ФЛЮИДЫ - СОКИ ЗЕМЛИ

Что известно о составе флюидов в земной коре?

Земная кора сложена магматическими и метаморфическими горными породами, перекрытыми чехлом осадочных образований, формирование которых осуществлялось в морских бассейнах. Напротив, в формировании кристаллических пород принимали участие флюиды магматической и метаморфической природы. Но это лишь в первом приближении. Нередко первоисточником метаморфических флюидов являются внедряющиеся в земную кору из мантии магматические расплавы, в которых растворены преимущественно водные флюиды. Первичные флюидные включения из минералов пород гранулитовой( 3000 < Р < 12000 атм и 680 ⁰С < T < 1000 ⁰C) фации метаморфизма часто на 80-90 % состоят из Н₂О и СО₂ и лишь на 10-20 % - из СО, H₂, N₂ CH₄, С₂Н₂, F₂, S₂, Cl₂, He, Ar и других, еще более редких летучих компонентов. Наиболее распространенным методом хроматографического анализа газовой фазы удается определить лишь концентрации Н₂О, N₂, СО₂, СО, H₂, CH₄ и других углеводородов. Некоторые результаты таких определений в породах земной коры представлены на диаграммах рис.2. Они относится к результатам изучения летучих в кордиеритах из гранулитовых комплексов Енисейского кряжа, юго-западного Прибайкалья и Алданского щита. Флюидные включения в минералах из пород всех известных гранулитовых комплексов мира часто представлены жидкой углекислотой, очень редко жидким азотом. Но они почти никогда не бывают чисто водными. Высокие содержания СО₂ в первичных флюидных включениях, микротрещинах и микропорах минералов из гранулитовых комплексов предохраняют породы от низкотемпературного (вторичного) изменения, обусловленного реакциями гидратации минералов при спаде давления, т.е. при перемещении пород к земной поверхности в процессе гравитационного перераспределения. Такая же тенденция наблюдается при снижении степени метаморфизма, т.е. при средних (650 - 550 ⁰С) и низких (550 - 400 ⁰С) значениях температуры соотношение Н₂О/СО₂ возрастает, т.е., увеличивается мольная доля воды и хлоридов щелочей в свободном метаморфическом флюиде. При этом обычно уменьшается давление. Такое изменение коррелируется с данными по соотношению поздних, вторичных и ранних включений в кварце из пород гранулитовой фации метаморфизма. В общем случае, высоким значениям температуры и давления, т.е. на пике метаморфизма, соответствует более высокое содержание СО₂, углеводородов и азота во флюиде несколько выше, чем при умеренных РТ-параметрах, т.е. с глубинностью метаморфизма возрастает степень восстановленности флюида [6].

Возрастание Н₂О и хлоридов щелочей в метаморфическом флюиде вдоль регрессивных РТ-трендов приводит к гранитизации гнейсовых толщ в средней части земной коры. Нередко она начинается с метасоматического их преобразования [4]. При подходящих параметрах, таких как Т, Р и парциальное давление воды во флюиде (Р^fl_Н2О), гнейсы в средней части коры проходят через частичное плавление пород, т.е. выплавление из них гранитной эвтектики. Следует, однако, напомнить, что в силикатных расплавах растворяется не только вода, но и другие летучие компоненты флюида. Но их растворимость ничтожна по сравнению с водой. Поэтому в случае локального плавления гнейса флюид обедняется водой за счет высокой растворимости ее в равновесном гранитном расплаве [2]. В случае полного насыщения расплава водой, даже не смотря на достаточно низкую его плотность, эвтектическая выплавка не способна к перемещению и кристаллизуется практически в месте своего зарождения. В лучшем случае, происходит ее незначительное локальное перемещение. Это обусловлено тем, что на РТ-диаграмме кривая плавления - кристаллизации водонасыщенного гранитного расплава имеет отрицательный наклон и любое снижение давления, либо подъем толщи в сторону земной поверхности вдоль регрессивного тренда приводит к кристаллизации гранитной магмы в виде так называемой лейкосомы.

При кристаллизации водосодержащего расплава выделяется большое количество Н₂О и незначительный объем СО₂. На этой стадии обогащенный водой свободный флюид способен производить преобразования самого гранита (обычно биотит замещается хлоритом, образуются кварц-плагиоклазовые сростки и прожилки и т.п.). Гранитные расплавы - привилегия континентальной земной коры. И поскольку они зарождаются в метаморфических породах, газово-жидкие включения в слагающих их минералах мало чем отличаются от включений в минералах из пород гранулитовой или же амфиболитовой фаций метаморфизма [1]. Несколько иной механизм гранитизации гнейсовых толщ имеет место под воздействием потока глубинных флюидов [2], но на составе флюидных включений этот механизм не сказывается.

Большая часть земной коры сложена базальтовой оболочкой. В основном это океаническая кора. Состав флюидной фазы в базальтах изучается расчетными и аналитическими методами. В минералах затвердевших базальтов, равно как и в гранитах содержатся флюидные включения. Их гомогенизация [1] дает возможность составить представление о содержании тех или иных летучих компонентов в базальтовой магме. Однако в отличие от интрузивных пород базальты почти всегда содержат стекло (затвердевшая, но нераскристаллизованная магма). Если природный флюид, зародившийся в мантии вместе с базальтами, содержал летучие компоненты, то они могут сохраниться в стекле, и/или в газово-жидких включениях в минералах.

Исходя из рассмотренных выше данных, можно было ожидать, что базальтовые расплавы могут служить хорошими транспортерами СО₂ и Н₂О и переносить из верхней мантии Земли в ее кору огромное количество летучих компонентов. Однако систематические исследования флюидных включений в минералах из базальтов, а также природных стекол показало, что содержание воды в них незначительно и не превышает 2 масс. %. Во многих случаях базальты, слагающие дно океанов, оказываются практически безводными. Так, в свежих подводных излияниях базальтов на шельфе Гавайских островов исходное содержание воды оказалось равным 0.024 мас. %. Но на океанических островах, в природных базальтовых расплавах, особенно щелочных, отношение СО₂/ Н₂О может быть даже больше единицы. А в исключительно редких случаях извержения щелочных базальтов из кратеров вулканов сопровождается излияниями карбонатных магм (Центральная Африка, Канарские острова).

Следующая страница| Назад