Общая информация о лаборатории. История. Направления исследований

Лаборатория стратиграфии верхнего докембрия была создана в 1965 г. на базе ранее существовавшей в Отделе стратиграфии ГИНа группы сотрудников, занимавшихся изучением рифейских отложений. Во главе этой группы, а затем и Лаборатории до 1984 г. находился Б.М. Келлер; с 1984 г. Лабораторию возглавляет М.А. Семихатов. Исследования проводились и проводятся по перечисленным ниже взаимосвязанным и взаимодополняющим направлениям, значение каждого из которых менялось во времени.

Региональная стратиграфия верхнедокембрийских отложений Северной Eвразии. В рамках этого направления в 1950-1960-е годы были существенно уточнены схемы расчленения нижнекембрийских и верхнедокембрийских отложений западной части Восточного Саяна (В.В. Хоментовский, Л.Н. Репина, М.А. Семихатов), Байкало-Патомского нагорья (Н.М. Чумаков, В.А. Комар), Енисейского кряжа (М.А. Семихатов), юго-восточной части Сибирской платформы (С.В. Нужнов), Анабарского массива и Оленекского поднятия (В.А. Комар). В последующие полтора десятилетия в Учуро-Майском регионе была разработана стратиграфическая шкала юдомского комплекса, считавшегося сибирским эквивалентом венда (М.А. Семихатов, В.А. Комар, С.Н. Серебряков), и обоснована единая схема расчленения рифейских отложений этого обширного региона (М.А. Семихатов, С.Н. Серебряков, В.А. Комар), а в Туруханском районе уточнена последовательность рифейских свит (В.А. Комар, С.Н. Серебряков). В европейской части страны был выделен ранневендский лапландский (варангерский) гляциогоризонт (Н.М. Чумаков) и обоснована детальная схема расчленения типа верхнего рифея - каратавской серии Южного Урала (Б.М. Келлер, И.Н. Крылов, М.Е. Раабен, В.А. Комар). Привязка упомянутых региональных схем к общей стратиграфической шкале рифея и венда проводилась при возрастающей во времени роли биостратиграфических и изотопно-геохронологических данных.

Историко-геологический и биостратиграфический методы в стратиграфии рифея и венда. Решение всех стратиграфических вопросов в верхнем докембрии долгое время опиралось только на историко-геологический метод. Действуя в рамках этого метода, Н.С. Шатский в 1945-1952 гг. обосновал выделение рифейской группы, но позднее при первых попытках общего расчленения рифея на первое место вышло выявление событийных рубежей и специфичных формационных комплексов (Б.М. Келлер, В.В. Хоментовский). Однако полученные в начале 1960-х годов данные доказали, что в межрегиональном масштабе эти рубежи и комплексы не выдержаны во времени и это резко сузило их стратиграфическое значение (Б.М. Келлер, М.А. Семихатов).

Проблемы биостратиграфии докембрия в Лаборатории разрабатывались на основе строматолитов, микрофитолитов, микрофоссилий, а в венде, кроме того, отпечатков и следов бесскелетных метазоа. Основы стратиграфического использования докембрийских строматолитов в ГИНе заложил В.П. Маслов еще в 1930-е годы, но позднее он поставил под сомнение стратиграфическую ценность этих ископаемых. На инициированном В.В. Меннером новом этапе изучения докембрийских строматолитов, который начался в конце 1950-х годов, были предложены новая методика изучения и систематика этих ископаемых (И.Н. Крылов), установлено вертикальное распределение их таксонов в опорных разрезах рифея Северной Евразии и выявлено сходство такой смены в межрегиональном масштабе. На основании полученных данных и первых K-Ar датировок докембрийских глауконитов Б.М. Келлер, И.Н. Крылов, С.В. Нужнов и М.А. Семихатов в 1960 г. предложили первую схему трехчленного расчленения рифея по строматолитам. Опубликованные в 1962-1967 гг. монографии названных авторов, М.Е. Раабен и В.А. Комара, содержащие палеонтологические описания строматолитов из опорных разрезов России, явились важным подтверждением этой схемы. Позднее сотрудники Лаборатории на основании оригинальных данных доказали возможность распространения трехчленного расчленения рифея по строматолитам за пределы Северной Евразии и установили различие состава вендского, рифейского и нижнепротерозойского комплексов. Одновременно были показаны принципиальные различия механизмов формирования и фациальной приуроченности современных и рифейских строматолитов и причины морфологической изменчивости последних (С.Н. Серебряков). На основании обобщения мировых данных с относительно высоким возрастным разрешением была выявлена динамика таксономического разнообразия и обилия протерозойских строматолитов и установлена зависимость этих параметров от абиотических факто­ров (М.А. Семихатов, М.Е. Раабен). Проведенные исследования получили широкий международный резонанс и нашли последователей в США, Канаде, Франции, Индии, Китае и Австралии. Итогом этих работ стало строгое определение стратиграфического потенциала протерозойских строматолитов.

