Гора, которая старше атмосферного кислорода. Откуда взялась легенда о горе Карандаш возрастом 3,5 млрд лет

На Южном Урале есть вершина, которой приписывают почти невозможную биографию. Гору Карандаш называют древнейшей на планете, оценивают ее возраст в 3,5-4,2 миллиарда лет и рассказывают, что она появилась вскоре после формирования Земли. В таком пересказе Карандаш уже стоял, когда в атмосфере почти не было кислорода, материки не приобрели знакомых очертаний, а жизнь ограничивалась микроскопическими организмами.

Карандаш находится в Челябинской области, севернее Златоуста, среди лесов Южного Урала. Высота вершины составляет около 610 метров. Здесь нет гигантских отвесных стен, ледников или скальных башен, достойных сравнения с Гималаями. Большая часть склонов покрыта лесом, а темные выходы породы занимают сравнительно небольшие участки.

Главная ценность Карандаша скрыта именно в этих выходах. На поверхности обнажается редкая магматическая порода, известная под названием израндит. Ее геологическая история действительно уходит в ранние эпохи Земли. Она старше Уральских гор во много раз и относится к древнейшим породам, обнаруженным в регионе.

Числа возраста в миллиарды лет относятся к этому камню. Современная вершина возникла значительно позже.

Почему возраст горы и возраст ее камней — это разные величины

Гора не является неподвижным предметом, который однажды появился и миллиарды лет сохранял первоначальную форму. Рельеф постоянно меняется. Земная кора сталкивается, раскалывается, погружается и поднимается. Ветер, вода, лед и перепады температуры разрушают вершины. Старые горные системы стираются, а их породы могут войти в состав новых.

Один и тот же камень способен пережить несколько крупных геологических эпох. Он формируется глубоко в коре, затем проходит через нагревание и давление, оказывается внутри нового горного сооружения и через сотни миллионов лет выходит на поверхность благодаря поднятию и эрозии.

Современный Урал связан с закрытием древнего океана и столкновением крупных блоков земной коры в палеозое. Основные события Уральского горообразования происходили в конце палеозойской эры, когда сближались территории, ставшие частями Восточно-Европейской платформы и Азии. Финальные столкновения пришлись примерно на пермский и раннетриасовый периоды, которые были сотни миллионов, а не миллиарды лет назад.

Древние породы при этом уже находились в земной коре. Тектонические процессы захватили их, переместили, деформировали и включили в структуру будущего Урала. Карандаш хранит часть этого древнего основания, поднятого на поверхность внутри намного более молодой горной системы.

Поэтому утверждение, что горе Карандаш 3,5 миллиарда лет геологически неточна. Вершина не стояла на нынешнем месте в архее и не сохраняла современную форму с первых миллиардов лет истории Земли. Такой возраст приписывали породе, обнаруженной на ее склонах.

Откуда взялось число 4,2 миллиарда лет

Израндиты обнаружили севернее Златоуста, рядом с деревней Александровка, в метаморфических породах Александровского комплекса. Название дали по реке Изранда. Порода быстро заинтересовала геологов необычным составом, хорошей сохранностью и очень древними результатами первых радиологических измерений.

Ранние датировки проводились калий-аргоновым методом. Некоторые образцы дали возраст до 4,2 миллиарда лет, а расположенные рядом оливиновые пироксениты — до 3,3 миллиарда. Числа выглядели сенсационно. Земле около 4,54 миллиарда лет, поэтому выходило, что израндит сформировался через несколько сотен миллионов лет после рождения планеты.

Именно эти результаты стали основой истории о древнейшей горе мира. В популярных текстах исчезло различие между породой и формой рельефа. Предварительная датировка постепенно превратилась в установленный возраст всей вершины.

Позднейшие исследования показали источник ошибки. В породе находился избыточный аргон, из-за которого калий-аргоновые часы показывали слишком большой возраст. Авторы работы о цирконах израндита прямо связывают экстремальные значения до 4,2 миллиарда лет с этим эффектом. Для уточнения истории породы ученые перешли к исследованию циркона и уран-свинцовому датированию.

Что показали цирконы

Циркон особенно ценен для геохронологии. При формировании кристалл может включать атомы урана, тогда как обычного свинца в нем изначально мало. Радиоактивный уран со временем превращается в свинец с известной скоростью. Измерение соотношения изотопов позволяет восстановить возраст кристаллизации и более поздних геологических событий.

Авторы исследования 2011 года извлекли цирконы из крупной, примерно 110-килограммовой пробы израндита и изучили их методом SHRIMP — разновидностью высокоточного ионно-зондового уран-свинцового датирования. Кристаллы оказались неоднородными. Они сохраняли следы нескольких этапов формирования и преобразования породы.

Самая важная дата составила 2696 +- 13 миллионов лет. Ее ученые интерпретировали как время формирования протолита — исходного материала израндита — в архее.

Следующий крупный этап произошел 2022 +- 15 миллионов лет назад, когда порода пережила метаморфизм в раннем протерозое. Более молодые даты, от примерно 521 до 353 миллионов лет, связаны с дальнейшими метаморфическими и метасоматическими изменениями во время развития Урала. Отдельный этап зафиксирован около 378 миллионов лет назад.

В одном небольшом выходе породы сохранилось сразу несколько геологических эпох. Израндит возник в глубокой древности, был преобразован около двух миллиардов лет назад, затем снова оказался вовлечен в процессы, сопровождавшие появление Уральского горного пояса.

