Геохимическая природа базальтов рифтовой долины САХ на 20°31′ с. ш.: условия образования аномального вулканического центра Пюи-де-Фоль в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты изучения образцов закалочных стекол базальтов с вершины подводного вулкана Пюи-де-Фоль, расположенного в рифтовой долине Срединно-Атлантического хребта (САХ) на 20°31′ с. ш., отобранных в 45-м рейсе НИС «Профессор Логачев». В отличие от типичных осевых вулканических поднятий, высота которых в низкоскоростных центрах спрединга обычно не превышает нескольких сотен метров, вершина вулкана Пюи-де-Фоль расположена на глубине 1950 м и возвышается над днищем рифтовой долины на 1800 метров. Полученные в проведенном исследовании данные о составе закалочных стекол вулкана Пюи-де-Фоль позволяют прийти к ряду выводов, дополняющих существующие представления о магматических и тектонических процессах, формирующих геоморфологические черты рифтовой долины низкоскоростных центров спрединга, к которым относится Срединно-Атлантический хребет: 1) Закалочные стекла вулкана Пюи-де-Фоль являются продуктом сильно деплетированного расплава, образованного при частичном плавлении мантийного резервуара DM; 2) Вулкан Пюи-де-Фоль образован в результате деятельности долгоживущей промежуточной магматической камеры, расположенной под осью рифтовой долины САХ; 3) В формировании родительских для вулкана Пюи-де-Фоль расплавов помимо резервуара DM, возможно, участвовал мантийный источник, обогащенный несовместимыми элементами; 4) В закалочных стеклах, отобранных на вершине вулкана Пюи-де-Фоль, установлены слабые геохимические сигналы контаминации родительских расплавов гидротермальным компонентом; 5) В районе осевой зоны САХ на 20°31′ с. ш., установлены признаки стагнации спрединга океанической коры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Силантьев

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

А. И. Буйкин

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

А. А. Гуренко

Université de Lorraine

Email: silantyev@geokhi.ru

Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques, UMR7358

Франция, 54501 Вандёвр-ле-Нанси

А. В. Чугаев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Старомонетный пер. 35, Москва, 119017

В. В. Шабыкова

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

А. Р. Цховребова

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, ул. Косыгина, 19, Москва, 119991

В. Е. Бельтенев

ФГБУ “ВНИИОкеангеология”

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Aнглийский пр. 1, Санкт-Петербург, 190121

А. С. Бич

ФГБУ “ВНИИОкеангеология”

Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Английский пр. 1, Санкт-Петербург, 190121

