Патомский феномен: обзор гипотез и новая модель происхождения объекта (предварительные результаты экспедиции 2011 г.)
Гладкочуб Д.П., Шевелев А.C., Семенов Д.В., Афонин Р.А., В.Р. Алексеев
Как у скульпторов, чей талант заключается в отсечении лишнего от каменной глыбы, чтобы в результате получить скульптуру, достойную стать произведением искусства, так и у людей, занимающихся наукой, главным является вычленение из огромных объемов информации лишь тех наблюдений и фактов, которые не противоречат истине. Данный принцип был положен в основу работы экспедиции, посетившей Патомское нагорье в 2011 году с целью изучения одноименной структуры, получившей широкую известность как «Патомский кратер».
В самом начале рассмотрения вопросов строения и возможного генезиса Патомской структуры, авторы хотели бы заострить внимание на терминологическом аспекте, касающемся правомерности использования слова «кратер» при описании данного природного (геологического) объекта.
Уместно при этом упомянуть изречение Козьмы Пруткова «Если на клетке слона прочтёшь надпись "буйвол", не верь глазам своим». К сожалению, с исследуемым объектом исторически сложилась практика его описания не в строго выверенных научных терминах, а с точки зрения «эмоционального восприятия», ориентированного на создание у широкого круга читателей, непосвященных в вопросах развития геологических процессов, понятного и, в тоже время, загадочного образа.
Принимая во внимание то обстоятельство, что в любой классификации кратеров (вулканические, ударные, эрозионные, взрывные), под этим термином понимается углубление в поверхности (отрицательная форма рельефа), совершенно очевидно, что в случае с рассматриваемым объектом, возвышающемся в рельефе, слово «кратер» не отражает своей оригинальной сути. По мнению авторов статьи, с точки зрения геоморфологии, рассматриваемый объект более корректно может быть охарактеризован термином «конус». Однако, учитывая определенную необычность предмета исследований, неоднозначность модели его происхождения и, в целях популяризации вопросов, касающихся природы данного объекта, авторы предлагают использовать при его описании термин «Патомский феномен».
Определившись с дефинициями, имеет смысл провести краткий критический обзор существующих взглядов (точек зрения) на природу возникновения рассматриваемого объекта (от наиболее фантастических к более вероятным).
1. Кимберлитовая гипотеза
В работе В.С. Антипина и др. (2007) упоминается идея В.А.Хрисанова, который допускает, что «кратер» представляет собой результат внедрения магмы в поверхностные слои и представляет собой кимберлит (т.е. трубку взрыва), наполненную брекчиями, и возможно, алмазами. Совершенно очевидно, что ни одного доказательства данной гипотезы (трубки взрыва, кимберлита, алмаза) не было обнаружено в ходе экспедиции 2011 года. Принимая во внимание «правило Клиффорда», допускающее возможность появления алмазоносных кимберлитов лишь на площади древних (архейских) кратонов, можно оставить за скобками вопрос о появлении подобных образований в пределах рассматриваемой территории, являющейся, по сути, фрагментом позднедокембрийского (Байкало-Патомского) осадочного бассейна.
2. Метеоритная гипотеза
Первым идею о метеоритном происхождении Патомского объекта высказал его первооткрыватель В.В. Колпаков (1951). Позднее к этой точке зрения присоединился А.М.Портнов (1962; 1993), предполагая, что кратер образован в результате падения фрагмента Тунгусского метеорита, состоящего из замороженных газов. Данные дендрохронологического анализа (ССЫЛКИ) опровергают упомянутые выше представления и свидетельствуют о более древнем (~500 лет) возрасте процессов, ответственных за формирование конуса. Следует подчеркнуть, что астрономы, выступавшие на первых этапах изучения Патомского объекта с идеями об его формировании в результате падения космического тела (ССЫЛКИ – от Семенова!), к настоящему времени кардинально изменили свои первоначальные взгляды и разделяют идею о происхождении рассматриваемой структуры за счет действия сугубо земных геологических процессов.
3. Гипотеза о существовании «глубинного канала»
Обзор существующих точек зрения, приведенный в работе (Антипин и др., 2007) содержит упоминание модели Г.С.Плюснина, допускающего наличие в районе Патомского объекта глубинного канала, по которому из недр на поверхность поступает водород. Имеющиеся геофизические данные не подтверждают данную гипотезу (ССЫЛКИ). Кроме этого, с кислородом воздуха водород образует взрывчатую смесь (гремучий газ) и в случае долговременного поступления водорода по гипотетическому каналу к поверхности, район размещения Патомского объекта представлял бы собой «безжизненную пустыню» с многочисленными свидетельствами взрывной активности. Говорить же об однократном выбросе водорода, спровоцировавшем взрыв и образование конуса, вероятно, не совсем правомерно, в связи с тем, что в данном случае остается неясным вопрос о природе одномоментно извергшегося водорода. Если допускать наличие «водородного резервуара» в верхней мантии и его прорыв к поверхности, то масштабы подобного катастрофического явления не ограничились бы формированием единственного и относительно незначительного по размерам Патомского конуса.
