Новости
Заведующий лабораторией генетической минералогии и петрологии ДВГИ ДВО РАН Сергей Высоцкий и научный сотрудник лаборатории геологии и геодинамики докембрия ИГ КарНЦ РАН Наталья Нестерова
16 августа 2023
Древние породы в Карелии помогут получить новые знания о самых ранних этапах развития Земли

Ученые из Приморского края и Карелии изучают древние породы Костомукшского железнорудного месторождения. Уникальная установка, созданная во Владивостоке, позволяет провести мультиизотопный анализ серы, входящей в их состав. Полученные данные могут рассказать о том, в какой среде формировалась наша планета в ранний период своей истории, и уточнить условия существования первых живых организмов 2,7 миллиарда лет назад.
В июне в журнале «Доклады Российской академии наук» вышла научная статья, посвященная происхождению серы в образцах из железнорудных месторождений на западе Карелии возрастом около 2,7 миллиарда лет.

Ученые из Приморского края и Карелии доказали, что сера для минералов в местных железистых формациях поступала из трех источников: из атмосферы, морской воды и магмы вулканов. При этом часть серы была переработана микробами, которые использовали ее для своего питания и дыхания.

Эта работа – важная веха большого исследования, которое ведут российские ученые в области геологии около двадцати лет. Ее результаты помогут получить новые знания о ранних этапах зарождения и развития планеты и жизни на Земле.

– То, что мы изучаем, касается одной из самых животрепещущих проблем в науке – ранней истории Земли, в период от самого начала до 2,3 миллиарда лет. Мы пытаемся восстановить, во-первых, какими были атмосфера и вода, то есть внешние условия, которые существовали тогда на планете. И уточнить данные о наличии жизни. Для этого мы используем стабильные изотопы трех элементов – кислорода, углерода и серы, – рассказал доктор геолого-минералогических наук Сергей Высоцкий.

Заведующий лабораторией генетической минералогии и петрологии ДВГИ ДВО РАН Сергей Высоцкий
Заведующий лабораторией генетической минералогии и петрологии ДВГИ ДВО РАН Сергей Высоцкий

В начале 2000-х годов в мировой науке была обнаружена аномалия: оказалось, что в породах старше 2,3 млрд лет изотопы серы не подчиняются существующему физическому закону масс-зависимости. Это связали с ультрафиолетом, который в отсутствие озонового слоя интенсивно поступал на Землю и влиял на геохимию.

В 2005 году исследователи из Владивостока не только стали искать образцы с подобной аномалией на территории России, но и создали уникальную для страны лазерную установку, которая позволяет проводить мультиизотопный анализ химических элементов. Например, у серы четыре стабильных изотопа (разновидности атомов одного химического элемента, отличающиеся числом нейтронов в ядре). Два из них – 32S и 34S – хорошо изучены, но 33S и 36S встречаются в природе в крайне малых количествах, и далеко не каждое оборудование позволяет их отследить. Разработка приморских ученых позволяет анализировать любые концентрации всех изотопов серы, кислорода, углерода и водорода.

В 2021–2023 годах под руководством заведующего лаборатории генетической минералогии и петрологии Дальневосточного геологического института ДВО РАН (Приморский край) Сергея Высоцкого по гранту РНФ реализуется научный проект. В рамках него ученые с помощью мультиизотопного анализа исследуют образцы из месторождений на территории Карелии. Наряду с исследователями из Приморья в проекте участвует научный сотрудник Института геологии КарНЦ РАН Наталья Нестерова.

В июне этого года Сергей Высоцкий совместно с коллегами из Карельского научного центра РАН совершил экспедицию в Костомукшский городской округ для поиска новых образцов. Его проект тематически соприкасается с проектом карельских ученых под руководством доктора геолого-минералогических наук Александра Слабунова.

– В лаборатории геологии и геодинамики докембрия Института геологии КарНЦ РАН определяют возраст пород на основе радиогенных изотопов, а мы анализируем поведение стабильных изотопов. Это огромный объем работы, который невозможен в рамках одного исследования. Замечательно, что у нас есть возможность сотрудничать и дополнять друг друга, – отметил Сергей Высоцкий.

Ученые в экспедиции
Ученые в экспедиции

На геологической карте России Карелия известна древними породами, благодаря своему расположению на Фенноскандинавском щите. Минералы из железорудных месторождений Костомукши датируются возрастом от 2,7 млрд лет. В то время на планете активно действовали вулканы, и серы было в избытке – как в раскаленной магме под водой, так и в атмосфере, которая с осадками попадала в моря. Причем, в первом случае сера не оказывалась под воздействием ультрафиолетового света, а значит изотопной аномалии – атмосферной метки – не наблюдается. Во-втором, напротив, химические соединения активно облучались, и атмосферная метка проявилась. Таким образом, изучая сегодня изотопы серы, ученые могут понять, откуда она взялась: из магмы или атмосферы и воды.