Список литературы

  1. Андреев С. И., Бабаева С. Ф., Казакова В. Е., Колчина Н.Л., Суханова А.А., Фирстова А.В., Ануфри- ева С.И., Луговская И.Г. (2017) Комплексы редкометалльных элементов в составе гидротермальных сульфидных руд Мирового океана. Руды и металлы. 4, 102–111.
  2. Дмитриев Л. В., Соколов С. Ю., Плечова А. А. (2006) Статистическая оценка вариаций состава и P-T условий эволюции базальтов срединно-океанических хребтов и их региональное распределение. Петрология. 14(2), 1–22.
  3. Костицын Ю. А. (2004) Sm-Nd и Lu-Hf изотопные системы Земли: отвечают ли они хондритам? Петрология.12(5), 451–466.
  4. Насонов Д. А. и др. (2023) Отчет по объекту «Оценочные работы на рудных полях северной части Российского разведочного района глубоководных полиметаллических сульфидов (РРР-ГПС) в Атлантическом океане» по Государственному контракту от 31.08.2021; № К.2021.005 в 6 книгах, фонды АО «ПМГРЭ», г. Ломоносов
  5. Силантьев С. А., Бортников Н. С., Шатагин К. Н., Бычкова Я. В., Краснова Е. А., Бельтенев В. Е. (2015.) Перидотит-базальтовая ассоциация САХ на 19°42′ – 19°59′ с. ш.: оценка условий петрогенезиса и баланса вещества при гидротермальном преобразовании океанической коры. Петрология. 23(1), 1–23.
  6. Силантьев С. А., Данюшевский Л. В., Плечова А. А., Доссо Л., Базылев Б. А., Бельтенев В. Е. (2008) Геохимические и изотопные черты продуктов магматизма рифтовой долины САХ в районах 12°49′–17°23′с.ш. и 29°59′–33°41′с.ш.: свидетельство двух контрастных источников родительских расплавов. Петрология. 16(1), 38–65.
  7. Силантьев С. А., Буйкин А. И., Цховребова А. Р., Шабыкова В. В., Бельтенев В. Е. (2023) Вариации состава закалочных стекол MORB Срединно-Атлантического хребта, 12°–31°с.ш.: Отражение эволюции состава родительских расплавов и влияния гидротермального компонента. Петрология. 31(5), 1–19.
  8. Цховребова А. Р., Шабыкова В. В., Силантьев С. А., Буйкин А. И. (2023) Особенности изотопного состава стронция и неодима в закалочных стеклах базальтов Срединно-Атлантического хребта, 12°–31°с. ш. Геохимия. 68(12), 1241–1252.
  9. R. Tskhovrebova, V. V. Shabykova, S. A. Silantyev, A. I. Buikin (2023) Strontium and Neodymium Isotopic Signatures in Basalt Glasses of the Mid-Atlantic Ridge, 12°–31° N. Geochem Int. 61(12), 1241–1252.
  10. Черкашев Г. А., Степанова Т. В., Андреев С. И. и др. (2018) Рудные объекты в пределах Российского Разведочного Района в северной приэкваториальной части Срединно-Атлантического хребта. В: Мировой океан. Том III. Твердые полезные ископаемые и газовые гидраты в океане. (Под ред. Лобковского Л. И., Черкашева Г. А.) М.: Научный мир, 90–122.
  11. Чернышев И. В., Чугаев А. В., Шатагин К. Н. (2007) Высокоточный изотопный анализ Pb методом многоколлекторной ICP-масс-спектрометрии с нормированием по205Tl/203Tl: оптимизация и калибровка метода для изучения вариаций изотопного состава Pb. Геохимия. 11, 1155–1168.
  12. V. Chernyshev, A. V. Chugaev, K. N. Shatagin (2007) High-Precision Pb Isotope Analysis by Multicollector-ICP-Mass-Spectrometry Using T 205 l/ T 203 l Normalization: Optimization and Calibration of the Method for the Studies of Pb Isotope Variations. Geochem Int. 45(11), 1065–1076.
  13. Чугаев А. В., Чернышев И. В., Лебедев В. А., Еремина А. В. (2013) Изотопный состав свинца и происхождение четвертичных лав вулкана Эльбрус (Большой Кавказ, Россия): данные высокоточного метода MC–ICP-MS. Петрология. 21(1), 20–33.
  14. Bindeman I. (2008) Oxygen Isotopes in Mantle and Crustal Magmas as Revealed by Single Crystal Analysis. Rev. Mineral. Geochem. 69, 445–478.
  15. Boschi L., Dziewonski A. M. (2000) Whole Earth tomography from delay times of P, PcP, PKP phases: lateral heterogeneities in the outer core, or radial anisotropy in the mantle? J. Geophys. Res. 105(B6), 13675–13696
  16. Buchl A., Munker C., Mezger K., Hofmann A. W. (2002) High-precision Nb/Ta and Zr/Hf ratios in global MORB. Goldschmidt Conference Abstracts. A108.
