ПатомсИии кратер в Восточной Сибири
В.С.Антипин,
доктор геолого-минералогических наук Институт геохимии имА.П.Виноградова СО РАН
В.И.Воронин,
доктор биологических наук
Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН
А.М.Федоров
Институт геохимии имА.П.Виноградова СО РАН Иркутск
Светлой памяти Е.И.Воробьева посвящается
Патомский кратер, расположенный на севере Иркутской обл. (Бодайбинский р-н), продолжает привлекать внимание многих исследователей несмотря на то, что прошло уже около 60 лет со времени его обнаружения. В.В.Колпаков, открывший Патомский кратер в 1949 г., первым высказал гипотезу о его образовании в результате падения метеорита [1]. Известный вулканолог С.В.Обручев считал, что метеоритная гипотеза неприменима к данной структуре, а могла она «образоваться только в результате прорыва со значительных глубин газов или паров, которые пробили цилиндрическую трубку в участке, ослабленном тектоническими разломами» [1]. Значительно позже Е.Ф.Малеев также относил Па-томский кратер к вулканическому образованию, представленному эруптивными (раздробленными глубинными породами, выброшенными на современную поверхность) или взрывными брекчиями [2]. А.М.Портнов, тщательно исследовавший кратер, отвергал возможное участие вулканических процессов в его образовании и даже оценил глубину залегания в нем метеорита около 180-200 м [3].
В 1963 г. Сибирская комиссия по метеоритам СО АН СССР на общественных началах на© Антипин В.С., Воронин В.И., Федоров А.М., 2008
Вид Патомского кратера с вертолета. 2006 г.
Фото С.А.Язева
правила экспедицию на Патом-ское нагорье. В результате был сделан главный вывод — полученных данных недостаточно, «чтобы отдать предпочтение метеоритной или вулканической гипотезам происхождения» этой структуры [4].
В 2006 г. на Патомский кратер отправилась комплексная экспедиция, в составе которой работали геологи-геохимики (Институт геохимии СО РАН), геофизики (Иркутский государственный технический университет) и астрономы (астрономическая обсерватория Иркутского государственного университета) [5].
Мы благодарим всех организаторов и участников экспедиции за помощь и финансовую поддержку при выполнении рейса вертолета и отборе проб. Неоценимую помощь в решении транспортных проблем в г.Бодайбо нам оказал П.П.Быков.
По результатам экспедиции впервые была составлена геологическая карта и получены геологические, петрографические и геохимические данные о породах кратера и его обрамления, которые позволили сделать вполне определенные выводы об условиях формирования этого загадочного конуса.
а а
а
Строение и состав пород кратера
Первые данные о размерах насыпного конуса получил Колпаков в конце 40-х годов прошлого века [1]. Он оценил его средний диаметр в 130—150 м, а глубину кольцевого рва — в 8—10 м. Расположение кратера на склоне горы определило различную его высоту, которая в верхней части составила 10—
15 м, а в нижней — 70—80 м. При этом верхний срез конуса, по мнению Колпакова, был горизонтальным.
Во время экспедиции 2006 г. размерные характеристики конуса, полученные группой астрономов (под руководством С.А.Язева), оказались несколько иными. Размеры основания конуса в проекции на горизонтальную плоскость составили ~150—160х 120—130 м. Диаметр
Схематическая геологическая карта Патомского кратера. Составлена В.С.Антипиным и А.М.Федоровым в масштабе 1:500. Условные обозначения:
1 — массивные кристаллические известняки с кварц-мусковит-карбонатными жилами (кольцевой ров);
2 — массивные мелкозернистые кристаллические известняки с жилами кварца (поздний кольцевой вал и центральная горка);
3 — существенно выветрелые известняки с редкими глыбами метаморфизованных песчаников и сланцев (центральная горка);
4 — существенно выветрелые известняки с дресвой этих пород и глыбами метаморфизованных песчаников и сланцев (ранний кольцевой вал);
5 — осыпь глыб различных горных пород внешнего склона конуса;
6 — вмещающие кратер известняки мариинской свиты протерозоя;
7 — прослой метаморфизованных песчаников среди известняков;
8 — метаморфизованные песчаники;
9 — кольцевые и радиальные зоны разломов в пределах кратера;
10 — элементы залегания горных пород. * — Патомский кратер.
кольцевого вала, окаймляющего воронку, — 80 м, а ее глубина — ~12 —15 м. Диаметр основания центральной горки кратера на сегодняшний день — около 34 м. Максимальный перепад высот на кольцевом валу — 15 м, а высота вала над склоном сопки меняется от 10—12 до 35—38 м.
Различия в размерных характеристиках конуса, полученных недавно и полвека назад, свидетельствуют о заметном воздействии процессов выветривания на слагающие горные породы. Постепенное разрушение кратера привело к соответствующему увеличению протяженности осыпи вниз по склону и возможному проседанию кольцевого вала.