Изучение верхнедокембрийских микрофитолитов, которое было начато В.П. Масловым и Е.А. Рейтлингер в 1950-е годы и развивались в последующие два десятилетия З.А. Журавлевой и В.Е. Забродиным, не принесло стратиграфически значимых результатов. Выделенные в опорных разрезах рифея и венда Сибири и Урала ассоциации формальных видов и родов этих образований одно время считались важными для общего расчленения и телекорреляции отложений. Но позднее было показано, что в межрегиональном масштабе эти ассоциации являются диахронными (С.Н. Серебряков, М.А. Семихатов), а признаки, положенные в основу классификации микрофитолитов, в значительной мере являются вторичными (Э.П. Радионова).

Активное изучение докембрийских микрофоссилий в Лаборатории началось по инициативе Б.М. Келлера во второй половине 1970-х годов и было стимулировано находками в рифейских отложениях Урала, Сибири и Средней Азии окремненных и органостенных остатков микроорганизмов. К изучению органостенных форм в Лаборатории приступили А.Ф. Вейс, Т.В. Янкаускас и позднее Н.Г. Воробьева, а окремненных И.Н. Крылов и В.Н. Сергеев. Интенсификации исследований во многом способствовало то, что все активно работавшие отечественные специалисты страны по докембрийским микрофоссилиям в 1989 г. опубликовали капитальную монографию "Микрофоссилии докембрия СССР", в которой систематика этих ископаемых подверглась существенной ревизии. В изучении протерозойских микрофоссилий в Лаборатории были достигнуты следующие главные результаты. 1. Получена детальная палеонтологическая характеристика большинства опорных разрезов рифея и венда Северной Евразии и в этих разрезах была выявлена последовательность таксономически различных комплексов органостенных и окремненных микрофоссилий и установлена выдержанность маркирующих комплексов в межрегиональном масштабе. 2. На основании комплексного детального фациального (П.Ю. Петров) и палеонтологического (А.Ф. Вейс, Н.Г. Воробьева, В.Н. Сергеев) изучения рифейских отложений обоснована модель изменения таксономического состава микрофоссилий на профиле палеобассейна и выделен ряд различных по составу и по обилию их фациально-экологических ассоциаций. 3. Уточнена хронология важнейших эволюционных новаций в докембрийской микробиоте на пути эвкариотизации ранней биосферы и подчеркнута роль биотических и абиотических событий в этом процессе. В итоге было установлено, что микрофоссилий на сегодня являются наиболее действенным инструментом биостратиграфии протерозоя.

Первые шаги в изучении вендских бесскелетных метазоа в нашей стране были сделаны в конце 1960 гг. В.В. Меннером и Б.М. Келлером, которые опубликовали описания этих форм, открытых в венде Русской плиты. В 1970-е годы Б.М. Келлер и М.А. Федонкин обнаружили богатое местонахождение этих форм на Онежском полуострове, а М.А. Федонкин открыл уникальное по богатству и разнообразию их местонахождение на Зимнем берегу Белого моря. Результаты изучения этих ископаемых, изложенные в монографии М.А. Федонкина "Беломорская биота венда" (1981 г.), вошли в золотой фонд палеонтологии докембрия. В те же годы в Лаборатории были получены принципиально новые данные о зональном расчленении нижних горизонтов нижнего кембрия по археоциатам (А.Ю. Розанов) и мелкораковинным ископаемым (В.В. Миссаржевский). Эти данные, дополненные анализом других групп ископаемых, послужили основанием для выделения в нижнем кембрии древнейшего томмотского яруса (А.Ю. Розанов, В.В. Миссаржевский, Л.Г. Воронова, Н.А. Волкова и др.) и биостратиграфическому обоснованию его нижней границы.