4. Гипотеза о взрыве метана
Гипотеза о взрыве метана, как возможном механизме образования Патомской структуры высказывается профессором ИГУ В.П. Исаевым, который, в развитии этой идеи предлагает рассматривать этот гипотетический метан как свидетельство наличия в регионе крупных залежей углеводородов. Анализ геологического строения территории и отсутствие в разрезе рассматриваемого участка осадочных толщ вендского возраста, являющихся продуктивными на целом ряде месторождений Восточной Сибири, ставит под сомнение обоснованность приведенной выше гипотезы.
5. Вулканическая гипотеза
Идею о вулканическом происхождении Патомского конуса высказывал еще в середине прошлого века известный вулканолог С.В. Обручев (Обручев, 1951). Позднее эта точка зрения нашла свое развитие в работе Е.Ф. Малеева (1977). В начале 20-го века вулканическая гипотеза нашла широкое развитие в работах известного геохимика В.С. Антипина, составившего, совместно с А.М. Федоровым детальную геологическую карту Патомского «кратера» (Антипин и др., 2008). Отдавая должное качеству и объективности составленной карты, следует отметить, что на ней не показаны так называемые «эруптивные брекчии», упоминание которых встречается во многих работах В.С. Антипина с соавторами (2008; 2010) и являются ключевыми индикаторами для подтверждения вулканической природы конуса. С целью объяснения ключевой роли подобных образований в обосновании вулканогенного генезиса тех или иных геологических объектов, обратимся к терминологии. Согласно геологическому словарю под эруптивной брекчией понимается «брекчиевая порода, в которой угловатые обломки более древнего происхождения связаны более молодой изверженной породой». Проведенные в ходе экспедиции 2011 года наблюдения, как в самом конусе, так и в прилегающих к нему районах не показали наличие на рассматриваемой территории каких либо вулканогенных и вулканогенно-осадочных (эруптивных брекчий) пород. Результаты выполненных наблюдений не противоречат сути упомянутой выше карты, и, следовательно, объективно отражают существующую ситуацию, заключающуюся в отсутствии в пределах рассматриваемого участка свидетельств вулканической деятельности. Следует заметить, что на Государственных геологических картах масштаба 1: 200 000, выполненных с соблюдением всех норм кондиционности, как в плане наблюдения поверхности в ходе геологических маршрутов, так и с использованием горных выработок на закрытых площадях не отмечено присутствия вулканических и вулканогенных образований на всей рассматриваемой территории, за исключением позднедокембрийских (около 1 млрд лет) вулканитов медвежевской свиты. В целом, анализ характера распределения вулканических построек в пространстве (в мире) свидетельствует о том, что вулканические конусы всегда образуют группы или поля и никогда не встречаются в единственном числе, как это предполагается для Патомского объекта.
Изученные В.С. Антипиным карбонатных пород Патомского конуса (Антипин и др., 2008) вполне ожидаемо отличаются по уровню содержаний H2O, CO2, CO и H2 от щелочных базальтов Байкальской рифтовой зоны, траппов Сибирской платформы и лерцолитовых включений из кайнозойских базальтов Прибайкалья, использованных авторами для сравнения. Вызывает удивление сам факт привлечения подобного набора пород (изверженных) для сопоставления их геохимических (флюидных) характеристик с аналогичными параметрами в породах осадочного генезиса. Таким образом, можно предполагать, что надежные геохимические критерии, на основании которых возможно было бы предполагать присутствие «вулканогенной» составляющей в составах карбонатных пород Патомского конуса не выявлены, а отмеченные особенности флюидного режима их формирования (и/или преобразования) вполне могут отражать специфику процессов седиментогенеза и постседиментационных изменений.
Подводя итог анализу аргументов, привлекаемых в пользу «вулканической» природы происхождения конуса, следует признать, что большая их часть не может с достаточной долей уверенности использована для надежного подтверждения данной гипотезы. Напротив, проведенные детальные исследования, в том числе подготовленная и опубликованная геологическая карта конуса, свидетельствуют об отсутствии пород вулканического генезиса и свидетельств вулканической активности, как в самом конусе, так и на прилегающих к конусу территориях.