Неоднородное строение Па-томского кратера хорошо видно на геологической карте и проявляется в отчетливо выраженной зональности и последовательном чередовании главных структурных элементов: внешнего склона, кольцевого вала, кольцевого рва и центральной горки. Кратер расположен среди терригенно-карбонатных пород мариинской свиты протерозоя и представляет собой насыпной конус, сложенный преимущественно известняками, в подчиненном количестве встречаются песчаники, метаморфизованные сланцы, полевошпат-карбонат-ные (иногда с мусковитом) и кварцевые жилы.
Прежде всего, было установлено, что кольцевой вал разделен неглубоким понижением в рельефе на две части, которые сформировались в разное время. На раннем этапе образовался внутренний вал, сложенный сильно выветрелыми пластинчатыми, легко рассыпающимися серыми известняками с жилами молочно-белого кварца. Именно здесь, среди известняков, встречаются единичные глыбы метаморфизованных сланцев и песчаников, а дресва карбонатных и терригенных пород покрыта мхом. Внешний вал не содержит терригенных пород и сложен темно-серыми массив-
ными кристаллическими известняками, слабо подвергшимися процессам выветривания. На основании этих признаков можно утверждать, что внешняя часть кольцевого вала — более позднее образование. Становление Патомского кратера, по-видимому, завершилось формированием центральной горки, которая в районе вершины представлена массивными кристаллическими известняками, слегка затронутыми процессами выветривания. Ров, разделяющий двойной кольцевой вал и центральную горку, сложен разнородными известняками, песчаниками, сланцами, прорванными серией кварц-полевошпат-карбонатных жил.
Изучение структурных особенностей известняков под микроскопом показало, что зерна кальцита ориентированы параллельно друг другу. Также наблюдались ориентированные шлиры или линзочки, образованные относительно более крупными зернами кальцита и кварца. Можно предположить, что карбонатные породы испытали одностороннее давление и частичную перекристаллизацию.
К северо-востоку от кратера с падением на юго-запад под толщу известняков залегают мелкозернистые кварцевые песчаники, содержащие слабо окатанные зерна кварца. Последние сцементированы агрегатом, состоящим из хлорита, мусковита, карбоната, редких обломков плагиоклаза и мелких зерен сфена. Отдельные глыбы песчаников внутри насыпного конуса представлены той же минеральной ассоциацией, но в них резко возрастает содержание кальцита, т.е. терригенные породы в пределах кратера существенно карбонатизированы. Так же по сравнению со сланцами вмещающей толщи (г.Джебалдо) резко возрастает содержание карбонатного материала в отдельных глыбах сланцев в кратере.
Химический состав всех главных типов пород, встреченных на Патомском кратере и вмеща-
Центральная горка кратера, окруженная кольцевым валом.
Фото Д.В.Семенова
ющей его терригенно-карбонат-ной мариинской свите, приведен в табл.1. В целом все проанализированные карбонатные породы по химическому составу практически не различаются. Подобный вывод можно сделать и в отношении редкоэлементно-го состава. Отмечается лишь незначительное уменьшение содержаний стронция относительно его уровня во вмещающих известняках мариинской свиты. Важно подчеркнуть, что элементы группы железа (№, Сг, Со, Си, Sc) сохраняют весьма близкие и крайне низкие концентрации во всех исследованных известняках. При этом необходимо обратить особое внимание на №, который служит геохимическим индикатором метеоритного вещества. В известняках Патомско-го кратера и во вмещающей его толще его содержание весьма низкое, на уровне мало различимых концентраций.
В глыбах песчаников и сланцев внутри насыпного конуса резко возросло содержание CaO по сравнению с породами вмещающей толщи. Крайне интересно распределение элементов группы железа в терригенных породах. По сравнению с песчаниками и сланцами за предела-
ми кратера отдельные глыбы на раннем кольцевом валу насыпного конуса значительно обеднены ими. Если говорить о важном для нас Ш, то его концентрация в песчаниках кратера уменьшается в два раза, а в сланцах — в четыре. Такое распределение № исключает участие метеоритного вещества в процессах формирования Патомского кратера.
Возраст кратера
Предлагаемые гипотезы происхождения кратера прямо связаны со временем его формирования. Поэтому возраст Патом-ского кратера имеет принципиальное значение. Участниками экспедиции были спилены 10 деревьев лиственницы даурской как непосредственно на насыпном конусе, так и вблизи его. По отобранным спилам с применением стандартных методик был выполнялся дендрохроно-логический анализ [6].
На основании полученных данных был сделан весьма важный вывод. Внешняя осыпь кратера образовалась не позже 1770 г. В это время на ней появилось самое старое дерево.
Таблица 1
Средний химический состав пород, слагающих Патомский кратер
Элемент Известняки Отдельные глыбы среди Вмещающие кратер породы
кольцевого вала центральной горки кольцевого рва пород кратера
раннего позднего песчаник сланец известняк песчаник сланец
(2) (2) (3) (3) (3) (1) (2) (4) (1)
З1О2 3.08 2.66 3.80 3.31 65.95 52.38 3.35 77.38 54.36
тю2 0.02 0.02 0.03 0.03 0.26 0.37 0.02 0.43 0.72
ЛШз 0.92 0.78 1.07 1.12 6.55 8.8
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.