Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В отчетный период были выполнены практически все заявленные работы по проекту, кроме того, были проведены некоторые дополнительные исследования. В частности, составлена эталонная коллекция (27 шт) наиболее представительных образцов закалочных стекол, отобранных в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта (САХ) между 12° и 31° с.ш. Изготовлены препараты (шашки) с отобранными образцами для изучения состава закалочных стекол на электронном микроанализаторе. Определено содержание главных элементов в закалочных стеклах с помощью рентгеноспектрального микроанализатора SX 100 (САМЕСА). Кроме этого, оценка состава стекол и присутствующих в них кристаллитов оливина и плагиоклаза производилась также с использованием сканирующего электронного микроскопа с полевым катодом (FEG SEM) TESCAN MIRA3, оборудованного энерго-дисперсионным спектрометром ULTIM MAX 100 (Oxford Instruments) под программным управлением Aztec 5.0 в ГЕОХИ РАН. Определено содержание РЗЭ и других элементов примесей в образцах закалочных стекол методом Вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС, ионный зонд) в Ярославском Филиале Физико-Технологического Института им. К.А. Валиева РАН (ЯФ ФТИАН РАН) с использованием вторично-ионного микроскопа CAMECA IMS-4F. Выполнено изучение изотопного состава Sr и Nd (масс-спектрометр Triton, ГЕОХИ РАН) в некоторых закалочных стеклах, отобранных по результатам исследований EMPA и SIMS. Измерение изотопного состава и концентраций Rb, Sr, Sm, Nd валовых проб пород проводили по стандартной методике добавления смешанных трасеров 85Rb+84Sr и 149Sm+150Nd. Наконец, полученные предварительные высокоточные данные по изотопному составу аргона и азота, а также данные по содержаниям Ar, N, He и CO2 в газовых пузырьках, захваченных закалочными корками базальтов (САХ 16°07’ - 17°11’ с.ш.) при их излиянии на океаническое дно, были оформлены в статью, которая опубликована в журнале Geochemistry International (№11). Полученные результаты предоставили информацию о составе родительских для этих закалочных стекол расплавов и позволили оценить возможные геохимические эффекты, отражающие взаимодействие расплавов с гидротермальными системами осевой зоны САХ или с измененным субстратом океанической коры. Показано, что базальты семейства E-MORB, к которому относится бóльшая часть образцов изученных закалочных стекол, локализованы преимущественно в «холодных» сегментах САХ, в строении корового разреза которых преобладают серпентиниты. С другой стороны, образцы деплетированных закалочных стекол (N-MORB), относятся к сегментам осевой зоны САХ, в которых обнажения серпентинитов или отсутствуют, или играют подчиненную роль. В закалочных стеклах E-MORB из «холодных» сегментов САХ установлены признаки контаминации базальтовых расплавов компонентами, заимствованными или из вмещающих серпентинитов, или из водно-солевых флюидов, циркулирующих в гидротермальных системах, расположенных в серпентинитах (“serpentinite hosted”). Судя по полученным данным о характере вариаций содержания Cl и U в изученных закалочных стеклах, относящихся к семейству N-MORB, признаки внутрикоровой контаминации отсутствуют. Предположено, что в образовании родительских расплавов E-MORB в некоторых сегментах САХ принимали участие реликты древней континентальной литосферы, сохранившиеся под осевой зоной хребта и вовлекавшиеся в процесс частичного плавления малоглубинной мантии. Анализ высокоточных данных по изотопному составу аргона и азота, а также данных по содержаниям Ar, N, He и CO2 в газовых пузырьках, захваченных закалочными корками базальтов в районе 16°07’ - 17°11’ с.