов были выбраны генерации, представляющие конечные продукты метасоматической переработки. Изотопному исследованию предшествовало геохимическое изучение образцов карбонатов, а на этапе изотопного изучения Rb-Sr и U-Pb систем применялась процедура ступенчатого растворения. В результате комплексных работ были получены Sr-хемостратиграфические и U-Pb геохронологические данные для уточнения возраста пород и проведения региональных корреляций. В отчетном году дополнительно выполнено Rb-Sr изучение метаморфизованных карбонатов, ассоциированных с железорудными формациями Северной Норвегии, с целью уточнения времени формирования карбонатных протоосадков и железистых руд. В этом же году осуществлена закупка моноизотопов стронция, необходимых для приготовления индикаторной смеси. После чего были проведены математические расчеты для оценки погрешности измерения и оптимальных концентраций для приготовления индикаторных растворов 84Sr-87Sr. Впервые определен Pb-Pb возраст (1020±20 млн. лет) карбонатных отложений дадыктинской свит тунгусикской серии, а также уточена ее Sr-хемостратиграфическая характеристика (0.70536-0.70591). Время накопления осадков тунгусикской серии было очень кратким (менее 10 млн. лет) и близко к границе позднего и среднего рифея 1030 млн. лет (Семихатов, 2000; Семихатов и др., 2015). Sr-изотопные данные позволяют коррелировать кровлю серии с карбонатными породами опорных разрезов верхнего рифея Туруханского поднятия и Учуро-Майского региона (Семихатов и др., 2002). Выбор образцов карбонатных пород Оленекского поднятия Сибири для реконструкции изотопного состава стронция в среде седиментации рифейского океана пока затруднен. Получение новых Sr-изотопных данных для этого разреза имеет важное значение для стратиграфии Сибири, поэтому требует продолжения работ и увеличения выборки. В результате изучения карбонатных пород укской свиты в разрезах юго-западной части Башкирского антиклинория получены новые данные о вариациях отношения 87Sr/86Sr в каратавском палеобассейне. Эти данные надстраивают полученный ранее тренд роста отношения 87Sr/86Sr от 0.70533-0.70609 до 0.70632. Анализ вариаций отношения 87Sr/86Sr в укской свите показывает тренд, который сопоставим с так называемым сульфатным Биттер-Спрингс событием (BSE), возраст которого оценивается 805-815 млн лет. Этот вывод, сделанный на основе Sr-хемостратиграфической корреляции, предполагает, что отложение каратавской серии завершилось около 800 млн лет назад. Определен Pb-Pb возраст магнезитов в двух залежах Саткинского рудного поля Южного Урала показывающих, что промышленные залежи магнезита формировались около 1370 млн. лет назад. Во времени совпадают с машакским рифтогенным событием, излиянием базальтов и липаритов и внедрением комагматичных габбро-диабазов Бердяушского массива. Первичный изотопный состав Pb магнезитов предполагает, что магнезиты были сформированы в процессе метасоматической переработки вмещающих доломитов при привносе свинца с мантийной компонентой. Продемонстрирована возможность мраморов железорудных формаций Северной Норвегии сохранять Sr-изотопную метку среды седиментации в амфиболитовой фации. На основе метода Sr-изотопной хемостратиграфии было установлено, что карбонатные осадки из безрудных формаций отлагались в эдиакарии (венде) и раннем палеозое (ордовик-силур). При этом формирование главных залежей железных руд происходило исключительно в позднем докембрии (тонии) до эпохи глобального оледенения в криогении. На основе математического моделирования показано, что оптимальные составы двойного трассера зависят от состава исходных материалов (степени обогащения изотопом). Приготовление двойного трассера из исходных материалов ФГУП "Электрохимприбор", содержащего изотопы с относительно низким (до 80%) обогащением по 84Sr, низкая степень обогащения не окажет существенного снижения точности по сравнению со смесями, приготовленным в лабораториях GEOMAR (Германия) и USGS (Денвер, США).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
