КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 22-77-00081
НазваниеЭволюция состава глубинной мантии и литосферы Балтийского щита по данным исследования расплавных включений в оливинах и цирконах.
РуководительАсафов Евгений Владимирович, Кандидат геолого-минералогических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 07.2022 - 06.2024 |
Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-108 - Петрология магматических пород
Ключевые словаБалтийский щит, палеопротерозой,архей, Печенга, Ветреный пояс, циркон, расплавные включения, геохронология, примесные элементы, стабильные изотопы, геохимия мантии, глобальная тектоника плит,
Код ГРНТИ38.33.17
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Геохимическая эволюция коры и мантии Земли контролируется тектонической активностью нашей планеты, которая обуславливает глобальные процессы энергетического и вещественного обмена между внутренними структурами Земли и ее поверхностными резервуарами. Режимы функционирования глобальной тектоники непосредственно влияют на скорость формирования континентальной литосферы, ее рециклирование в глубинную мантию и, как следствие, оказывают прямое влияние на геохимию различных геосфер. Несмотря на безусловную важность этого явления, не существует единого мнения о скорости образования континентальной коры и времени начала тектоники плит в современном ее виде (Korenaga, 2013). Эти вопросы по-прежнему остаются открытыми по причине низкой сохранности пород докембрийского периода истории Земли, многие из которых были либо разрушены полностью, либо дошли до нас в измененном виде и частично утратили первичную геохимическую информацию (в особенности информацию о подвижных элементах). Это существенно ограничивает возможности по изучению этого процесса на древнейших этапах существования Земли. Большинство оценок эволюции геохимии мантии и скорости образования континентальной коры в период докембрия основано на исследовании изотопных составов и содержаний неподвижных и малоподвижных элементов (лютеция,гафния, самария, неодима, кислорода) в породах и цирконах (например, Arndt., 2013, Belousova et al., 2010, Hawkesworth et al., 2017, Korenaga, 2021), хотя наиболее чувствительными геохимическими индикаторами развития системы мантия-кора являются изотопный состав и содержания подвижных элементов Sr, Rb, Pb и U (Hofmann, 1988). В рамках предлагаемого проекта планируется
дополнить исследования геохимии неподвижных и малоподвижных элементов данными о эволюции геохимии подвижных элементов (Rb, Sr, K, Pb, U, Cl, F, H2O) континентальной литосферы Земли.
Предлагаемый проект направлен на изучение расплавных включений в оливинах из коматиитов и твердофазных и расплавных включений в цирконах, отобранных из палеопротерозойских вулканогенно-осадочных свит Ветреного пояса, Карелия и терригенных толщ Печенгской структуры, Кольский п-ов, являющихся частью Балтийского щита. Циркон и оливин устойчивы к вторичным преобразованиям и способны сохранять захваченные при кристаллизации включения в нетронутом вторичными процессами состоянии, даже при условии полного разрушения материнской породы. Также циркон является уникальной "капсулой времени", т.к. может быть датирован по изотопному составу свинца и урана. Таким образом, включения в этих минералах представляют особый интерес с точки зрения реконструкции эволюции континентальной литосферы и мантии Земли на ранних этапах формирования существования нашей планеты. Большинство цирконов, встречаемых в породах из указанных районов, имеют детритовый характер и покрывают возрастной промежуток в 1.4 млрд. лет от эоархея (3.7 млрд. лет) до палеопротерозоя (2.3 млрд. лет). Изучение включений в цирконах и оливинах позволит получить новые уникальные данные о геохимии примесных элементов и изотопного состава O, Hf, Sr и Pb в континентальной литосфере и мантии, составе и условиях образования мантийных и коровых расплавов в районе Балтийского щита в докембрийское время и проследить их эволюцию на отрезке в 1.4 млрд. лет, а также получить оценку скорости формирования континентальной литосферы и режима тектоники плит на данном отрезке истории Земли (Dhuime et al, 2012, Korenaga, 2021).
Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут опубликованы в ведущих Российских и международных научных изданиях, а также доложены на профильных всероcсийских конференциях и симпозиумах.
Ожидаемые результаты
Будут получены данные о составе главных и примесных элементов, летучих компонентов в коматиитовых магмах Ветреного пояса и Печенгской структуры по данным исследования расплавных включений в оливине. Будет изученый изотопный состав водорода и стронция во включениях расплава в оливине из этих структур, что позволит реконструировать количество воды в родоначальных магмах ,а также оценить источники воды, в том числе оценить вклад мантийного источника и наличие коровой контаминации. Будут получены данные о возрасте (по данным изотопного состава свинца и урана), геохимии источника (по данным изотопии гафния и кислорода) и элементном составе нескольких сотен индивидуальных зерен циркона, отобранных из палеопротерозойских вулканогенно-осадочных свит Ветреного пояса, Карелия и терригенных толщ Печенгской структуры, Кольский п-ов.
Будут изучены минеральный, элементный и изотопный состав включений в этих цирконах.
Научный результат предсказать затруднительно, т.к. такие исследования на данном объекте проводятся впервые.