Палеоклиматические методы в стратиграфии докембрия и общая эволюция климатов. Сравнительное изучение позднедокембрийских диамиктитов Русской плиты, Западного Урала, Шпицбергена и Средней Азии, плейстоценовых ледниковых, оползневых и современных пролювиальных отложений позволило выявить комплекс критериев для идентификации ледниковых образований геологического прошлого. На базе критического анализа мировых данных с помощью этих критериев были восстановлены масштабы ранневендского оледенения и установлена последовательность оледенений в позднем рифее и венде (Н.М. Чумаков). Изучение опорных разрезов позднерифейских и вендских ледниковых комплексов различных ре­гионов показало ошибочность популярной ныне гипотезе о тотальном оледенении планеты в раннем венде (Н.М. Чумаков).

Синтез мировых данных о распределении докембрийских и фанерозойских тиллитов в пространстве и времени позволил определить их корреляционное значение, проследить в глобальном масштабе ряд докембрийских гляциогоризонтов и выделить в постархейской истории Земли ледниковые и безледниковые климатические эры, периоды и эпохи, которые коррелируются с плейттектоническими этапами и связаны с геодинамическим развитием Земли. Установлено, что за последние 3.5 млрд. лет происходило медленное необратимое похолодание поверхности Земли, которое было обусловлено ослаблением дегазации планеты, усилением процессов захоронения углерода в литосфере и мантии, эволюцией атмосферы и биоты и маскировалось многочисленными наложенными температурными колебаниями разной периодичности и амплитуд (Н.М. Чумаков).

Мелкомасштабные глобальные палеоклиматические реконструкции для ярусов мела и перми, составленные на основе оригинальных мобилистских палеогеографических и литолого-палеогеографических карт и анализа литологических, палеонтологических и гео­химических индикаторов климата, позволили проследить эволюцию климатической зональности в эпохи крупных биосферных перестроек (Н.М. Чумаков, М.А. Жарков), ввести понятия глобального ледникового и безледникового климатов и различать холодную и теплую биосферы (Н.М. Чумаков). Совместный анализ динамики биотических и климатических изменений на примере мелового, пермского и ордовикского периодов показал, что климаты могли подготавливать, обуславливать и провоцировать биотические кризисы или способствовать расцвету биоты.

Изотопная геохронология и хемостратиграфия рифея и венда. Это направление развивается совместно с сотрудниками ИГГД РАН И.М. Гороховым, А.Б. Кузнецовым, Г.В. Овчинниковой, Т.С. Зайцевой, О.А. Яковлевой и их коллегами, а отчасти и с сотрудниками Гарвардского университета (США) А. Ноллем, А. Кауфманом и Д. Бартли. При разработках данного направления члены Лаборатории обеспечивали сбор и стратиграфическую привязку материала для изотопных исследований, детальное структурно-минералогическое изучение глауконитового геохронометра и, главное, анализ всей совокупности геологических данных как при определении реального значения полученных изотопных датировок осадочных геохронометров и выявлении факторов нарушения их изотопных систем, так и при реконструкции событий, определявших изменения во времени отношения 87Sr/86Sr в водах рифейского и вендского палеоокеанов. На основании минералого-кристаллохимического изучения глобулярных слоистых силикатов глауконитового ряда (Т.А. Ивановская) и определения их мессбауэровских спектров (О.А. Яковлева, Т.С. Зайцева) были разработаны новые критерий сохранности изотопно-геохронологических систем этих минералов, которые позднее были значительно уточнены (Т.С. Зайцева, Т.А. Ивановская). Установлена важная роль метеорного катагенеза в нарушении изотопно-геохронологических систем осадочных геохронометров (И.М. Горохов, М.А. Семихатов, Т.А. Ивановская), выявлены особенности формирования и преобразования глауконитовых глобул на разных стадиях литогенеза и получены новые данные о влиянии бактериальной жизнедеятельности на процессы глауконитообразования (Т.А. Ивановская, А.Р. Гептнер). При проведении Sr-изотопных хемостратиграфических исследований на основании разработанной в ИГГД новой аналитической методики впервые были получены корректные данные о первичных отношениях 87Sr/86Sr в рифейских отложениях Средней Сибири и Южного Урала (И.М. Горохов, А.Б. Кузнецов, М.А. Семихатов, А. Кауфман), на основании вновь полученных и анализа опубликованных данных, обоснована новая непротиворечивая кривая изменения изотопного состава Sr в морской воде среднего и позднего рифея, раскрыты геодинамические и палеогеографические причины этих изменений (М.А. Семихатов, А.Б. Кузнецов, И.М. Горохов). В ходе С-изотопного изучения рифейских и вендских отложений Сибири и Урала получена С-изотопная характеристика уральского стратотипа верхнего рифея и рифейских отложений Сибири и внесены важные уточнения в межрегиональную корреляцию этих отложений (М.А. Семихатов, М.Е. Раабен, В.Н. Подковыров, Д. Бартли, А. Нолл, А. Кауфман), разработана схема пятичленного хемостратиграфического расчленения донемакит-далдынской части юдомия, на основании комплекса данных установлена субглобальная выдержанность этих хемохронов и показано, что юдомий уступает венду в стратиграфическом объеме (М.А. Семихатов, А.Б. Кузнецов, В.Н. Подковыров). Полученные изотопно-геохронологические и хемостратиграфические данные создали надежную основу для уточнения общего расчленения и телекорреляции отложений рифея и венда.

