|
апрель 2007 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИИ
содержание
Ю.А.Костицын
Изотопные исследования различных пород мантийного происхождения определённо указывают, что вещество мантии гетерогенно в отношении изотопного состава Sr, Nd, Hf, Pb и ряда других элементов, чей изотопный состав меняется в результате распада долгоживущих радиоактивных нуклидов (87Rb, 147Sm, 177Lu, 238U, 235U, 232Th ). Разгадка причин и механизмов формирования этой гетерогенности представляет одну из самых интригующих задач геохимии, поскольку они теснейшим образом связаны с нашими представлениями о геодинамике мантии в целом и её взаимодействии с другими геосферами - земной корой и ядром. Современная парадигма изотопно-геохимической эволюции мантии Земли предполагает, что обеднённая мантия (DM) возникла как рестит в результате экстракции из примитивной мантии вещества континентальной земной коры, а различные обогащённые мантийные компоненты (EM-I, EM-II, HIMU, DUPAL) возникли в результате поступления обратно в мантию (рециклинга) пород земной коры в процессе субдукции. Предполагается, что каждый из этих мантийных резервуаров гомогенен как по изотопному, так и по химическому составу, а изотопная гетерогенность магматических пород возникает в результате их смешения.
Субдукция является одним из наиболее ярких проявлений конвективного перемешивания мантийного вещества. Очевидно, поэтому в большинстве современных геохимических моделей именно с нею связывается образование в мантии различных геохимических аномалий. Не отрицая в принципе возможности смешения вещества из различных источников, в том числе и в зонах субдукции, я полагаю необходимым рассмотреть такой весьма правдоподобный фактор зарождения и развития изотопной гетерогенности мантии, как её собственная химическая гетерогенность. Этот вопрос чрезвычайно важен для изотопной геохимии в целом, потому что в принципе для появления в мантии изотопных неоднородностей Sr, Nd, Pb, Hf достаточно, чтобы в ней возникали и длительное время существовали геохимические неоднородности в распределении Rb/Sr, Sm/Nd, U/Pb, Th/Pb, Lu/Hf отношений.
На развитие изотопных систем в мантии могут оказывать влияние два противоборствующих процесса: дифференциация вещества и его гомогенизация. Оба процесса имеют различные петрогенетические воплощения: конвективное перемешивание мантии в целом; плавление мантийных пород, перемещение расплава, кристаллизация магмы; перекристаллизация вещества при фазовых переходах, таких как плагиоклаз-шпинель, шпинель-гранат, оливин-перовскит на границе верхней и нижней мантии, или процесс высвобождения железа из силикатов на границе мантия-ядро. Влияние этих фазовых превращений на миграцию элементов и результирующую изотопную гомогенизацию материала мантии пока недостаточно оценено. Можно лишь предполагать, что минеральные преобразования вещества на глубине, перекристаллизация пород, имеют не меньшие последствия, чем метаморфические или магматические процессы в относительно малоглубинных обстановках. Упомянутые здесь магматические процессы и вероятная перекристаллизация вещества на фазовых границах, оказывая гомогенизирующее воздействие на изотопный состав элементов в породах мантии, на их химический состав в общем случае могут оказывать противоположное влияние, т.е. приводить скорее не к гомогенизации, а к дифференциации вещества, в частности к дифференциации по Sm/Nd, Rb/Sr, U/Pb, Lu/Hf отношениям.
Обобщение изотопных данных для толеитовых базальтов океана показало, что существует очень сильная корреляция (коэффициент корреляции 0.9997) между дисперсиями изотопных отношений Sr, Nd, Pb, Hf и дисперсиями Rb/Sr, Sm/Nd, U/Pb, Th/Pb, Lu/Hf отношений в этих породах. Из этого открытия следует целый ряд важных генетических выводов, в частности это означает, что толеитовые базальты наследуют от своего источника не только изотопные отношения элементов, но и некоторые особенности редкоэлементного состава; изотопные вариации в мантии для рассмотренных систем невозможно понять в отрыве от анализа геохимической неоднородности пород; наиболее важный вывод состоит в том, что происхождение различных изотопных аномалий в мантии (которые все представлены в этих базальтах) связано единым геохимическим процессом, и мы не можем для каждого типа аномалий строить свою модель образования, в частности подбирать особый состав корового контаминанта.
Представление о мантии, как о химически- и изотопно-гомогенном резервуаре, гомогенность которого нарушается только поступлением аномального вещества извне, прежде всего из континентальной коры, не согласуется с имеющимися геохимическими данными. По-ви-димому, геохимическая роль субдукции в современных геодинамических моделях весьма преувеличена. Химическая гетерогенность мантии, скорее всего, обусловлена магматическими процессами в ней: частичным плавлением пород, перемещением расплавов, формированием интрузивных тел. Изотопные данные указывают, что эти процессы неоднократно затрагивали все породы мантии, по крайней мере, все те, которые служат источниками доступных для наблюдения магматических пород, поскольку в них ни для одной изотопной системы не наблюдаются возрастные тренды, близкие к возрасту Земли.
Проведённое статистическое моделирование, учитывающее два конкурирующих процесса в мантии - дифференциацию вещества и его гомогенизацию - показало, что характер изотопной гетерогенности мантии статистически согласуется с характером её химической гетерогенности.
|
