Ученые лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ГЕОХИ РАН, совместно с иностранными коллегами, изучили мантийные ксенолиты (включения инородных пород) из лавовых потоков, излившихся на одном из островов архипелага Фернандо-де-Норонья (рис. 1).

Рис. 1. Схематическая геологическая карта архипелага Фернандо-де-Норонья, расположенного примерно в 350 километрах от северо-восточного побережья Бразилии. Место отбора мантийных ксенолитов показано красной звездочкой.

Впервые получены принципиально важные данные по изотопному составу благородных газов, которые показали присутствие гелия и неона солнечного типа, что позволило сделать однозначный вывод о наличии глубинного мантийного плюма (мантийной «струи», поднимающейся, по современным представлениям, с границы ядро-мантия) под архипелагом. Кроме того, полученные результаты обнаружили схожесть изотопных меток легких благородных газов в породах Фернандо-де-Норонья, о. Буве и о. Кергелен, что может служить подтверждением идеи о существовании в прошлом единого первичного глубинного мантийного плюма для этих весьма отдаленных друг от друга регионов. Результаты опубликованы в Geochemistry International¹.

Работа была направлена на получение информации об изотопных метках благородных газов в мантийных ксенолитах, вынесенных на поверхность лавовыми потоками базанитов (щелочные вулканические породы). В ксенолитах, в отличие от выносящих их на поверхность расплавов, гораздо лучше сохраняются изначально захваченные (мантийные) газы. Поэтому именно изучение мантийных ксенолитов позволяет получить истинную изотопную метку мантийного источника и определить его конкретный тип. В ходе исследования были получены высокоточные данные по изотопному составу гелия, неона, аргона и азота, а также данные по содержаниям этих газов и CO2 во флюидных (газовых или газово-жидких) включениях (Рис. 2), захваченных минералами ксенолитов в ходе их образования и/или последующих метасоматических преобразований (последние происходят под воздействием флюида или расплава на уже сформированные минералы или породы).

Рис. 2. Треки вторичных флюидных включений в пироксене.

Выявлено, что ксенолиты захватили самые первые порции отделяющихся от расплава газовых пузырьков. Несмотря на ограниченное количество изученных образцов, удалось получить хорошо коррелированные данные, позволившие сделать точную оценку изотопной метки неона в мантийном источнике, совпадающую с ранее полученным значением для мантийного плюма Кергелен. Азот характеризуется тяжелым изотопным составом, что соответствует концепции о субдукционной природе азота в глубинных мантийных плюмах. Вероятно, именно субдуцированный (попавший в глубинные горизонты мантии вместе с поверхностным материалом погружающейся океанической коры) аргон играет доминирующую роль в уменьшении отношения ⁴⁰Ar/³⁶Ar в мантийных плюмах относительно мантийного резервуара – источника базальтов срединно-океанических хребтов. В этой связи можно утверждать, что одновременное присутствие в образце изотопно-тяжелого азота и относительно высокого мантийного отношения ⁴⁰Ar/36^Ar может служить критерием плюмовой природы магматизма или мантийного метасоматоза. Кроме того, полученные данные, указывающие на идентичность изотопных меток легких благородных газов (в первую очередь, He и Ne) в Фернандо-де-Норонья, Тройном сочленении Буве и Кергелене, могут служить подтверждением идеи единого первичного глубинного мантийного плюма для этих очень удаленных друг от друга регионов.

1Buikin A. I., Hopp J., Kogarko L.N., Verchovsky A. B., Trieloff M. (2022) He-Ne-Ar-N2-CO2 systematics of Fernando de Noronha mantle xenoliths: confirmation of mantle plume origin. Geochemistry International, 60 (13), 1380–1392. http://www.doi.org/10.1134/S0016702922130055.

Источник: пресс-служба ГЕОХИ РАН.