About the age of granite of the famous Thunderstone pedestal of the monument to Peter the Great “The Bronze Horseman” in Saint Petersburg

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Легендарный Гром-камень, как и сам памятник Петру I «Медный всадник» в Санкт-Петербурге, окружен ореолом таинственности, навеянной не только образами художественной литературы, но и загадочностью происхождения.

Остаются невыясненными не только обстоятельства его появления в заболоченном пригороде Санкт-Петербурга, где он был обнаружен в 1768 году, но и вопросы о его геологической природе. Неудивительно, что на научных форумах, организуемых Государственным музеем городской скульптуры Санкт-Петербурга и Российским минералогическим обществом, интерес к этой теме объединяет специалистов по истории архитектурных памятников Санкт-Петербурга и геологов (Музей под открытым…, 2018, 2021).

В последние годы геологическая природа Гром-камня была прояснена минералогическими исследованиями А. Г. Булаха с коллегами по Санкт-Петербургскому государственному университету и Санкт-Петербургскому горному университету императрицы Екатерины II (Булах и др., 2017, 2021).

Изучение структурно-текстурных особенностей и минерального состава четырех гранитных глыб, из которых собран постамент памятника, без сомнения указывает на их изначальную принадлежность каменному монолиту, разбитому на части в процессе обработки при строительстве памятника. Положение этого монолита и его фрагментов в процессе обработки, перемещения и установки поэтапно реконструировано от первоначального состояния Гром-камня, до завершения строительных работ (Иванов и др., 2022).

Структура гранита и данные о составе его главных породообразующих и акцессорных минералов свидетельствуют об отличии этой горной породы от типичных рапакиви (выборгита, питерлита), как ранее указывалось на страницах исторических публикаций. Установлено сходство с топазсодержащими трахитоидными биотитовыми гранитами и пегматитами (штокшайдерами), характерными для поздних фаз раннерифейских гранитоидных массивов Северо-Запада России и Фенноскандинавии, в том числе ближайшего к Санкт-Петербургу Выборгского массива (Булах и др., 2017, 2021). Эти данные вселили надежду на то, что происхождение и вероятное место отрыва легендарного Гром-камня от массива родственных ему пород в недалеком будущем будут выяснены.

ПОСТАНОВКА ВОПРОСА И ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

В связи с повышенным интересом к геологической истории Гром-камня особую актуальность приобретает вопрос об определении его возраста U-Pb изотопным методом по циркону. Но как этот минерал найти и извлечь из постамента памятника? Это казалось невозможным до тех пор, пока не вспомнилась известная особенность циркона и других акцессориев гранитоидных пород концентрироваться преимущественно в темноцветных минералах. Это определило возможность решить проблему деликатно, без ущерба для памятника. Мелкие чешуйки биотита срезались с поверхности постамента ювелирными штихелями и собирались в общую пробу. Когда после двух дней такой работы общий вес пробы достиг нескольких граммов, из нее уже в лабораторных условиях с помощью тяжелых жидкостей был извлечен циркон — несколько десятков идиоморфных кристаллов величиной 0.1‒0.7 мм.

В процессе реставрационных работ 2021 года из расщелины между блоками постамента был извлечен случайно обнаруженный небольшой обломок гранита. Государственный музей городской скульптуры передал его Санкт-Петербургскому горному университету императрицы Екатерины II для научных исследований (в настоящее время образец исследуется в Горном музее). Из части этого обломка были изготовлены петрографические шлифы, в которых подтвердилась приуроченность акцессорного циркона к биотиту (рис. 1).

 

Рис. 1. Обломок гранита «Гром-камня», извлеченный из расщелины в постаменте памятника «Медный всадник»»: а — общий вид; б — в шлифах при введенном анализаторе.

1 — кварц, 2 — микроклин, 3 — олигоклаз, 4 — биотит, 5 — циркон, 6 — флюорит, 7 — апатит.

Fig. 1. A fragment of the “Thunder Stone” granite extracted from a crack in the pedestal of the “Bronze Horseman” monument: a — general view; б — transmitted light image with an analyzer.

1 — quartz, 2 — microcline, 3 — oligoclase, 4 — biotite, 5 — zircon, 6 — fluorite, 7 — apatite.

 

МЕТОДИКА ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКОГО ДАТИРОВАНИЯ

Геохронологические исследования циркона осуществлялись на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-IIе в Центре изотопных исследований (ЦИИ) Института Карпинского (г. Санкт-Петербург).

Всего в пробе насчитывалось 45 зерен циркона, относящихся, судя по сходству морфологии и внутренней ростовой неоднородности, к единой популяции.

Все кристаллы удлиненного облика, призматического («цирконового») габитуса. Коэффициент удлинения от 2 до 5 при размерах от 200 до 700 мкм. Грани и ребра хорошо выражены, со слабыми следами коррозии. Вторичных обрастаний кристаллов не отмечается. В некоторых кристаллах встречены многочисленные минеральные и газово-жидкие включения.

Наиболее представительные кристаллы, отобранные вручную под микроскопом, были имплантированы в безсвинцовую эпоксидную смолу (шайба диаметром 2.5 см) вместе с зернами международных цирконовых стандартов TEMORA и 91500. Затем кристаллы сошлифовывались на половину своей толщины и полировались. На препарат наносилось токопроводящее золотое покрытие в установке катодно-вакуумного распыления в течение одной минуты при силе тока 20 mA. В дальнейшем зерна цирконов документировались в проходящем и отраженном свете, а также c использованием сканирующего электронного микроскопа CamScan МХ2500 с системой CLI/QUA2 для получения катодолюминесцентных (CL) и в обратно-отраженных электронах (BSE) изображений, характеризующих внутреннее зонально-секториальное строение кристаллов циркона. Рабочее расстояние составляло 25—28 мм, ускоряющее напряжение — 20 кВ, ток практически полностью сфокусированного пучка на цилиндре Фарадея — 4—6 нА.

Подробное изучение неоднородности строения кристалловв позволило осуществить выбор достаточного количества участков для анализа, в максимальной степени отвечающих гомогенным, свободным от включений, вторичных изменений и механических повреждений доменам зерен. Общий вид исследованных кристаллов приведен на рис. 2.

 

Рис. 2. Катодолюминесцентные (слева) и в проходящем свете (справа) изображения единичных кристаллов циркона пробы МВ-1, датированных на SHRIMP-IIе. Окружности на кристаллах (диаметр 30 мкм) демонстрируют локализацию мест ионного пробоотбора.

Fig. 2. Cathodoluminescence (left) and transmitted light (right) images of zircon crystals from sample MB-1, which were dated at SHRIMP-IIe. Circles with the diameter of 30 μm show localization of ion spots.

 

Измерения U-Pb изотопных отношений проводились по адаптированной в ЦИИ методике (Schuth et al., 2012), описанной в работе (Williams, 1998). Интенсивность первичного пучка молекулярного кислорода составляла 4 нА, диаметр кратера пробоотбора — 30 мкм при глубине до 2 мкм. U-Pb отношения нормализовались на значение 0.0668, приписанное стандартному циркону TEMORA, что соответствует возрасту этого циркона 416.75 ± 0.24 млн лет (Black et al., 2003). Стандарт циркона 91500 с содержанием урана 81.2 ppm и возрастом по ²⁰⁶Pb/²³⁸U в 1062 млн лет (Wiedenbeck et al., 1995) использовался как концентрационный стандарт. Растровая одноминутная очистка прямоугольного (50×65 мкм) участка минерала перед датированием позволяла минимизировать поверхностное загрязнение. Обработка полученных данных осуществлялась с помощью программы SQUID (Ludwig, 2001).

Погрешности единичных анализов (отношений и возраста) приводятся на уровне 1σ, а погрешности вычисленных возрастов, в том числе конкоpдантныx — на уровне 2σ. Построение графиков с конкоpдией проводилось с использованием программы ISOPLOT/EX (Ludwig, 2003). Коррекция на нерадиогенный свинец проводилась по измеренному ²⁰⁴Pb и современному изотопному составу свинца в модели Стейси-Крамерса (Stacey, Kramers, 1975).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При заданных условиях выполнено 15 локальных изотопных U-Pb анализов по 12 наиболее представительным кристаллам циркона в сечениях по [001] (таблица). Точки анализа (кратеры ионного пробоотбора), имеющие диаметр 30 мкм и глубину 2 мкм, представлены на рис. 2. У изученных кристаллов не отмечены вторичные обрастания и так называемые «ядра». Вместе с тем следует отметить, что зонально-секториальная неоднородность в сечениях некоторых индивидов может создавать впечатление обрастания краевыми зонами роста более однородной и отличающейся по составу центральной («ядерной») части (рис. 2, пробы 6, 7, 8, 12). Это хорошо видно, например, в сечениях кристалла с точками пробоотбора 8.1 и 8.2. Если же сопоставить вид сечений этого кристалла в CL и в оптическом изображении, то с очевидностью выясняется другое: центральная темная область — это срез кристалла, параллельный одной зоне роста грани призмы {110} (рис. 3).

 

Рис. 3. Морфология и внутреннее строение одного из изученных кристаллов циркона (рис. 2, кристалл с точками пробоотбора 8.1, 8.2): а — общий вид (пунктирной линией показана плоскость среза); б — зональность и секториальность на срезе кристалла; в — объемная модель зонально-секториального строения.

Fig. 3. Morphology and internal structure of one of the studied zircon crystals (Fig. 2, crystal with sampling spots 8.1, 8.2): a — general view (dotted line indicates the cut plane); б — concentric and sectorial zoning within the crystal section; в — 3D model of the concentric and sectorial zoning within the crystal.

 

Характерным является наличие темной в CL микрозональной области в центральной части ряда кристаллов, с контурами, субсогласными с внешними гранями. По-видимому, они представляют собой сечения внутренних частей пирамид роста граней тетрагональных призм {100} и {010} (рис. 3). Такие темные области (анализы 1.1, 4.1, 6.1, 8.1, 12.1) либо окаймлены более светлыми тонкозональными оторочками различной мощности (2.1, 6.2, 7.1, 8.2, 12.2), либо занимают всю площадь сечения индивидов (3.1, 5.1, 9.1, 10.1, 11.1) (рис. 2).

По содержанию урана вещество темных оболочек почти на порядок отличается от вещества оболочек светлых: средние содержания 1230 г/т (n = 9) и 257 г/т (n = 5) соответственно. Результаты измерений в кристалле 6.2 с аномально сложным строением исключены из геохимических расчетов. Характерно, что Th/U отношения в темных и светлых оболочках, по величине практически неразличимы (0.33 и 0.39), что типично для циркона из гранитоидов.

Существенных различий в U-Pb возрасте вещества внутренних и внешних частей кристаллов циркона не выявлено. Очевидно, что такие данные могут свидетельствовать о кристаллизации циркона в течение относительно кратковременного эпизода эволюции магматического расплава. Внешние и внутренние части кристаллов подверглись слабому воздействию вторичных, вероятно, гипергенных, процессов, приводящих к частичной потере радиогенного свинца (точки 6.1, 7.1, 2.1), поэтому их изотопная система является дискордантной (рассчитанная дискорданность в них соответственно составляет 48.16 и 8 %). Вторичные изменения имеют, по-видимому, неогеновый возраст, что не сказывается на релевантности их возраста по соотношению изотопов свинца ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb.

Параметры линейной (СКВО = 1.6) зависимости в координатах ²⁰⁶Pb/²³⁸U –²⁰⁷Pb/²³⁵U по всей совокупности (n = 15) аналитических данных устанавливают возраст кристаллов циркона по верхнему пересечению изохроны с конкордией в 1602 ± 7 млн лет (рис. 4). Мы полагаем, что средневзвешенное значение возраста кристаллизации циркона по отношению ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb, рассчитанное только по конкордантным и субконкордантным результатам — 1595 ± 5 млн лет (рис. 5), более адекватно и должно рассматриваться как время кристаллизации циркона и, соответственно, возраст породы-носителя составляет около 1595 млн лет.

 

Рис. 4. U-Pb изотопная диаграмма с конкордией для проанализированных кристаллов циркона. Эллипсы соответствуют погрешности 2σ.

Fig. 4. U-Pb isotope diagram with concordia for the analyzed zircon crystals. Ellipses correspond to 2σ error.

 

Рис. 5. Диаграмма ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb возраста для 14 проанализированных кристаллов циркона. Ошибки индивидуальных анализов 2σ.

Fig. 5. ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb age diagram for 14 analyzed zircon crystals. Errors of individual analyses are presented at the 2σ level.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Граниты с возрастом 1595 млн лет пока что не выявлены ни в Выборгском (1665—1615 млн лет), ни в Салминском (1547—1535 млн лет) массивах гранита рапакиви (Ларин, 2011; Heinonen et al., 2017). Это обстоятельство, а также исключительно крупные размеры и монолитность исходного валуна Гром-камня, не очень характерные для моренных отложений Южной Карелии и Карельского перешейка, позволяют предположить наличие еще не установленных промежуточных фаз раннерифейского гранитоидного магматизма в южной части Фенноскандинавского щита. О возможном расширении разнообразия геологической истории магматизма в регионе указывалось и на основании результатов U-Pb датирования методом ID-TIMS циркона трахитоидных гранитов, относимых к третьей фазе Выборгского массива (Губановская интрузия) — 1620 млн лет (устное сообщение С. Г. Скублова на Годичном собрании РМО в 2023 г.).

Как видим, Гром-камень оправдал свою репутацию явления необычного и в определенной степени загадочного. По геохронологической характеристике он не вписывается в картину современных представлений о геологической истории регионов, географически близких к месту его обнаружения. Тем самым он как бы «намекает» на то, что родину его следует искать в этих краях среди еще не выявленных геологических проявлений раннерифейского гранитоидного магматизма.

About the authors

M. A. Ivanov

Saint Petersburg Mining University

Author for correspondence.
Email: zrmo@minsoc.ru

Д. чл.

Russian Federation, 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, 109106

S. S. Shevchenko

Russian Geological Research Institute (VSEGEI)

Email: zrmo@minsoc.ru
Russian Federation, Средний проспект, 72, Санкт-Петербург, 197110

S. A. Sergeev

Russian Geological Research Institute (VSEGEI)

Email: zrmo@minsoc.ru
Russian Federation, Средний проспект, 72, Санкт-Петербург, 197110

G. N. Popov

Pangea LLC

Email: zrmo@minsoc.ru

д. чл.

Russian Federation, ул. Возрождения, 20, Санкт-Петербург, 198188

N. N. Efremova

The State Museum of Urban Sculpture

Email: zrmo@minsoc.ru
Russian Federation, Невский пр., 179, Санкт-Петербург, 191167

References

Supplementary files