6. Криогенная гипотеза
Криогенная гипотеза получила свое развитие и новые подтверждения в ходе экспедиции 2011 года. Ранее возможность возникновения Патомского конуса путем гидроудара за счет избыточного давления, возникающего при замерзании подземных вод, высказывалась в работе А.Р. Алексеева (2009). Известно, что вода – это единственная жидкость, которая при замерзании в лед становится легче и, при этом, увеличивается в объеме на 9%. В промерзших грунтах периодически возникает высокое давление, которое сбрасывается путем разрыва ледяной оболочки, что сопровождается огромными выбросами энергии. Этот процесс вполне правомерно называют гидровулканизмом, поскольку, по сути, он аналогичен извержению магмы из земных глубин. Отличие от «классического» вулканизма заключается в том, что в случае криовулканизма в качестве лавы выступает расплав льда, а продукт извержения застывает (кристаллизуется), также как лава, образуя характерные конусы гидроэффузивов. Многолетние бугры пучения (булгуняхи), формирующиеся в результате промерзания вононосного талика (участка не мерзлой породы среди мерзлых толщ) характерны для областей развития вечной мерзлоты, где они встречаются в виде одиночных конусов с воронками на вершине, напоминающих вулканические кратеры. Подобные конусообразные формы высотой до 80 метров характерны для рельефа Центральной Якутии, а также севера Сибири, Аляски и Канады. Часто бугры-булгуняхи образуются за счет спущенных термокарстовых озер. Рост бугров пучения происходит за счет замерзания в полостях подземных вод, которые, замерзая и расширяясь при переходе в лед в условиях замкнутой системы способны оказывать огромные давления на перекрывающие их толщи горных пород. Проведенные в 2011 году наблюдения и анализ опубликованных данных (Геологическая карта…, 1971) показали, что природа Патомского конуса может быть описана в терминах теории криовулканизма.
Во-первых, район характеризуется развитием вечной мерзлоты, которая часто отсутствует на вершинах холмов и в долинах рек. Патомский конус располагается на склоне и, следовательно, попадает в область развития многолетнемерзлых пород.
Во-вторых, в рассматриваемом регионе широко представлены надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды, имеющие пластовые и жильные формы залегания и развитые как в аллювиальных отложениях, так и в коренных породах. Мощность многолетнемерзлых пород достигает 100 метров. Отмечается обилие подмерзлотных вод в разрезе песчаников и перекрывающих их известняков средней части патомской серии. Подобные наблюдения хорошо соотносятся с результатами интерпретации геофизических (электромагнитных) измерений, выполненных Иркутским электроразведочным предприятием. По сообщению директора Предприятия доктора геолого-минералогических наук А.А. Поспеева, на глубине около 100 метров располагается неоднородность, хорошо проводящая электрический ток. В качестве материала слагающего неоднородность может выступать вода, имеющая даже незначительную минерализацию. Следует заметить, что гидрокарбонатно-кальциевые воды с минерализацией до 0,3 г/т отмечены в области развития известняков средней части патомской серии.
В-третьих, в известняках слагающих Патомский конус отмечено развитие карста, создающего благоприятные условия для накопления подземных вод, а при их замерзании, обеспечивающего режим «замкнутого пространства». В подобной среде возможно возникновение избыточных давлений необходимых для гидроудара и последующего развития круовулканических явлений.
Принимая во внимание примерный возраст Патомского конуса, отвечающий времени проявления маундеровского минимума, можно предположить, что в результате многолетнего промерзания обильно водонасыщенной толщи средней части патомской серии (песчаники и известняки) возникли сверхкритические давления, которые способствовали гидроудару, сопровождавшегося взрывом в верхней части разреза (в известняках) и образованию ворокнообразной формы рельефа. Остаточные криоявления могли сформировать поднятие «центральной горки», завершив, таким образом, процесс становления своеобразной структуры Патомского криовулкана.
Авторы подчеркивают, что предложенная гипотеза криовулканического происхождения Патомского феномена не является истиной в последней инстанции и требует своей заверки (подтверждения или опровержения) путем использования комплекса геолого-геофизических, гидрогеологических и инженерно-геологических методов.
Экспедиция 2011 года состоялась при финансовой и логистической поддержке группы компаний «Метрополь», благодаря которой были получены новые данные о строении и природе такого уникального природного объекта как Патомский феномен.
Литература:
Колпаков В.В. Загадочный кратер в Патомском нагорье // Природа, 1951,
№1-2. С.58-61.
Портнов А.М. Кратер на Патомском нагорье // Природа, 1962, №11. С.102-
103.
Портнов А.М. Патомский кратер – след Тунгусского явления? // Земля и
Вселенная, 1993, №1.С.77-81.
Колпаков В.В., Язев С.А. Патомский конус // Земля и Вселенная. 2007. №1.
С.57-65.
Антипин В.С. и др. Экспедиционное обследование Патомского кратера. Из-
бранные проблемы астрономии. Материалы научно- практической конференции
«Небо и Земля», посвященной 75-летию астрономической обсерватории ИГУ.
Иркутск. 2006. С.163-168.
Антипин В.С. и др. Патомский кратер в Восточной Сибири // Природа, 2008,
№9. С.69-75.
Антипин В.С., Федоров А.М. Происхождение Патомского кратера (Восточная
Сибирь) по геолого-геохимическим данным // Доклады Академии наук, 2008,
том. 423, №3. С.361-366.
Самойлов В.С. Геохимия карбонатитов. М. Наука. 1984. 191 с.
Воронин В.И. Предварительные результаты дендрохронологического анализа
спилов лиственницы даурской, отобранных в районе Патомского кратера. Из-
бранные проблемы астрономии. Материалы научно - практической конференции
«Небо и Земля», посвященной 75-летию астрономической обсерватории ИГУ.
Иркутск. 2006. С.169-176.
С.В. Обручев (Природа, 1951, № 1-2, С. 59-61)