  17. Buikin A. I., Silantyev S. A., Verchovsky A. B. (2022) N-Ar-He-CO 2 systematics combined with H 2 O, Cl, K abundances in MORB glasses demonstrate interaction of magmatic and hydrothermal systems: a case for MAR at 16°07′–17°11′ N. Geochem. Int. 60(11), 1068–1086.
  18. Cadoux A., Iacono-Marziano G., et al. (2017). A new set of standards for in–situ measurement of bromine abundances in natural silicate glasses: Application to SR-XRF, LA-ICP-MS and SIMS techniques. Chem. Geol. 452, 60–70.
  19. Cavosie A. J., Kita N. T., Valley J. W. (2009) Primitive oxygen-isotope ratio recorded in magmatic zircon from the Mid-Atlantic Ridge. Am. Mineralog. 94, 926–934.
  20. Chaussidon M., Jambon A. (1994) Boron content and isotopic composition of oceanic basalts: Geochemical and cosmochemical implications. Earth Planet. Sci. Lett. 121, 277–291.
  21. Cherkashov G., Kuznetsov V., Kuksa K., Tabuns E., Maksimov F., Beltenev V. (2017) Sulfide geochronology along the Northern Equatorial Mid-Atlantic Ridge. Ore Geol. Rev. 87, 147–154.
  22. David K., Schiano P., Allègre C. J. (2000) Assessment of the Zr/Hf fractionation in oceanic basalts and continental materials during petrogenetic processes. Earth Planet. Sci. Lett. 178(3–4), 285–301.
  23. Dosso L., Hanan B. B., Bougault H., Schilling J.-G., Joron J.-L. (1991) Sr-Nd-Pb geochemical morphology between 10° and 17° N on the Mid-Atlantic Ridge: a new MORB isotope signature. Earth Planet. Sci. Lett. 106, 29–43.
  24. Grand S. P., van der Hilst R. D., Widiyantoro S. (1997) Global seismic Tomography: A snapshot of convection in the Earth. GSA Today. 7(4), 1–7.
  25. Gurenko A., Chaussidon M. (1997) Boron concentrations and isotopic composition of the Icelandic mantle: evidence from glass inclusions in olivine. Chem. Geol. 135, 21–34.
  26. Gurenko A. A., Bindeman I. N., Sigurdson I. A. (2015) To the origin of Icelandic rhyolites: insights from partially melted leucocratic xenoliths. Contrib. Mineral. Petrol. 169(5), 1–21.
  27. Gurenko A. A., Kamenetsky V. S., Kerr A. C. (2016) Oxygen isotopes and volatile contents of the Gorgona komatiites, Colombia: A confirmation of the deep mantle origin of H 2 O. Earth Planet. Sci. Lett. 454, 154–165.
  28. Ishikawa T., Nakamura E. (1992) Boron isotope geochemistry of the oceanic crust from DSDP/ODP Hole 504B. Geochim Cosmochim Acta. 56, 1633–1639.
  29. Jackson M.G., Dasgupta R. (2008) Compositions of HIMU, EM1, and EM2 from global trends between radiogenic isotopes and major elements in ocean island basalts. Earth Planet. Sci. Lett. 276, 175–186.
  30. Jochum K. P., Stoll B., Herwig K., Woodhead J.et al. (2006) MPI-DING reference glasses for in situ microanalysis: New reference values for element concentrations and isotope ratios. Geochem. Geophys. Geosyst. 7(2), Q02008.
  31. Jochum KP, Weis U., Stoll B., Kuzmin D., Yang Q., Raczek I., Jacob D. E., Stracke A., Birbaum K., Frick D. A., Gunther D., Enzweiler J. (2011) Determination of reference values for NIST SRM 610–617 glasses following ISO guidelines. Geostand. Geoanalyt. Res. 35, 397–429
  32. Kendrick, M. A., C. Hemond, et al. (2017). Seawater cycled throughout Earth’s mantle in partially serpentinized lithosphere. Nature Geosci. 10(3), 222–228.
  33. Kendrick M. A. (2018) Halogens in Seawater, Marine Sediments and the Altered Oceanic Lithosphere. In: The Role of Halogens in Terrestrial and Extraterrestrial Geochemical Processes: Surface, Crust, and Mantle. Eds. D. E. Harlov and L. Aranovich. Springer Geochemistry. Pp. 591–648. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-61667-4_9.
  34. Le Douaran S. E., Francheteau J. (1981) Axial depth anomalies from 10 to 50o north along the Mid-Atlantic Ridge: correlation with other mantle properties. Earth Planet. Sci. Lett. 54, 29–47.