ш. (САХ) позволил сделать ряд важных выводов. Согласно He-Ar-CO2 систематике выявлена ведущая роль процесса дегазации расплава при формировании отношений этих газов в пузырьках. Азот-аргоновая изотопная систематика указала на смешение между глубинным (мантийным) и поверхностным компонентами. Углерод (CO2) – азотная систематика показала, что наиболее вероятным источником изотопно-тяжелого (поверхностного) азота является органическое вещество, попавшее в расплав. Наконец, строгая взаимосвязь между изотопным составом Ar и N и концентрациями Cl, H2O и K в изученных образцах наряду с детальным анализом взаимоотношений MgO, K2O, H2O и Cl позволили предположить, что контаминация (загрязнение) магматических расплавов поверхностными благородными газами и органическим азотом происходила в результате их взаимодействия с высокосолеными гидротермальными рассолами. Последние являются дериватами морской воды, циркулирующими в океанической коре и, по некоторым данным (Kendrick et al. (2013); Kendrick et al. (2017); Kent et al. (1999); Michael and Schilling (1989)), достигающими мантийных глубин (9-12 км). Таким образом, взаимодействие магматической и гидротермальной систем могло произойти в промежуточной магматической камере, где уже частично дегазированный расплав ассимилировал 1–2 % высокосоленых рассолов (~50 мас. % NaCl) и продолжил подниматься на поверхность, выделяя все новые порции газовых пузырьков. Предложенный механизм более адекватно объясняет природу наблюдаемой гетерогенности (неднородности) состава благородных газов и азота в базальтах срединно-океанических хребтов (MORB), по сравнению с механизмом субдукции, с которым традиционно связывают геохимическую неоднородность малоглубинной мантии под срединно-океаническими хребтами. Авторы предполагают, что такой механизм контаминации может быть универсальным и во многом ответственным за наблюдаемые вариации изотопного состава ряда летучих элементов в стеклах MORB. Таким образом, полученные в отчетном году петролого-геохимические результаты привели к важным выводам, позволившим по-новому взглянуть на фундаментальные факторы, контролирующие формирование феномена геохимической сегментации САХ и оценить вклад в ее образование гидротермального компонента.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В отчётный период 2023 года было продолжено изучение Rb-Sr и Sm-Nd изотопной систематики (масс-спектрометр Triton, ГЕОХИ РАН) в образцах закалочных стекол из ранее подготовленной эталонной коллекции. Также были изготовлены новые препараты (шашки) с отобранными образцами из эталонной коллекции и выполнен анализ содержания воды (в некоторых, ранее не изученных, также были определены содержания редких, редкоземельных элементов, хлора) методом Вторично-ионной масс-спектрометрии (ионный зонд) в Ярославском Филиале Физико-Технологического Института им. К.А. Валиева РАН (ЯФ ФТИАН РАН) с использованием вторично-ионного микроскопа CAMECA IMS-4F. Кроме того, были изучены вариации изотопного состава гелия неона и аргона и их элементные соотношения в образцах закалочных стекол из сегмента 20 – 21 ° с.ш. САХ, в которых ранее были получены данные по изотопному составу углерода, аргона, азота и их элементным соотношениям. Судя по характеру вариаций измеренных величин 87Sr/86Sr и 143Nd/144Nd в закалочных стеклах, существенных различий между образцами, отобранными в базальтовых и серпентинитовых сегментах, не наблюдается. Однако установлено, что образцы из серпентинитовых сегментов преимущественно обеднены радиогенным изотопом неодима. Закономерных различий между стёклами базальтовых и серпентинитовых сегментов в распределении изотопного отношения Sr не наблюдается. Это может указывать на то, что взаимодействие гидротермальных и магматических систем в рассмотренных участках САХ не сопровождалось заметными изотопными эффектами для этого трасера. Вместе с тем, среди закалочных стекол, отобранных в «базальтовых» сегментах, выделяются два образца, драгированные на 26.14° и 20.15° с.ш., которые обнаруживают повышенные значения изотопного отношения 87Sr/86Sr при нормальном для N-MORB уровне содержания Cl, U и H2O. Поскольку во всех изученных закалочных стеклах нет признаков вторичных изменений и наложенных процессов, а содержания летучих компонентов умеренные и умеренно-низкие, можно сделать вывод, что повышенные изотопные отношения стронция в образцах 36L46d-2 и 14-3/1glTAG объяснить влиянием морской воды не представляется возможным. Имеющиеся в настоящее время данные об изотопно-геохимических особенностях образцов закалочных стекол 14-3/1Gl и 36L46-2, драгированных в «базальтовых» сегментах САХ, не позволяют предложить убедительное объяснение установленного в них аномально высокого для N-MORB значения изотопного отношения 87Sr/86Sr. Стоит отметить, что в одном образце из сегмента 20-21° с.