Рис. 1. Карта района Срединно-Атлантического хребта, в котором были отобраны изученные образцы закалочных стекол. Звездочками обозначены места отбора образцов; открытые кружки – известные гидротермальные поля

Рис. 1. Карта района Срединно-Атлантического хребта, в котором были отобраны изученные образцы закалочных стекол. Звездочками обозначены места отбора образцов; открытые кружки – известные гидротермальные поля

 

Ученые подведомственного Минобрнауки России Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН) изучили закалочные стекла базальтов (магматические породы) Срединно-Атлантического хребта и получили новую информацию, важную для понимания масштаба и причин химической и изотопной неоднородности (гетерогенности) мантии Земли. Исследование позволило сделать вывод о том, что взаимодействие магматической и гидротермальной систем в осевых зонах срединно-океанических хребтов может быть основным механизмом, приводящим к вариациям изотопного состава благородных газов и азота в базальтовых стеклах.

Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. На мантию приходится более половины массы планеты и около 80% ее объема. Происходящие в мантии процессы приводят в движение континенты, вызывают землетрясения и связанные с ними цунами, контролируют вулканическую активность. Новое исследование ученых ГЕОХИ РАН дает ключ к пониманию структуры, состава и эволюции мантии Земли и ее взаимодействия с другими глобальными резервуарами, в частности, гидросферой.

Стекла базальтов, которые стали основным объектом изучения ученых, образовались при подводных излияниях базальтов в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта в районе 16°07’ - 17°11’ с.ш. (рис. 1). В ходе исследования были получены высокоточные данные по изотопному составу аргона и азота, а также информация по содержаниям аргона (Ar), азота (N), гелия (He) и углекислого газа (CO2) в газовых пузырьках, захваченных закалочными (стеклянными) корками базальтов при их излиянии на океаническое дно (рис. 2).

Рис. 2. Подушечные базальты (пиллоу-лавы), излившиеся в рифтовой долине Срединно-Атлантического хребта

Рис. 2. Подушечные базальты (пиллоу-лавы), излившиеся в рифтовой долине Срединно-Атлантического хребта

 

Изучение системы элементов He-Ar-CO2 показало ведущую роль процесса дегазации (отделения газов от расплава с образованием газовых пузырьков) на формирование отношений этих газов в пузырьках. Корреляция изотопных и элементных отношений азота и аргона указала на смешение между глубинным (мантийным) и поверхностным компонентами. Углерод (CO2) – азотная систематика показала, что наиболее вероятным источником изотопно-тяжелого (поверхностного) азота стало 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 загрязнение магматических расплавов поверхностными благородными газами и органическим азотом происходило в результате их взаимодействия с высокосолеными гидротермальными рассолами (нагретые водно-солевые растворы, циркулирующие в океанической коре). Такое взаимодействие могло произойти в промежуточной магматической камере, где уже частично дегазированный расплав продолжил подниматься на поверхность, выделяя все новые порции газовых пузырьков. Последние и были захвачены закалочными стеклами базальтов.

По словам автора научной работы, кандидата геолого-минералогических наук, старшего научного сотрудника лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ГЕОХИ РАН Алексея Буйкина, проведенное исследование в новом свете объясняет природу гетерогенности (неоднородности) состава благородных газов и азота в базальтах срединно-океанических хребтов (MORB). Авторы предполагают, что выявленный механизм контаминации может быть универсальным и во многом ответственным за наблюдаемые вариации изотопного состава ряда высоколетучих элементов в стеклах MORB. Этот аспект должен учитываться при составлении баз данных и моделей эволюции мантии Земли, основанных на использовании изотопного состава благородных газов и азота.

Исследование поддержано Минобрнауки России. Результаты исследований опубликованы в одном из международных научных журналов. http://www.doi.org/10.1134/S0016702922110027

 

Информация и фото предоставлены пресс-службой Минобрнауки России