Участки древнейшей на Земле континентальной коры, кратоны (от греческого κράτος — «сила, крепость»), сохранились лишь в нескольких местах на нашей планете. Например, самые древние кратоны — Каапвааль в ЮАР и Пилбара в Австралии, по предположениям ученых, около трех миллиардов лет назад составляли первый суперконтинент, Ваальбару (его название произошло как раз от слов Каапвааль и Пилбара).
Под действием тепла от мантии Земли — порядка 750-1000 °С — породы из основания кратонов преобразовались в так называемые гранулиты, которые как бы опоясывают эти участки древней коры. Кварц, полевой шпат, гранат, пироксен и другие минералы, из которых состоят эти горные породы, придают гранулитам зернистую структуру, благодаря которой они и получила свое название. Геологи не выяснили до конца, что заставляет эти породы подниматься к поверхности. Самые древние из гранулитовых поясов сформировались в архее (три миллиарда лет назад), они лишь на несколько сотен миллионов лет моложе жизни на Земле. Возраст самых молодых гранулитов – полмиллиарда лет.
Рядом с кратоном Каапвааль тоже есть свой древний (2,7 миллиардов лет) гранулитовый пояс. Он расположен на границах ЮАР, Зимбабве и Ботсваны вблизи реки Лимпопо. Это своеобразная природная лаборатория для изучения взаимоотношений древнейших структур континентальной коры, поэтому именно этим гранулитовым поясом и заинтересовались ученые.
«Впервые получены веские основания полагать, что гранитные магмы в неоархейском гранулитовом комплексе Лимпопо (ЮАР) возникали в ходе тектонического взаимодействия этого комплекса с породами кратона Каапвааль при подъеме комплекса из нижней континентальной коры», — рассказывает о своей работе соавтор статьи Олег Сафонов из МГУ имени М.В. Ломоносова.
Согласно одной из моделей, важную роль в образовании гранулитов играют флюиды (жидкости, нагретые до надкритических температур), обогащенные CO2. Установить, работает ли эта модель, может помочь графит, присутствующий в метаморфических породах. Обычно графит образуется при переработке органических остатков или разложении карбонатов (солей угольной кислоты с остатком CO32-), но, поскольку гранулиты образуются на значительной глубине, никаких органических остатков там нет, и механизм формирования другой. Графит образуется в результате взаимодействия гранулитов с мантийными потоками (флюидами), обогащенными CO2, поэтому присутствие графита в гранулитах обычно считают аргументом в пользу вышеупомянутой модели. Его формирование зависит от давления, температуры и других условий, поэтому, изучая графит, можно получить информацию о них.
Геологи проанализировали найденные в гранитных породах гранулитового пояса Лимпопо образцы графита и флюидные включения в кварце — летучие компоненты, законсервированные в мельчайших пустотах минерала в ходе роста кристаллов. Анализ подтвердил, что флюиды с высоким содержанием CO2 принимали участие в формировании этих пород. Изотопный состав углерода также согласуется с моделью участия внешних глубинных флюидов. Сравнив полученные данные с изотопным составом углерода пород древних кратонов, исследователи пришли к выводу, что флюиды проникали в комплекс Лимпопо именно из мантии в ходе его столкновения с кратоном Каапвааль.
Хотя это исследование пород гранулитового пояса Лимпопо было фундаментальным, знание о процессах их формирования может найти применение в поиске полезных ископаемых. «Породы древних кратонов являются источниками большого объема различных рудных компонентов, — поясняет Сафонов. — Магмы и флюиды, возникающие при их преобразованиях, являются переносчиками этих полезных компонентов». Более того, данные об образовании гранулитового комплекса в ЮАР актуальны и для России. Ученые планируют сравнить их условия с данными о формировании гранулитов Лапландского пояса, который контактирует с Карельским кратоном и кратоном Инари на границе России и Финляндии.