  35. Le Roux P.J., Shirey S.B., Hauri E.H., Perfit M.D., Ben-der J.F. The effects of variable sources, processes and contaminants on the composition of northern EPR MORB (8–10°N and 12–14°N): Evidence from volatiles ( H 2 O, CO 2 , S) and halogens (F, Cl) // Earth and Planet Sci. Lett. 2006. V. 251 (3–4). PP. 209–231.
  36. Ma B., Liu P.-P., Dick H. J.B., Zhou M.-F., Chen Q., Liu C.-Z. (2024) Trans-Lithospheric Ascent Processes of the Deep-Rooted Magma Plumbing System Underneath the Ultraslow Spreading SW Indian Ridge. J. Geophys. Res. Solid Earth. 129. e2023JB027224. https://doi.org/10.1029/2023JB027224
  37. Marks, M.A.W., Kendrick M., Eby N., Zack T., Wenzel T. (2017). The F, Cl, Br and I Contents of Reference Glasses BHVO-2G, BIR-1G, BCR-2G, GSD-1G, GSE-1G, NIST SRM 610 and NIST SRM 612. Geostand. Geoanalyt. Res. 41(1), 107–122.
  38. Marschall H. R., Wanless V. D., Shimizu N., Pogge von Strandmann P. A.E., Elliott T., Monteleone B. D. (2017) The boron and lithium isotopic composition of mid-ocean ridge basalts and the mantle. Geochim. Cosmochim. Acta. 207, 102–138.
  39. Salters V. J.M., Stracke A. (2004) Composition of the depleted mantle Geochem. Geophys. Geosyst. 5(5), doi. 01.1029/2003GC000597.
  40. Saccani E. A. (2015) A new method of discriminating different types of post-Archean ophiolitic basalts and their tectonic significance using Th-Nb and Ce-Dy-Yb systematic. Geoscience Frontiers. 6, 481–501.
  41. Shah A. K., Sempere J.-C. (1998) Morphology of the transition from an axial high to a rift valley at the Southeast Indian Ridge and the relation to variations in mantle temperature. J. Geophys. Res. 103(B3), 5203–5223.
  42. Shirey S. B., Bender J. F., Langmuir C. H. (1987) Three-component isotope heterogeneity near the Oceanographer transform, Mid-Atlantic Ridge. Nature. 325(6101), 217–223.
  43. Skolotnev S. G. (2014) New Isotopic Data for Mid-Atlantic Ridge Basalts from the Arkhangelsk–Sierra Leone Fracture Zone (Central Atlantic). Dokl. Earth Sci. 459(1), 1429–1435.
  44. Smith D. K., Joe R. Cann J. R., Dougherty M. E., Lin J., Spencer S., MacLeod C., Keeton J., McAllister E., Brooks B., Pascoe R., Robertson W. (1995) Mid-Atlantic Ridge volcanism from deep-towed side-scan sonar images, 25o–29o N. J. Volcanol. Geotherm. Res. 67, 233–262.
  45. Sokolov S. Y., Chamov N. P., Khutorskoy M. D., Silantyev S. A. (2020) Intensity indicators of geodynamic processes along the Atlantic-Arctic Rift System. Geodynamics & Tectonophysics. 11(2), 302–319.
  46. Sun S.-S., McDonough W.F. (1989) Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes, Magmatism in Ocean Basins, Saunders, A.D. and Norry, M.J., Eds., Geol. Soc. Spec. Publ. London. 42, 313–345.
  47. Urann B.M., Le Roux V., Hammond K. et al. Fluorine and chlorine in mantle minerals and the halogen budget of the Earth’s mantle // Contrib. Mineral. Petrol. 2017. https://doi.org/10.1007/s00410-017-1368-7
  48. Van Achterbergh E., Ryanm C. G., Griffin W. L. (1999) GLITTER: On-line interactive data reduction for the laser ablation ICP-MS microprobe. Proceedings of the 9th V. M. Goldschmidt Conference. Cambridge, Massachusetts. 305.
  49. Wetzel, D. T., Hauri E. H., Saal A. E., Rutherford M. J. (2015) Carbon content and degassing history of the lunar volcanic glasses. Nature Geosci. 8 (10), 755–758.
  50. Wilson M. (1989) Igneous Petrogenesis. London: Unwin Hyman, Boston-Sidney-Wellington, 466 p.
  51. Workman R. K., Hart S. R. (2005) Major and trace element composition of the depleted MORB mantle (DMM). Earth Planet. Sci. Lett. 231(1–2), 53–72.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Батиметрическая карта района (Насонов и др., 2023) подводного вулкана Пюи-де-Фоль и расположение мест отбора образцов закалочных стекол. Штриховкой показан участок вершины вулкана, в пределах которого установлены признаки активной гидротермальной деятельности.

