В лаборатории геохимии магматических и метаморфических пород Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН проведено исследование мезозойских базальтов Антарктиды. На основе полученных новых данных изотопных отношений рения и осмия в базальтах, полученных высокоточным методом изотопного разбавления в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ, установлена геохимическая специфика плюмового магматизма. Результаты опубликованы в журнале «Геохимия».

Происхождение крупных изверженных провинций мира связано с глубинным разогревом мантии, проведшим к синхронному проявлению магматизма на большой площади. Их появление фиксируется с ранних этапов развития Земли. Применение Re-Os изотопной системы и их сопоставление с литературными данными по изотопии Sr-Nd-Pb в магмах позволили авторам с большей достоверностью решить главную задачу об источнике плюмового магматизма. Особое место среди плюмов, сформировавших крупные изверженные провинции, занимает мезозойский плюм Кару–Мод, внедрившийся около 180 млн лет назад в литосферу центральной части древнего континента – Гондвана (Рис. 1). Это воздействие привело к расколу палеоконтинента, а в дальнейшем оказывало существенное воздействие на развитие Индийского и Атлантического океанов.

Рисунок 1. Реконструкция палеоконтинента Гондвана на 130 млн лет назад и области проявления мантийных плюмов на поверхности континентов и раскрывающихся океанов. 1 – континенты, 2 – континентальные окраины и погруженные плато, 3 – зона субдукции, 4 – область проявления мантийных плюмов (указано название плюма и время начала магматизма в млн лет), 5 – центральная, наиболее горячая, часть плюма Кару–Мод, характеризующаяся распространением железистых магнезиальных расплавов, производных пироксенитовой мантии (Сущевская и др., 2019).

Рений-осмиевая изотопная система, существенно отличная от традиционно используемых в изотопно-геохимических исследованиях (главным образом, изотопных систем литофильных элементов) определяется сидерофильными и халькофильными свойствами этих элементов. В отличие от осмия, который при частичном плавлении мантии преимущественно концентрируется в мантийном рестите, рений является умеренно несовместимым элементом и накапливается в коре, определяя высокорадиогенный состав осмия коровых пород, что и позволяет использовать изотопный состав последнего, как очень чувствительный индикатор процессов корово-мантийного взаимодействия (смешения).

На основании изучения Re-Os изотопной системы мезозойских магм и сопоставления с литературными данными по Sr-Nd-Pb-Os изотопной систематике базальтов выявлены главные особенности магматизма Антарктиды, связанного с плюмами Кару–Мод (провинции Земли Королевы Мод, Кару (южная Африка), Феррар и Кергелен (рифтовая зона ледника Ламберта). Показано, что источником расплавов, производных плюма Кару–Мод, могла быть древняя обогащенная литосферная мантия. Вариации изотопных отношений　¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os лежат в узких пределах (0,124 — 0,142) и характеризуют практически все типы расплавов провинций Кару и Земли Королевы Мод, в то время как по данным Nd–Pb–Sr изотопии фиксируется большая неоднородность мантийного источника (Рис. 2).

Рисунок 2. Вариации изотопного состава Pb и Os в изученных магмах, связанных с плюмами Кару-Мод (Кару, провинция Феррар, Земля Королевы Мод), и Кергелен (рифтовая зона ледника Ламберта).

Изотопный состав магматического источника базальтов провинции Феррар по сравнению с источником базитов провинций Кару и Земли Королевы Мод отличается пониженным содержанием осмия и широкими вариациями ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os: от 0,10 до 0,31, при ограниченных вариациях других изотопных систем, что согласуется с процессом образования магм вблизи зоны перехода океан-континент при субдукционном воздействии выделяющихся флюидов на мантию западной окраины Антарктиды, которая при последующем плюмовом воздействии была включена в плавление.

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: ГЕОХИ РАН.