Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesVestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesВестник Дальневосточного отделения Российской академии наук0869-7698The Russian Academy of Sciences68597710.31857/S0869769824050038HPXAFAEarth and Environment SciencesНауки о Земле и окружающей средеResearch ArticleSulfur isotope anomaly in magmatic sulfide mineralization of the Monchegorsk pluton as evidence of subduction processes in the ArcheanИзотопная аномалия серы в магматической сульфидной минерализации Мончегорского плутона как свидетельство процессов субдукции в архееhttps://orcid.org/0000-0002-2833-1026VelivetskayaTatyana A.ВеливецкаяТатьяна Алексеевна
Russian Federation

Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Leading Researcher

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник

velivetskaya@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4452-5496IgnatievAleksandr V.ИгнатьевАлександр Васильевич
Russian Federation

Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Leading Researcher

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник

ignatiev@fegi.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5194-5616VysotskiySergey V.ВысоцкийСергей Викторович
Russian Federation

Doctor of Sciences in Geology and Mineralogy, Chief Researcher

доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник

vysotskiy@fegi.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3834-3626YakovenkoViktoriya V.ЯковенкоВиктория Васильевна
Russian Federation

Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Senior Researcher

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

yakovenko_v.v@mail.ruFar East Geological Institute, FEB RASДальневосточный геологический институт ДВО РАН301020245405026062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-7698/article/view/685977

The article presents an interpretation of data for stable isotope composition of sulfur-34 and -33 from sulfide minerals of the Early Paleoproterozoic (~2.5 Ga) Monchegorsk pluton, located in the central part of the Kola Peninsula, Russia. Available data indicate that the sulphide sulfur has both a mantle source and an atmospheric sulfur source with an isotopic anomaly. We believe that atmospheric sulfur (a product of photochemical reactions in the oxygen-free atmosphere of Archean) was transferred from the atmosphere into the deep layers of the mantle due to the processes of subduction of the oceanic crust along with sediments and their subsequent melting. The homogeneous sulfur isotopic composition of sulfur-34 and -33 for sulfide mineralization of the Monchegorsk pluton indicates fairly intense mixing of sulfur from different sources. Thus, the sulfur isotope anomaly archived in the magmatic sulfides of the Monchegorsk pluton provides an opportunity to trace the global circulation of terrestrial matter in the ancient history of the Earth.

В статье представлена интерпретация данных по изучению состава стабильных изотопов серы-34 и -33 в сульфидных минералах раннепалеопротерозойского (~2,5 млрд лет) Мончегорского плутона, расположенного в центральной части Кольского полуострова, Россия. Имеющиеся данные показывают, что сера сульфидов имеет как мантийный, так и атмосферный источник серы с изотопной аномалией. Мы полагаем, что атмосферная сера (продукт фотохимических реакций в бескислородной атмосфере архея) была перемещена из атмосферы в глубокие слои мантии в процессах субдукции океанической коры вместе с осадками и последующим их переплавлением. Гомогенный изотопный состав серы-34 и -33 для сульфидной минерализации Мончегорского плутона указывает на достаточно интенсивное перемешивание серы различных источников. Таким образом, заархивированная в магматических сульфидах Мончегорского плутона изотопная аномалия серы предоставляет возможность отследить глобальный круговорот земного вещества в древней истории Земли.

sulfur isotope anomalyMonchegorsk plutonsubductionизотопная аномалия серыМончегорский плутонсубдукцияПравительство РФThe Russian GovernmentSeal R. R. Sulfur isotope geochemistry of sulfide minerals. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2006;(61):633–677. DOI: 10.2138/rmg.2006.61.12.Seal R. R. Sulfur isotope geochemistry of sulfide minerals // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2006. Vol. 61. P. 633–677. DOI: 10.2138/rmg.2006.61.12.Johnston D. T. Multiple sulfur isotopes and the evolution of Earth’s surface sulfur cycle. Earth-Science Reviews. 2011;(106):161–183. DOI: 10.1016/j.earscirev.2011.02.003.Johnston D. T. Multiple sulfur isotopes and the evolution of Earth’s surface sulfur cycle // Earth-Science Reviews. 2011. Vol. 106. P. 161–183. DOI: 10.1016/j.earscirev.2011.02.003.Montinaro A., Strauss H., Mason P. R.D., Roerdink D., Münker C., Schwarz-Schampera U., Arndt N. T., Farquhar J., Beukes N. J., Gutzmer J., Peters M. Paleoarchean sulfur cycling: Multiple sulfur isotope constraints from the Barberton Greenstone Belt, South Africa. Precambrian Research. 2015;(267):311–322. DOI: 10.1016/j.precamres.2015.06.008.Montinaro A., Strauss H., Mason P. R.D., Roerdink D., Münker C., Schwarz-Schampera U., Arndt N. T., Farquhar J., Beukes N. J., Gutzmer J., Peters M. Paleoarchean sulfur cycling: Multiple sulfur isotope constraints from the Barberton Greenstone Belt, South Africa // Precambrian Research. 2015. Vol. 267. P. 311–322. DOI: 10.1016/j.precamres.2015.06.008.Farquhar J., Wing B. A., McKeegan K.D., Harris J. W., Cartigny P., Thiemens M. H. Mass-independent sulfur of inclusions in diamond and sulfur recycling on early Earth. Science. 2002;(298):2369–2372. DOI: 10.1126/science.1078617.Farquhar J., Wing B. A., McKeegan K.D., Harris J. W., Cartigny P., Thiemens M. H. Mass-independent sulfur of inclusions in diamond and sulfur recycling on early Earth // Science. 2002. Vol. 298. P. 2369–2372. DOI: 10.1126/science.1078617.Bekker A., Grokhovskaya T. L., Hiebert R., Sharkov E. V., Bui T. H., Stadnek K. R., Chashchin V. V., Wing B. A. Multiple sulfur isotope and mineralogical constraints on the genesis of Ni-Cu-PGE magmatic sulfide mineralization of the Monchegorsk Igneous Complex, