Как стерлитамакские шиханы оказались «вратами» на дно Палеоуральского океана
Посреди башкирских степей высятся три холма: шиханы Куштау, Торатау и Юрактау. На их склонах нашли приют редкие растения и животные, а сотни миллионов лет назад они были богатыми жизнью рифами. N + 1 рассказывает, что мы знаем о прошлом этих шиханов, и как это связано с разрушением их четвертого брата.
Слово «шихан» имеет тюркское происхождение и обозначает одиночный холм. Это наименование закрепилось за многими объектами рельефа от Поволжья до Урала. Например, в Челябинской области есть скальный массив Аракульский Шихан, а в Свердловской области — скала Шихан. Однако Куштау, Торатау, Юрактау и Шахтау, расположенные цепочкой на протяжении 20 километров вдоль правого берега реки Белой, заметно отличаются от всех остальных шиханов.
Их история началась в конце каменноугольного периода, более 300 миллионов лет назад. Карта мира тогда была совершенно не похожа на привычную нам. Большая часть современных континентов были объединены в Пангею, берега которой тянулись от Северного полушария до Южного полюса. А на северо-востоке с ней соседствовал более мелкий массив суши, в состав которого входили территории нынешних Сибири и Казахстана.
На месте современных башкирских степей располагалось теплое море — последний фрагмент Палеоуральского океана. Когда-то он занимал обширную территорию, но постепенно уменьшался в размерах и к ранней перми (299 миллионов лет назад) превратился в узкий пролив, соединявший океаны Панталасса и Палеотетис. В конце артинского века (270-275 миллионов лет назад) этот пролив и вовсе замкнулся с южной стороны, образовав внутреннее море. Океанические течения изменились, а следом за ними преобразилась и жизнь на Земле.
На границе глубоководного пролива, в который превратился Палеоуральский океан, и обширного шельфового моря, покрывавшего почти всю территорию Восточно-Европейской платформы, сформировалась цепочка рифов, протянувшаяся в субмеридиональном направлении. Размерами она лишь немногим уступала современному Большому Барьерному рифу, который располагается у восточного побережья современной Австралии и достигает 2 500 километров в длину.
В отличие от привычных нам рифов, созданных в основном шестилучевыми кораллами (Hexacorallia), каркасостроителями древних уральских рифов были палеоаплизины (Palaeoaplysina) — загадочная группа живых организмов, которую сближают с гидроидными полипами, а также тубифитесы (Tubifites) — живые организмы неясного систематического положения, от которых сохранились мелкие известковые трубочки. И те, и другие, подобно кораллам, накапливали в организмах кальций и обеспечивали субстрат и необходимые условия для развития других рифостроителей: мшанок, брахиопод, известковых водорослей и вымерших в конце перми четырехлучевых кораллов ругоз (Rugosa). В созданной ими среде процветали моллюски, иглокожие, рыбы и другие морские животные.
Шахтау, Куштау, Тратау и Юрактау были тогда одиночными рифами конической формы — составными частями этой цепочки рифов. Известняк, из которого состоят шиханы, в буквальном смысле представляет собой скелеты живых организмов, умерших сотни миллионов лет назад.
В кунгурский век, 283,5–272,95 миллиона лет назад, Сибирь и Казахстан окончательно присоединились к Пангее. Пролив, некогда бывший Палеоуральским океаном, вскоре исчез вместе с населявшими его живыми организмами, а древние рифы, рост которых закончился еще в конце сакмарского века (290 миллионов лет назад), накрыл чехол из гипсов, ангидритов и солей. В таком «законсервированном» состоянии будущие шиханы пребывали вплоть до неогена.
Около десяти миллионов лет назад в результате тектонических процессов четыре древних рифа были выдвинуты на поверхность. Покрывавшие их отложения довольно быстро разрушились в результате эрозии, а более устойчивое известняковое основание сохранилось. Так посреди степи появились четыре шихана, которые представляют собой своеобразную реконструкцию дна раннепермского моря. Самый высокий из них — Торатау (280 метров над уровнем надпойменной террасы и 406,6 метра над уровнем моря), за ним следуют Куштау (251 и 374,5 метра соответственно) и Юрактау (220 и 338 метров). Изначальная высота Шахтау составляла 336 метров над уровнем моря.
Большая часть рифов Палеоуральского океана до сих пор скрыта под землей. Например, наполовину погребенными остались Малый и Новый Шиханы — небольшие возвышенности, которые расположены неподалеку от главных шиханов. Другие рифы и вовсе не заметны с поверхности. За миллионы лет они стали природными нефтяными коллекторами, которые образуют Ишимбайскую группу нефтяных месторождений.
Когда древние рифы оказались на поверхности, их во второй раз начали заселять живые организмы, на этот раз сухопутные. В своей новой инкарнации шиханы вновь оказались центром биологического разнообразия.
Биологам хорошо известно, что изолированные острова представляют собой настоящие эволюционные лаборатории, где формируются уникальные комплексы видов, включая эндемичные. Однако похожие процессы могут идти и посреди суши на возвышенностях, где условия совсем не такие, как на окружающей их равнине. В англоязычной литературе за ними закрепился термин «небесные острова» (sky islands) — к ним относятся и шиханы, вознесшиеся над степью.
Изоляцию местным видам обеспечивает, впрочем, не высота (она слишком мала), а состав горных пород: на многие километры вокруг это единственные участки, где известняк выходит на поверхность и служит материнской породой для почвы. В результате местная флора и в меньше степени фауна достаточно сильно отличаются от тех, что характерны для близлежащих территорий. Кроме того, склоны шиханов плохо подходят для строительства и ведения сельского хозяйства. Это позволило им стать убежищем для многих видов животных и растений, которые в других местах стали редкими из-за деятельности человека.
Экологические сообщества на шиханах образуют сложную мозаику. На Торатау и Юрактау преобладают петрофитные и кустарниковые варианты луговых степей и заросли степных кустарников, а северные склоны покрыты широколиственными лесами из дуба, клена и липы. Большую часть Куштау покрывают широколиственные леса, а степная флора представлена в основном на крутых южных и восточных склонах. Сочетание нескольких сред обитания поддерживает существование разнообразных живых существ. Так, на Торатау и Куштау отмечено примерно по 400 видов растений, а на Юрактау — 370. Это почти четверть всей башкирской флоры.
Около 20 видов растений со склонов шиханов занесены в Красную книгу Республики Башкортостан, а восемь — в Красную книгу Российской Федерации. В первую очередь это виды петрофитных степей, приспособленные к произрастанию на известняковых обнажениях. Некоторые из них не встречаются за пределами России или Южного Урала. А отдельные широко распространенные, но повсюду относительно редкие виды формируют на шиханах крупные популяции. Например, на склонах Куштау произрастает несколько миллионов тюльпанов Биберштейна (Tulipa biebersteiniana). Есть и редкие виды животных, в первую очередь насекомые: один только Куштау — дом для 16 краснокнижных для Башкирии видов, восемь из которых занесены и в российскую Красную книгу.
Из четырех стерлитамакских шиханов до нашего времени сохранились три: Куштау, Юрактау и Торатау. Четвертый шихан, Шахтау, был срыт до основания. Во второй половине 1930 годов геологи показали, что он состоит из рифогенных известняков, а дальнейшие изыскания подтвердили их пригодность для производства кальцинированной соды (карбоната натрия) по методу Сольве.
Эта методика была придумана еще в середине XIX века и до сих пор остается основным способом промышленного производства карбоната натрия. На первом этапе углекислый газ, полученный из известняка или мела путем обжига, вместе с аммиаком пропускают сквозь насыщенный раствор хлорида натрия, получая хлорид аммония и гидрокарбонат натрия (пищевую соду). Хлорид аммония возвращают в производственный цикл, а соду отфильтровывают и обезвоживают нагреванием до 140-160 градусов Цельсия. В результате образуются искомый карбонат натрия и углекислый газ (его также используют повторно).
Промышленная добыча известняка на Шахтау началась в 1949 году. В склон закладывали динамитные шашки, взрывали, а породу грузили на вагонетки и по канатной дороге везли на содово-цементный комбинат в соседнем Стерлитамаке. Полученный карбонат натрия шел на производство стекла, использовался в металлургии и многих других отраслях. К 1975 году высота шихана сократилась примерно на одну десятую, а полвека спустя Шахтау из шихана стал карьером с несколькими уступами, из которого вычерпано почти все сырье.
Добыча известняка, уничтожившая Шахтау, дала не только сырье для производства соды, но и множество ценных палеонтологических находок отличной сохранности, отмечает в разговоре с N + 1 сотрудник Палеонтологического института РАН Алексей Мазаев. Начиная с 2015 года он вместе с коллегами провел на Шахтау девять палеонтологических экспедиций.
Мазаев называет башкирские шиханы «вратами времени»: благодаря им можно заглянуть в далекое прошлое и узнать, какой была жизнь в раннепермских океанах. Однако искать ископаемые на обнаженных склонах степных рифов практически бесполезно: известняк близ поверхности слишком сильно преобразован эрозией. Кроме того, древний риф был неоднородным, и набор организмов в разных его частях сильно отличался. Нетронутые шиханы дают представление о том, какой формы были пермские рифы, но чтобы в полной мере изучить их, необходимо заглянуть глубже. Сделать это позволила добыча известняка на Шахтау.
Палеонтологические и литологические исследования на шихане начались в 1960-1970 годы. Однако по-настоящему богатый материал был собран сотрудниками Палеонтологического института РАН за последние пять лет. Большая его часть все еще ждет последующей обработки и описания. Впрочем, даже то, что ученым уже известно о природе древнего рифа, поражает воображение.
Палеозойская фауна Шахтау оказалась чрезвычайно многочисленной и разнообразной. Одних только головоногих моллюсков наутилоидей (Nautiloidea) здесь обитало не менее 15 родов, каждый из которых включал по несколько видов — это самый высокий показатель для раннепермских отложений. Еще более разнообразными были брюхоногие моллюски: исследователи уже описали более 90 видов, а их общее число может достичь 120. Для многих ископаемых Шахтау является типовым местонахождением (то есть точкой, где был обнаружен экземпляр, по которому делалось описание вида), а некоторые встречались палеонтологам только здесь. Среди них хрящевая рыба Shaktauites seiw с причудливой нижней челюстью, свернутой в спираль — представитель семейства геликоприонов (Helicoprionidae).
Судя по всему, рифы Палеоуральского океана еще до того, как стать «небесными островами» нашего времени, служили для некоторых видов рефугиумом — убежищем, где те прожили дольше, чем в остальном мире. Например, в отложениях Шахтау были найдены довольно крупные, до десяти сантиметров в длину, трилобиты Brachymetopus (Conimetopus) alekseevi, хотя в остальном мире они к ранней перми сократили разнообразие и заметно измельчали. Брюхоногим моллюскам Orecopia inopinata и Bellazona acuta удалось продержаться здесь на 80 миллионов лет дольше, чем большинству их сородичей, которые вымерли в позднем девоне. К реликтам относятся и отдельные наутилоидеи: они представляют семейства, которые исчезли в карбоне и девоне. Некоторые формы моллюсков, напротив, появились здесь раньше, чем в остальном мире, например, характерные для мезозойских отложений рода Cristalloella (Wonwalica) и Monimirus, а также одни из древнейших устриц (Ostreidae).
Одной из причин высокого разнообразия палеофауны Шахтау может быть его географическое положение в ранней перми. Как уже упоминалось выше, в эту эпоху Палеоуральский океан представлял собой протоку между Палеотетисом и арктической частью Панталассы. Судя по всему, он служил для морских обитателей коридором расселения и способствовал смешению фаун. На это указывают находки, которые не соответствуют современным представлениям об ареалах палеозойской фауны — например, брюхоногих моллюсков, характерных для отложений Северной Америки. Кроме того, на Шахтау был обнаружен аммонит из рода Properrinites, первый представитель семейства Perrinitidae, обнаруженный в Северной Евразии (до этого их находили в отложениях на западе Северной Америки и в регионах, которые в перми образовывали побережье Палеотетиса).
Запасы известняка на Шахтау будут полностью исчерпаны к 2022 году. Индустрии потребовалось меньше века на то, чтобы пустить сотни миллионов лет истории на пользу цивилизации. После этого его территория должна быть рекультивирована: часть карьера займет озеро, а на уступах высадят деревья.
Палеонтолог Мазаев хотел бы, чтобы у Шахтау было иное будущее. Он надеется, что оставшиеся в карьере уступы сохранят в качестве геологического памятника, превратив его в самую значимую точку геопарка «Торатау» (он уже существует и включает в себя шиханы Торатау и Юрактау вместе с окрестностями). В сочетании с Музеем камня имени Ивана Скуина, где хранятся многие найденные на карьере Шахтау окаменелости, карьер может, во-первых, стать центром притяжения для туристов, а во-вторых — быть важной «точкой сборки» для научного сообщества: геологов, палеонтологов, петрологов. Суждено ли этим планам сбыться, пока неясно. Письма, отправленные Радию Хабирову, а также в Русское географическое общество с подписью директора Палеонтологического институт РАН академика Алексея Лопатина, пока остаются без ответа.