Изотопный анализ позволяет установить еще один важный фактор: участие первых живых организмов в древнем рудообразовании. В процессе своей жизнедеятельности бактерии перерабатывали соединения серы, что приводило к образованию метаболического сероводорода, H2S, который затем участвовал в образовании аутигенного – осадочного – пирита. Бактериальный сероводород имел повышенную долю легкого изотопа серы в H2S по сравнению с атмосферной, но одновременно сохранял атмосферную метку.

Так, на примере карельских месторождений с помощью мультиизотопного анализа удалось установить биологический вклад в появление серы. Результаты исследования ранее были опубликованы в международном журнале Minerals.

По словам ученых, факт существования микроорганизмов в архее – самом раннем этапе истории Земли – сегодня хорошо установлен. Однако, меньше известно о сообществах бактерий, которые могли использовать соединения серы для питания и дыхания в тех условиях.

Эти данные не только обогащают фундаментальную науку новыми теоретическими знаниями об истории планеты, но в перспективе могут быть применимы на практике. Сведения о гидротермальном происхождении колчеданных месторождений, например, золота, можно использовать для более эффективной разведки и поиска подобных залежей поблизости.

Изучение изотопов серы в архейский период тесно связано с еще одной, захватывающей ученых во всем мире, проблемой – резким насыщением атмосферы кислородом 2,3 млрд лет назад, так называемой кислородной катастрофой. По мнению владивостокских специалистов, обнаружение аномалии, связанной с изотопами кислорода, может помочь пониманию важнейшего в истории Земли события.

Фото: Олег Максимов, Мария Дмитриева
Заведующий лабораторией генетической минералогии и петрологии ДВГИ ДВО РАН Сергей Высоцкий в карьере Костомукшского железнорудного месторождения

Смотрите также:

Благоустройство площадки перед Музеем геологии докембрия Института геологии КарНЦ РАН
8 июля 2025
В КарНЦ РАН проводятся работы в рамках текущего ремонта и готовятся проекты на капремонт

В Карельском научном центре РАН проводятся работы в рамках текущего ремонта. В их числе – замена систем горячего и холодного водоснабжения в корпусе Института геологии КарНЦ РАН, ремонт коридора на втором этаже в главном корпусе, замена светильников и батарей в кабинетах и лабораториях, идет активная подготовка к отопительному сезону. Работы также ведутся на Агростанции и научном стационаре «Корза».
Озеро Сундозеро в Кондопожской районе
7 июля 2025
Успешный вселенец: судак в Сундозере прижился и начал распространение дальше

Учёные Института биологии КарНЦ РАН опубликовали итоги многолетнего наблюдения за популяцией судака, вселённого в озеро Сундозеро более полувека назад. Результаты подтверждают натурализацию вида. Для сохранения популяции необходима регуляция промысла, охрана во время нереста и мелиорация нерестилищ.
Лед весной в устье реки Нижний Выг
26 июня 2025
Период ледяных явлений на реках, впадающих в Белое море, стал короче на три недели за последние 60 лет

На северных реках лед стал образовываться позднее, а сходить, наоборот, раньше. Это подтвердили карельские ученые, проанализировав данные морских и метеорологических наблюдений за 64 года в устьях рек, впадающих в Белое море в районе западного побережья. Из-за изменения климата период, когда реки покрыты льдом, стал короче на три недели. При этом наиболее резкие сокращения произошли за последние 30 лет, что соответствует тенденциям глобального потепления для водоёмов арктической зоны.
Anthocomus rufus – вид жуков, принадлежащих к семейству Мелериды – впервые обнаружен в Карелии с помощью пользователей iNaturalist
23 июня 2025
Гражданская наука и интернет-технологии помогают исследователям изучать насекомых Карелии

Более 30 ранее не встречавшихся в Карелии видов насекомых обнаружили энтомологи КарНЦ РАН по итогам своих экспедиций, а также с привлечением данных активных участников портала iNaturalist - открытой платформы для сбора данных о биоразнообразии.
Карельский научный центр РАН
20 июня 2025
В КарНЦ РАН стартовал прием в аспирантуру на 2025/2026 учебный год

20 июня в Карельском научном центре РАН начался прием документов от поступающих в аспирантуру. В этом году выпускники вузов смогут выбрать одну из десяти научных специальностей в области точных, естественных, гуманитарных и общественных наук.