На втором этапе (2019 года) работы над проектом был выполнен ряд методических исследований: (1) Выяснены граничные условия, при которых древние карбонатные породы, метаморфизованные в амфиболитовой фации, способны сохранять изотопно-геохимические характеристики среды седиментации (например, морской воды); (2) Исследовано поведение Rb-Sr систем при лабораторной обработке карбонатных пород, обогащенных глинистой примесью. Проведение этих методических исследований необходимо для расширения геологических и минералогических объектов, которые могут быть привлечены к изучению для реконструкции изотопных характеристик древних палеобассейнов. Модельные расчеты и эксперименты по селективному растворению глинистых известняков и силикатных минералов (рифейских иллитов и образца полевого шпата 70а) убедительно показали, что аномальное обогащение Rb и радиогенным 87Sr первых ступеней растворения обеспечивается выщелачиванием этих элементов не только из силикокластической примеси. Проведенные расчеты доказывают, что в ходе лабораторной обработки образца удаляется эпигенетическая карбонатная фаза, не несущая информации о среде седиментации. Намечены геохимические критерии, которые могут ограничить образцы кальцитовых мраморов с наименее измененными Rb-Sr системами после воздействия метаморфизма амфиболитовой фации. Изотопный состав Sr в метакарбонатной породе может рассматриваться как характеристика осадочного протолита и использоваться для реконструкции изотопного состава Sr в среде седиментации, в случае крайне низкого содержания SiO2 (<5%) и Al2O3 (<1%). При этом концентрация Sr в карбонатной составляющей образца должна быть выше 1000 мкг/г, Mn – менее 50 мкг/г, значение δ18О выше 22‰ SMOW, а отношения Mg/Ca, Mn/Sr и Rb/Sr быть соответственно ≤0.02, ≤0.02 и ≤0.0001. Предложенные критерии значительно строже тех (Mg/Ca<0.024, Mn/Sr<0.2 и Fe/Sr<5), которые используются нами для Rb-Sr систем неметаморфизованных осадочных известняков. Описанные выше методические приемы были применены при изучении на втором этапе работ нескольких объектов: палеопротерозойских метакарбонатных пород сортавальской серии Северного Прионежья, палеопротерозойских кальцитовых мраморов темрюкской свиты Азовского блока, доломитовых мраморов игнатеевской свиты Курского блока, а также позднерифей-вендских осадочных карбонатов Хараулахского поднятия Сибири (р.Оленек). В ходе работ были получены новые Sr-изотопные данные, которые позволили реконструировать два новых фрагмента для кривой вариации отношения 87Sr/86Sr в океане палеопротерозоя. Отношение 87Sr/86Sr в палеопротерозойском океане (2.30-2.34 млрд лет назад) было заключено в пределах 0.70322-0.70352, а в океане людиковийского времени (1.99-2.06 млрд лет назад) - 0.70482-070486. Эти значения показывают существенное различие между величинами 87Sr/86Sr в океане до и после ломагунди-ятулийской эпохи, характеризовавшейся накоплением карбонатных осадков с аномально высокими значениями δ13С. Одной из геодинамических причин, обусловивших это различие, мог быть распад суперконтинента Кенорленд и постепенное "вызревание" континентальной коры. Обнаружено сходство изотопно-геохимических характеристик палеопротерозойских метакарбонатных пород темрюкской свиты Азовского блока и игнатеевской свиты Курского блока, представляющих осадочный чехол палеоконтинента Сарматия. Эти породы имеют близкие изотопно-геохимические характеристики с карбонатными формациями Кэмпбеллрэнд-Малмани и Уиттенум-Каравайн кратонов Каапвааль и Пилбара. Такое сходство предполагает накопление осадков в пределах единого обширного морского палеобассейна, который был окраиной архейского суперконтинента Кенорленд. Различная степень доломитизации и окремнения осадков позволяет наметить внутренние, наиболее изолированные, части палеобассейна и периферийной области с лучшей циркуляцией океанической воды. Впервые определен Pb-Pb возарст и получена Sr-изотопная характеристика позднего докембрия Хараулахского поднятия Сибири (р. Оленек). Известняки уктинской и эсэлехской свит имеют низкие значения 87Sr/86Sr (0.70673-0.70715), а вышележащие нэлегерской и сиэтачанской - значимо выше (0.70791-0.70817). Pb-Pb возраст известняков эсэлехской свиты равен 