Как бы ни сложилась судьба Шахтау, башкирские производители соды давно ищут ему замену. В первую очередь их интерес привлекают три оставшихся шихана. Химический состав и физические свойства известняка, из которых они состоят, напоминают тот, что добывали на Шахтау. Это значит, что производство можно будет продолжить практически без изменений. Кроме того, все три шихана находятся относительно недалеко друг от друга и от цехов в городе Стерлитамак. Это позволит не тратить дополнительные средства на транспортировку сырья. Переход на известняк из других источников (например, из Худолазского месторождения вблизи башкирского города Сибай, в 500 километрах от Куштау) компания не рассматривает: они якобы расположены слишком далеко и не могут обеспечить сырье нужного качества. Впрочем, некоторые специалисты, например заведующий кафедрой геологии и полезных ископаемых Башкирского государственного университета Исхак Фархутдинов, считают, что эти заявления не соответствуют действительности и отражают лишь нежелание модернизировать производство.
Начиная с 2011 года ОАО «Сода» (часть «Башкирской содовой компании» — главного в России производителя пищевой и кальцинированной соды и одного из крупнейших налогоплательщиков Башкортостана) пыталось добиться права начать разработку шиханов Торатау и Юрактау. Однако оба этих холма были признаны памятниками природы республиканского значения еще в 1965 и 1985 годах соответственно. Подобный статус запрещает проводить геологоразведку и добывать полезные ископаемые. Компания лоббировала упразднение хотя бы одной из этих особо охраняемых природных территорий. При этом Куштау, которая никогда не имела охранного статуса, компанию не интересовала: девять лет назад ее руководство утверждало, что известняк с этого холма для производства не подходит из-за высокой примеси карбоната магния.
Попытки лишить Торатау и Юрактау их статуса привела к бурному протесту в Башкирии и за ее пределами. Точку в этом споре поставил тогдашний глава республики Рустэм Хамитов — в 2018 году он заявил, что ни один из оставшихся шиханов разрабатываться не будет.
Однако проблема нехватки сырья для производств в Стерлитамаке никуда не исчезла. Поэтому, когда Башкирию возглавил Радий Хабиров, споры о возможности разработки шиханов возобновились. На этот раз «Башкирская содовая компания» заявила о желании начать добычу известняка на Куштау, который всего несколько лет называла непригодным. Осенью 2019 года она получила соответствующую лицензию.
В начале августа рабочие «Башкирской содовой компании» (БСК) начали рубить лес на склонах шихана Куштау. В дальнейшем здесь планировалось провести геологоразведку и приступить к разработке известняка, необходимого для производства пищевой и кальцинированной соды на заводе в соседнем городе Стерлитамак.
Местные жители и экологические активисты выступили против. Они попытались остановить работы и разбили на склоне Куштау палаточный лагерь. Конфликт между компанией и активистами перерос в столкновения с участием ЧОПа и полиции — усмирять их ездил президент Башкирии, Радий Хабиров: он пообещал заморозить любые работы до того, как будет найден компромисс, а 21 августа объявил, что если БСК и местные жители не договорятся в течение двух недель, то шихан будет объявлен памятником природы.
Защитники шиханов уверены, что уничтожение холма приведет к потере ценных экосистем и популяций редких видов, спровоцирует загрязнение рек и лишит город Стерлитамак защиты от ветров, которые могут принести пыль с карьера Шахтау. Кроме того, местные жители не хотят лишиться одного из излюбленных мест отдыха. Есть и еще одна проблема: запасов сырья на Куштау не вечны, их хватит на 50-70 лет. После этого, вероятно, придет очередь следующего шихана.
В настоящей момент ситуация с Куштау поставлена на паузу. Судя по последним событиям, чаша весов склоняется на сторону защитников шихана — хотя точку в этой истории ставить пока рано. Если Куштау все-таки получит статус охраняемой территории, то у этого древнего рифа, который существовал на протяжении 300 миллионов лет, появится шанс выжить в эпоху человека.
Палеозойские рифы, вынесенные на поверхность, существуют и в других частях мира, например, в Европе и США. Однако в России у стерлитамакских шиханов аналогов нет. Промышленная разработка Шахтау дала палеонтологам достаточно данных, чтобы реконструировать историю этих известняковых холмов и последние этапы формирования Пангеи. Разрушение оставшихся могло бы принести новые открытия, но они вряд ли кардинально изменят наши представления о рифах пермского периода. Вторые «врата времени» неподалеку от Стерлитамака будут вести туда же — на дно Палеоуральского океана, где доживают свой век трилобиты.