Эта картина выглядит сложнее легенды о неизменной горе. Она ценнее для науки, поскольку показывает движение и переработку континентальной коры на протяжении почти трех миллиардов лет.

Откуда тогда появились 3,5 миллиарда лет

Число около 3,5 миллиарда продолжает встречаться в туристических описаниях, социальных сетях и краеведческих материалах. Иногда его связывают с уран-свинцовым анализом, иногда приводят без объяснения метода и конкретной научной публикации.

В рецензируемой работе «Цирконология израндитов», где подробно описана проба, методика и интерпретация результатов, время формирования протолита определено как 2696 +- 13 миллионов лет. Авторы также разобрали старые калий-аргоновые значения и объяснили их присутствием избыточного аргона.

Другая научная работа, посвященная минералогии израндитов, называет их породами возрастом более 1848-2011 миллионов лет и относит к древнейшим на Урале. Исследователи описывают израндиты как реликты глубинной части земной коры, сохранившиеся небольшими выходами среди амфиболитов Александровского комплекса.

Разброс чисел возникает из-за сложной истории породы. В ней присутствуют минералы и структуры, сформированные в разные времена. Метаморфизм способен частично перестраивать изотопные системы. Результат зависит от того, какой минерал изучался, какое событие он зафиксировал и насколько надежно исследователи отделили первоначальную кристаллизацию от последующих преобразований.

Утверждение о 3,5 миллиарда лет нельзя считать надежно установленным возрастом всей горы. Наиболее обоснованная дата древнего исходного материала израндита, опубликованная в специальной геохронологической работе, приближается к 2,7 миллиарда лет.

Что представляет собой израндит

В популярном описании израндит иногда называют минералом. Геологически это горная порода, состоящая из нескольких минералов. Более точное название — плагиоклаз-оливиновый клинопироксенит.

Основную часть породы составляет клинопироксен, прежде всего диопсид с характерными включениями ильменита. Его доля может достигать 65-70%. Оливин занимает около 10-16%, плагиоклаз — 5-8%, амфибол — 3-8%. Порода темная, среднезернистая, полнокристаллическая и тяжелая: ее плотность превышает 3,2 грамма на кубический сантиметр.

Израндит формировался в глубинных условиях и считается реликтом нижней части древней континентальной коры. Исследователи отмечали сходство его состава с некоторыми габброидными породами лунных высокогорий — лейкогаббро, троктолитами и норитовыми анортозитами. Это сравнение не означает космическое происхождение Карандаша. Оно касается минералогических и геохимических особенностей пород, сформировавшихся в разных небесных телах.

На склонах горы израндит не образует сплошной монолит размером со всю вершину. Речь идет об отдельных небольших выходах, достигающих нескольких метров в поперечнике и окруженных амфиболитами. Постепенные переходы между породами показывают, как древний материал менялся во время метаморфизма.

Мир, в котором возникла древняя порода

Возраст около 2,7 миллиарда лет переносит нас в поздний архей. Земля уже имела океаны и участки континентальной коры. На планете существовала микробная жизнь. Привычной кислородной атмосферы еще не было.

Великое кислородное событие, после которого свободный кислород начал устойчиво накапливаться в атмосфере, произошло примерно 2,4 миллиарда лет назад. Исходный материал израндита, согласно датировке 2696 +- 13 миллионов лет, действительно старше этого перелома примерно на 300 миллионов лет.

Кислород как химический элемент существовал всегда, входя в состав воды и минералов. Молекулярный кислород мог локально производиться живыми организмами задолго до его накопления в атмосфере. Современные исследования допускают, что кислородный фотосинтез возник еще в архее, возможно, вплоть до 3,5 миллиарда лет назад. Выделяемый кислород быстро расходовался на окисление железа, вулканических газов и других веществ.

Можно ли назвать Карандаш древнейшей горой Земли

Единого научного рейтинга самых старых гор почти невозможно составить. Горы не имеют четкой даты рождения и постоянно перестраиваются. Возраст горной породы, время тектонического поднятия и возраст современного рельефа дают разные числа.

Если сравнивать древность материала, Карандаш тоже не становится мировым рекордсменом. Гнейсы Акаста на Канадском щите имеют возраст около четырех миллиардов лет. В австралийских холмах Джек-Хиллс обнаружены отдельные кристаллы циркона возрастом примерно 4,4 миллиарда лет — самые древние известные материалы земной коры.

Что о Карандаше можно утверждать с уверенностью

Гора находится на Южном Урале в Челябинской области и достигает высоты около 610 метров.

На ее склонах есть выходы редкой темной магматической породы, известной как израндит или плагиоклаз-оливиновый клинопироксенит.

Первые калий-аргоновые датировки дали значения вплоть до 4,2 миллиарда лет. Позднее эти результаты связали с избыточным аргоном.

Уран-свинцовое исследование цирконов определило возраст формирования протолита примерно в 2,696 миллиарда лет. Порода пережила метаморфизм около 2,022 миллиарда лет назад и несколько более молодых преобразований.

Современная гора не может иметь тот же возраст, что ее архейский материал. Уральская горная система формировалась гораздо позже, во время палеозойских тектонических событий.

Израндит действительно возник до Великого кислородного события, когда в земной атмосфере еще не накопилось значительное количество свободного кислорода.

Этого достаточно, чтобы считать Карандаш выдающимся геологическим объектом. Перед нами не сохранившаяся с рождения планеты гора. Это вершина, внутри которой на поверхность вышел фрагмент почти трехмиллиардной коры.