ш. обнаружена мелкомасштабная изотопная неоднородность по гелию и неону: значения 3Не/4Не в последних двух ступенях дробления резко возрастают с типичных для MORB величин до 15.9±0.2 Ra (характерно для гелия плюмового типа), линия смешения на трехизотопной диаграмме неона лежит несколько левее линии MORB, а последняя ступень (где 3Не/4Не = 15.9±0.2 Ra) даже в пределах погрешности 2σ не попадает на линию MORB. Единственным вероятным объяснением такого геохимического поведения гелия и неона представляется вклад плюмового компонента, который мог также дать вклад в повышение изотопных отношений изотопного отношения 87Sr/86Sr. Появление плюмовых изотопных сигналов в нетипичной для мантийных плюмов обстановке поднимает вопросы, ответы на которые требуют дальнейших исследований. Изучение вариаций содержаний хлора, воды, урана и стронция показало, что, в отличие от образцов из «базальтовых» сегментов САХ, в закалочных стеклах из «серпентинитовых» сегментов установлены широкие вариации содержания Cl, H2O и U и их положительная корреляция с содержанием Sr. Поскольку уран и стронций, характеризуются резко различающимися коэффициентами распределения минерал/расплав (Sun et al., 2017), корреляционный тренд, наблюдаемый для составов стекол из этих сегментов САХ, не связан с эффектом фракционной кристаллизации и, возможно, отражает контаминацию расплава гидротермальным флюидом – дериватом морской воды. Об этом же может говорить и четко выраженная положительная корреляция между содержаниями Cl и U в закалочных стеклах из «серпентинитовых» сегментов. Вариации изотопного состава Sr и Nd в исследованных закалочных стеклах САХ на участках 12– 18° с.ш., 20–21° с.ш., 26 и 30–31° с.ш. свидетельствуют о мелкомасштабной изотопной неоднородности, которой характеризуются мантийные источники базальтов в изучаемых регионах. Полученные нами данные подтверждают различия между базальтовыми и серпентинитовыми сегментами, как по изотопному отношению неодима, так и по содержанию хлора, урана, воды и РЗЭ. Обнаруженная в образцах из серпентинитовых сегментов тенденция распределения изотопного отношения неодима и отношения La/Sm в сторону значений OIB, позволяет предполагать генетическую связь изученных закалочных стекол с расплавами, родоначальными для OIB и о возможном участии в магматизме рифтовой долины сегментов САХ на 12–13° с.ш. и 14–15° с.ш. мантийных источников плюмового типа. Другим объяснением геохимической обогащенности стекол из этих сегментов может быть контаминация магматического расплава вмещающим серпентинитовым субстратом. Однако, как известно, серпентиниты характеризуются резко повышенными изотопными отношениями стронция, что неизбежно должно было бы приводить к обогащенному изотопному составу стронция в контаминируемых ими расплавах. Однако подобного обогащения в изученных образцах из серпентинитовых сегментов не наблюдается. Возможно, этот феномен объясняется крайне малым объемом контаминанта, взаимодействующего с магматическим расплавом. С другой стороны, нельзя исключать, что наблюдаемые в базальтах из серпентинитовых сегментов САХ на 12°–15° вариации изотопного состава неодима отражают вовлечение в процесс плавления малоглубинной мантии субстрата древней континентальной или океанической коры, как это было предположено в (Силантьев, Карпенко, 2000; Костицын и др., 2018; Бортников и др., 2022). Полученные данные по изотопному составу благородных газов (прежде всего, по гелию и неону) говорят о мелкомасштабной изотопной гетерогенности MORB, подобно выявленной для разных образцов базальтовых стекол из юго-западного сегмента Индийского хребта (Kurz et al., 1998). Этот факт авторы цитируемой статьи отнесли к внутримантийной неоднородности. Следует отметить, что причина такого типа неоднородности не выявлена и требует дальнейших исследований.