720±30 млн. лет. Новые данные меняют представления о стратиграфии и истории развития этого осадочного бассейна. Исключена корреляция рифейских отложений Хараулахского разреза с разрезом Оленекского поднятия, имеющего раннерифейский возраст (1400-1300 млн. лет, Зайцева и др., 2017). Установлен стратиграфический перерыв в Хараулахском разрезе длительностью 100-150 млн. Различный возраст карбонатных отложений рифея на северо-востоке Сибирской платформы (Оленекское и Хараулахское поднятия, Лено-Анабарский прогиб) свидетельствует о более сложном строении и многоэтапном формировании докембрийского осадочного чехла, чем это представлялось ранее. Доказано участие эпигенетических растворов, поступавших из-за пределов первично-осадочной карбонатной толщи, при формировании метасоматических магнезитов Бакальского рудного поля. Полученный Pb-Pb возраст магнезитов бакальской свиты (1366+47 млн лет) в пределах погрешности совпадает с возрастом магнезитов саткинской свиты. Это позволяет выделить самостоятельный крупномасштабный этап магнезитобразования в пределах Бакало-Саткинского района 1370-1380 млн. лет назад. Отношение 87Sr/86Sr в ряду известняк–доломит–магнезит повышается при переходе к новой минеральной группе. Такая же тенденция, отмечается в породах Саткинского рудного поля, при этом величины 87Sr/86Sr в бакальских магнезитах ниже, чем в магнезитах месторождений Сатка. Это наблюдение предполагает, что главная зона магнезитизации находилась в Саткинском рудном поле, где образовались крупные промышленные залежи магнезита, а бакальские магнезитовые руды представляют периферийную зону магнезитовой минерализации. Установлено различие Sr-изотопной характеристики карбонатных раковин пресноводных моллюсков Unionidae в бассейне р. Белая (Южный Урал и Приуралье) в зависимости от места обитания и состава размываемых пород. Образцы, представляющие участки реки в горном суббассейне с размываемыми докембрийскими породами имеют самые высокие значения отношения 87Sr/86Sr – 0.7122-0.7125. Образцы раковин моллюсков, обитавших в платформенном суббассейне, который сложен палеозойскими карбонатами и гипсами, имеют значительно более низкие отношения 87Sr/86Sr – до 0.7079-0.7081. Полученные данные показывают, что в бассейне р.Белая происходит значительное изменение Sr-изотопной характеристики растворенного стронция. Это изменение контролируется, прежде всего, геологическим субстратом, и вероятно при участии географического фактора. Таким образом, карбонатные раковины пресноводных моллюсков Unionidae фиксируют изотопную характеристику среды обитания и пригодны для реконструкции. Приготовлен двойной 84Sr-87Sr трассер с относительно низким (до 80%) обогащением 84Sr по сравнению с трассерами, используемых в лабораториях GEOMAR (Германия) и USGS (Денвер, США). В ходе тестовых измерений доказано, что из всех существующих методик измерения изотопного отношения 88Sr/86Sr наилучшая точность измерения наблюдается при использовании метода двойного изотопного разбавления в двухленточном режиме. При проведении изотопного анализа в указанных условиях его воспроизводимость обусловлена преимущественно статистикой счета и шумом Джонсона. Точность других методик измерения дополнительно ограничена эффектом памяти, фракционированием изотопов при подготовке пробы, спектральными интерференциями и нестабильностью коэффициента фракционирования изотопов в источнике ионов с индуктивно связанной плазмой. Первые результаты измерения изотопного отношения стронция в стандартном образце jLs-1 (δ88/86Sr = 0.27±0.02‰) и образце морской воды (δ88/86Sr = 0.39±0.01‰) показали высокую сходимость с аналогичными данными, полученными в ведущих научных лабораториях (Ohno, Hirata, 2005; Krabbenhöft et al., 2009; Pearce et al., 2015).