В наиболее оптимистическом варианте нами будет выявлено большое количество расплавных включений с минимальными следами коровой контаминации c помощью данных о содержаниях типично коровых компонентов (K, Cl, Rb, Pb, U, Th и др.) и данных об изотопном составе стронция во включениях. По этим данным будут установлены наиболее примитивные расплавы, которые будут использованы для реконструкции состава мантийных источников коматиитов Ветреного пояса и Печенгской структуры. По изотопному составу водорода в расплавах коматиитов будет проведена оценка наличия компонента рециклированной океанической литосферы в мантийном источнике. Также будет выявлено значительное количество конкордантных ювенильных магматических цирконов, покрывающих весь ожидаемый возрастной интервал в 1.4 млд. лет от эоархея (3.7 млд. лет) до палеопротерозоя (2.3 млд. лет) и в большинстве из них будут обнаружены и проанализированы включения расплава, апатита, полевых шпатов, слюд и других кристаллических фаз. Это позволит реконструировать эволюцию мантии региона в отношении Rb-Sr и Lu-Hf систем и оценить скорость образования, рециклирования и переработки континентальной коры региона. Такой результат может иметь первостепенное значение для глобальных моделей образования континентальной коры.
В наиболее пессимистическом прогнозе большинство изученных оливинов будут содержать контаминированные включения, ассимилировавшие коровый материал с изотопным составом воды отвечающим поверхностных резервуаров, а большинство исследованных цирконов будет иметь коровое происхождение и будут установлены только единичные конкордантные ювенильные магматические цирконы с включениями апатита (наиболее распространенный тип включений в цирконах), дающие лишь фрагментарную картину эволюции мантии региона в отношении Rb-Sr и Lu-Hf систем. В этом случае большинство полученной информации будет относиться к эволюции (образование и переработка) континентальной коры региона и представлять значительный интерес для региональной геологии и геодинамики.
В любом случае, ожидается получение новой информации международного уровня с публикацией в передовых
научных изданиях.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках отчетного периода были изучены образцы кумулятивной части потока из разреза лавового озера Виктория, Большая Левгора, Ветреный пояс, Карелия.
Получены первые уникальные данные о составе главных и примесных элементов, летучих компонентов в коматиитовых магмах Ветреного пояса по данным исследования расплавных включений в оливине. Изученные включения содержатся в оливине Fo 86,2-87,8 мол.%, что охватывает наиболее магнезиальную часть эволюции магматизма Ветреного пояса, хотя этот диапазон не достигает самого примитивного состава оливина, известного для этих пород – 89 мол.% Fo. Реконструированные захваченные расплавы имеют небольшой диапазон составов от 11,8 до 13,4 мас. % MgO, что находится в диапазоне составов по всему разрезу лавового озера Виктория, что немного ниже опубликованных содержаний MgO в закалочной зоне (13,6-14,7 мас. %, Puchtel. Et al., 2016). Содержание основных элементов во включениях расплава согласуется с данными по породе в целом, хотя для SiO2, Al2O3, TiO2 и Na2O можно наблюдать некоторый сдвиг.
Проведено моделирование кристаллизации и реконструкция исходных составов расплавных включений выполнялись с использованием программного обеспечения PETROLOG3 (Danyushevsky&Plechov, 2011) и модели равновесия оливина и расплава Ford et al. (1983).
Модельный не контаминированный расплав в равновесии с наиболее магнезиальным оливином, известным для пород данной серии (Fo 89), содержал 16.6 мас.% MgO, 12.5 мас.% FeOобщ. и обладал температурой 1370 оС. Потенциальная температура мантийного источника в равновесии с первичным расплавом составляла 1630 оС. На основе этих данных было проведено реконструирование состава первичного расплава коматиитовых магм Ветреного пояса в равновесии с мантийным источником, которое продемонстрировало, что первичный расплав обладал содержаниями MgO в районе 22-23 мас. %.
Полученные данные по оливину из коматиитовых базальтов Ветреного пояса показывают диапазон содержания Fo в оливине от 89 до 84,3 мол.% (где Fo = молярный Mg/[Mg+Fe]*100, представленный как Fo, мол.%). Геохимические тренды между элементами-примесями в оливине и Mg# указывают на то, что во время анализа удалось избежать измененных доменов, обогащенных железом. Полученные данные согласуются с составами оливина, указанными для коматиитов из других местонахождений различных возрастов (Абитиби, Канада 2.7 млрд. лет, Белингве, Зимбабве, 2.7 млрд. лет, Барбертон, ЮАР, 3.3 млрд. лет), за исключением значительно более высоких содержаний P.
Температуры кристаллизации коматиитовых базальтов Ветреного пояса лежат в пределах 1200-1320 оС без наличия видимой корреляции с Fo, что может быть связано с малым количеством данных и точностью метода (± 20°, 2σ).
Выявлена существенная контаминации коматиитовых базальтов Ветреного пояса материалами коры на уровне 15-20 %. Потенциальным источником контаминации рассматривается подстилающий архейский фундамент, представленный тоналитами.
Потенциальная температура мантии была оценен для коматиитовых магм Ветреного пояса на уровне 1630 град. С. Этот результат сопоставим с потенциальными температурами мантии для близких по возрасту не островодужных базальтов в протерозойское время, что может свидетельствовать о не плюмовом генезисе коматиитовых базальтов Ветреного пояса. Эти данные существенно ниже представленных ранее оценок для первичных расплавов (Puchtel et al., 2016).
Публикации