Скачать (606KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнение состава закалочных стекол вулкана Пюи-де-Фоль с составами MORB (Костицын, 2004) – голубые крестики, в том числе, с составом продуктов вулканизма рифтовой долины САХ на 20о–21ос.ш. – красные звездочки (Силантьев и др., 2023). Граница между E-MORB и N-MORB (синие открытые звездочки) показана по (Wilson, 1989; Дмитриев и др., 2006).

Скачать (141KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Характер распределения нормализованных к хондриту (а) и к N-MORB (б) содержаний РЗЭ в изученных закалочных стеклах. Составы хондрита и N-MORB заимствованы из (Sun, McDonough, 1989).

Скачать (164KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Вариации отношений Nb/Zr (а), (La/Sm)cn (б) и Ba/Sm в закалочных стеклах вулкана Пюи-де-Фоль. Для сравнения приведены точки состава закалочных стекол базальтов из сегментов рифтовой долины САХ (20°–21°с.ш.), окружающих вулкан Пюи-де-Фоль, а также из района САХ между 16° и 17°с.ш., где было выявлено воздействие на состав закалочных стекол высокосоленого гидротермального флюида (Buikin et al., 2022). Как видно, точки данных изученных в настоящей работе образцов располагаются на общем тренде между сильно обедненными и обогащенными составами.

Скачать (124KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ковариации величины отношения Zr/Hf c (La/Sm)cn (а), К2О/TiO2 (б), и содержаниями MgO (в) и Сl (г) в закалочных стеклах вулкана Пюи-де-Фоль. Составы закалочных стекол из сегментов САХ на 20о–21о и 16о–17о с.ш. заимствованы из (Силантьев и др., 2008; Силантьев и др., 2023).

Скачать (220KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Ковариации содержания Сl и содержания MgO в закалочных стеклах вулкана Пюи-де-Фоль. Зеленая стрелка соответствует тренду контаминации магматического расплава гидротермальным компонентом.

Скачать (167KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Изотопный состав стронция и неодима в изученных закалочных стеклах. Бледно голубым обозначено поле состава MORB, представленное по (Костицын, 2004). Состав деплетированной мантии (DM) представлен согласно (Workman, Hart, 2005). Остальные условные обозначения как на рис. 6.

Скачать (240KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изотопный состав свинца в закалочных стеклах вулкана Пюи-де-Фоль. Для сравнения показаны точки изотопного состава свинца в базальтах рифтовой долины САХ по (Shirey et al., 1987; Sun, McDonough, 1989; Dosso et al., 1991; Skolotnev, 2014) и из района САХ 16°07’ – 16°10’ с. ш. (Silantyev et al., 2008).

Скачать (225KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024