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1) Установлено сходство значений 87Sr/86Sr в известняках тимской свиты с этим ятулийскими карбонатными осадками частично изолированных палеобассейнов - лагун и себкх (Kuznetsov et al., 2010). Обнаружены аномально высокие значения 13С в тимской свите, что значительно выше, чем в игнатеевской свите, залегающей в основании курской серии - 0.3–0.9‰ PDB (Савко, Кузнецов и др., 2020). Высокие значения δ13C (11.0-11.6 ‰ PDB) в тимских известняках указывают, что отложение карбонатных осадков этой свиты происходило в ломагунди-ятулийскую эпоху 2.22–2.06 млрд лет назад. До настоящего времени в палеопротерозойских отложениях архей-палеопротерозйоского континента Сарматия не были известны карбонатные породы ятулийского возраста. Опубликованные значения 13С для палеопротерозойских карбонатных пород Украинского щита не превышали +4...+6‰ (Загнитко, Луговая, 1989). Нами при изучении карбонатных отложений Азовского блока Украинского щита (темрюкская свита) был сделан ошибочный вывод об отсутствии в Сарматии карбонатных осадков моложе 2.23 млрд лет (Кузнецов и др., 2019). Новые данные ограничивают возраст карбонатных пород тимской серии интервалом 2.22–2.10 млрд лет (представлено в Доклады АН). 3) Наиболее низкие значения отношения 87Sr/86Sr обнаруженные в рифейских доломитах камовской серии Байкитской антеклизы Сибири заключены узких пределах – 0.70499-0.70525. Полученные данные значительно расширяют наши представления о эволюции внутрисибирских морских бассейнов в рифее, указывая на наличие широких трансгрессий во внутренние районы древней платформы. Сравнение Sr- и C-изотопной характеристики карбонатов камовской серии с глобальными кривыми вариаций значений 87Sr/86Sr и 13C в докембрийском океане показывает, что изученные отложения относятся интервалу раннего и среднего рифея – 1500-1200 млн. лет назад (мезопротерозоя). 5) Изучение изотопного состава Sr и карбонатных раковин пресноводных (Unio, Viviparus) и солоноводных (Didacna, Cardiudae) моллюсков нижнего Поволжья позволяет выделить трансгрессивные и регрессивные стадии этого волжско-каспийского палеобассейна. На трансгрессивной стадии, территория заливалась водами Каспийского моря с высоким отношением 87Sr/86Sr - около 0.7090-0.7091. На регрессивных стадиях в палеобассейне преобладали пресные воды с низким отношением 87Sr/86Sr - 0.7083-0.7085. Главным и единственным источником пресной воды служили речные воды Волги. Пониженные значения 87Sr/86Sr в речной воде Волги контролируется, прежде всего, геологическим субстратом, и вероятно участие географического фактора. Таким образом, чередование пресноводных и морских стадий создает особую летопись для реконструкции палеофациальных обстановок в плейстоценовых отложениях нижнего Поволжья. 6) Впервые определено значение δ88/86Sr в осадочных карбонатных породах докембрия: от архея до позднего неопротерозоя. Предварительные данные показывают, что значение δ88/86Sr понижалось во времени. В архее оно составляло 0.36-0.41‰, в раннем палеопротерозое 0.17-0.36‰, в мезопротерозое (0.18-0.30‰) и среднем неопротерозое (0.18-0.29‰). По сравнению с археем, среднее значение δ88/86Sr в палеопротерозое понизилось приблизительно на 0.1‰, затем в мезо- и неопротерозое еще на такую же величину 0.1‰. Это тренд продолжился в фанерозое. Наблюдаемое понижение значения δ88/86Sr в морских карбонатах обратно коррелировано с отношением 87Sr/86Sr, которое в целом увеличивалось во времени. Этот факт можно объяснить глобальным ростом континентальной коры и увеличением речного стока. 7) Образование метасоматических магнезитов Саткинского рудного поля привело к увеличению значения δ88/86Sr в магнезите (0.33-0.36‰) по сравнению с вмещающими осадочными карбонатными породами (0.18-0.19‰). Этот факт указывает, что магнезит остаточным продуктом метасоматической перекристаллизации (реститом). При таком процессе из первичного матрикса выносился стронций (преимущественно легкий 84Sr) вместе с наиболее подвижным элементом - кальцием. Пои этом остаточный раствор обогащался тяжелым 88Sr. 8) Значения δ88/86Sr в метасоматических сидеритах Бакальского рудного поля ниже по сравнению с вмещающими карбонатными породами (0.23-0.25‰ против 0.28-0.29‰). Этот тренд предполагает очень быструю скорость кристаллизации железистых карбонатов, что сопровождалось захватом легкого 84Sr. Данное наблюдение предполагает, что высокую концентрацию ионов Fe в метасоматическом растворе.