Роль позднедокембрийских микробных сообществ в осадконакоплении. На ряде примеров установлено, что рифейские бентосные цианобактериальные сообщества играли важную роль в накоплении карбонатных и тонкозернистых силикокластических осадков (П.Ю. Петров), выступали как ведущий фактор образования карбонатных платформ, а в определенных обстановках и гигантских строматолитовых рифов (П.Ю. Петров, М.А. Семихатов). Всесторонний анализ одного из наиболее специфичных строматолитовых докембрийских фациальных комплексов позволил связать воедино факты из различных областей докембрийской геологии, седиментологии и геохимии и выявить особенности эволюции ранней биосферы Земли на одном из этапов ее развития (П.Ю. Петров, М.А. Семихатов). Упомянутые выше выводы были использованы при разработке модели развития рифейских бассейнов в одном из районов западной окраины Сибирской платформы (П.Ю. Петров).

Общая шкала расчленения протерозоя. При современном противостоянии хроностратиграфической и хронометрической концепций общего расчленения докембрия сотрудники Лаборатории неизменно поддерживали первую из этих концепций, подчеркивая ее преимущества (Б.М. Келлер, М.А. Семихатов, А.Ф. Вейс, С.Н. Сергеев). После обоснования в начале 1960-х годов нижнего, среднего и верхнего рифея, основанных на составе строматолитов и структуре его уральского стратотипа (Б.М. Келлер, И.Н. Крылов, В.А. Комар, С.В. Нужное, М.Е. Раабен, М.А. Семихатов), важным шагом на пути детализации Общей шкалы верхнего докембрия явилось издание в 1963 г. под редакцией Б.М. Келлера тома "Стратиграфия СССР. Верхний докембрий", в которой по всей стране были прослежены три подразделения рифея и венд. В конце 1960-х-1970-х годах были опубликованы монографии, доказывающие выделение названных подразделений за пределами СССР (Б.М. Келлер, М.А. Семихатов, М.Е. Раабен), а затем сотрудники вносили определяющий вклад в совершенствование Общих шкал расчленения протерозоя, принятых крупными совещаниями. В результате радикального расширения палеонтологической, изотопно-геохронологической и хемостратиграфической характеристик верхнего докембрия детализировано обоснование и изотопный возраст границ общих подразделений рифея и венда, уточнено расчленение верхнего рифея и заметно повышен корреляционный потенциал подразделений хроностратиграфической шкалы протерозоя России.

За время существования Лаборатории численность ее сотрудников варьировала от 8 до 24 человек. Полевые работы проходили в районах классического развития рифея и венда в Северной Евразии, на опорных разрезах нижнего докембрия в Карелии, Кольском полуострове, в Швеции, а также в Англии, Шпицбергене, Канаде, США, Австралии, Индии, Северной Африке и КНДР. Проведение работ было поддержано крупными программами фундаментальных исследований, грантами РФФИ, ИНТАС-РФФИ и МПГК, а результаты докладывались на Международных геологических конгрессах и других представительных совещаниях. Сотрудники Лаборатории входят в состав российских и международных геологических организаций. М.А. Семихатов является заместителем председателя Межведомственного стратиграфического комитета (МСК), Б.М. Келлер и М.А. Семихатов в разное время являлись председателем Постоянной комиссии МСК по верхнему докембрию, а Н.М. Чумаков и В.Н. Сергеев являются ее членами. В задачи ближайших исследований Лаборатории входит развитие мультидисциплинарного обоснования Общей шкалы расчленения протерозоя и расширение знаний в области ранней эволюции биосферы.