Магматическое "Окно" в глубины Земли

Авторы: Богатиков О.А., Кононова В.А.

Неоднородная мантия, или там, где рождаются алмазы

Для расшифровки состава и особенностей мантии в районах распространения калиевых пород были использованы индикаторные, преимущественно редкие металлы и их изотопы (стронция и неодима). Особенно много ценной и полезной информации удалось получить при изучении поведения так называемых несовместимых (некогерентных) элементов - Rb, Ba, Th, Sr, K, Nb,La, Ce, Zr, Ti,Y. Оказалось, что сообщества калиевых пород, сохраняя выдержанные геохимические характеристики в пределах отдельных районов, имеют заметные различия между ними. Это, к примеру, достаточно хорошо видно на диаграммах распределения несовместимых элементов по отношению к первичной мантии (рис.2)для Алданской и Австралийской провинций.

Рис.2 Распределение несовместимых элементов в калиевых породах Алдана и Австралии (на графиках показаны концен трации элементов в калиевых породах по отношению к примитивной (первичной) мантии).

 На графике для калиевых пород Центрального Алдана отчетливо видны минимумы элементов с высокой энергией кристаллического поля (HFSE)- Nb,Ta,Ti, иногда также Zr,Hf при высоких концентрациях элементов с низкой энергией кристаллического поля (LFSE), а именно K, Rb, Ba и высоком отношении LFSE/HFSE. Характер распределения несовместимых элементов в калиевых породах Алдана в основном повторяется в аналогичных породах Италии, Индонезии, запада США. В то же время ультракалиевые породы плато Кимберли (Австралия) имеют более плавный характер распределения некогерентных элементов, в том числе высокие концентрации HFSE элементов (см. рис.2). Выявленные особенности геохимии являются одним из критериев, позволяющих полагать, что мантия под Алданским щитом имела иной состав, чем под плато Кимберли.

Об этом же свидетельствуют и изотопные отношения Sr и Nd для калиевых пород Алдана и Австралии (рис.3). Для Центрального Алдана - это низкие отрицательные отношения такой индикаторной величины, как e Nd(T). Это очень информативная величина тесно привязана к возрасту горных пород. Положительные значения этой величины указывают на то, что источником их явилась обедненная легкоплавкими элементами (т.н. деплетированная) мантия. Отрицательные значения, наоборот, указывают на обогащенность мантии. Так все ультракалиевые породы являются своеобразными "рекордсменами" - e Nd в них достигает минус 30.Отношение изотопов стронция для "первичнойЗемли" и метеоритов ~ 0,700.

Рис.3 Изотопные отношения стронция и неодима в калиевых породах Алдана, Австралии и некоторых других регионах Земли.

Более высокие отношения указывают на дифференциацию магмы, модификацию источников и т.д. Для лампроитов Алдана Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ колеблются в интервалах 0.70480 -0.707023. Такие характеристики показывают, что состав источника калиевых пород Алдана соответствует обогащенной мантии так называемого первого типа (EMI). Судя по изотопному составу Sr и Nd, калиевые породы Алдана схожи с калиевыми породами запада США. Вместе с тем, проявления калиевого магматизма Австралии и Африки образуют более пологий тренд на диаграмме (см.рис.3), соответствующий иному составу мантийного источника - обогащенной мантии второго типа (EMII). Именно лампроиты из этого второго типа мантии наиболее богаты алмазами. Со временем состав мантии менялся. С одной стороны, мантия все больше и больше обеднялась легкоплавкими элементами (деплетировалась). С другой - происходили процессы обогащения мантии ( так называемые процессы мантийного метасоматоза). И только из такой обогащенной мантии могли выплавляться высококалиевые породы.

Геохимические и изотопные исследования калиевого магматизма показали, что в большинстве регионов Земли их мантийный источник формировался полистадийно, причем иногда со значительными промежутками во времени между отдельными геологическими событиями. Для Центрального Алдана авторами была разработана одна из моделей формирования мантийного источника калиевых пород. Было показано (Кононова и др., 1995), что формирование калиевого магматизма Алдана имеет сложную историю, в которой могут быть выделены по крайней мере две стадии.

Ранняя (докембрийская) стадия - формирование источника калиевых расплавов. На древний возраст источника указывает, в частности, рассчитанный модельный возраст некоторых образцов (до 2.2 млрд.лет), который характеризует время обогащения мантии целым рядом нехарактерных для нее элементов. Судя по высоким концентрациям K, Ba, Rb, Cs в мантийных калиевых породах, мантия в этом регионе была изменена под воздействием флюидов, источником которых могла быть только кора. Механизм поступления блоков коры на мантийные глубины  достаточно хорошо обоснован для современных тектонических обстановок (поддвиг океанической коры вместе с осадками под континенты - т.н. зоны субдукции). Однако этот механизм не столь подробно разработан для докембрия, хотя вероятность субдукции в докембрии отмечалась в ряде публикаций (Хаин,Божко, 1988; Сорохтин, Ушаков, 1991). Ряд признаков, в частности, изотопно-геохимические особенности калиевых пород, указывают на то, что , по-видимому, и в раннем докембрии существовали геодинамические процессы, которые обеспечивали поступление корового материала ( в том числе калия) с поверхности Земли на мантийные глубины (до 150-200 км).

Позднее, в мезозойскую эру на Алдане произошел интенсивный всплеск калиевого магматизма. Геодинамический режим в этот период определяли процессы сжатия с последующим растяжением, подъем геоизотерм, плавление древнего мантийного источника. Образовавшиеся при этом разломы, появляющиеся на разных глубинах, доставляли к поверхности Земли разные по составу расплавы. Судя по K-Ar и Rb-Sr возрастам, период наиболее активного магматизма существовал 155-135 млн. лет назад. Крупные массивы (около 30-40 кв.км) формировались поэтапно с интервалом около 10 млн.лет между отдельными импульсами магматизма.

Что же касается присутствия или неприсутствия алмазов в глубинных породах, то здесь, на наш взгляд, задействовано несколько факторов, в первую очередь, физико-химических. Во многом - это зависит от высокой активности кислорода. Во время транспортировки алмаза углерод ( алмаз) окисляется, т.е. попросту сгорает, превращаясь, таким образом, в углекислый газ. Поэтому нередко типичные кимберлиты и лампроиты не содержат алмазов.

далее>>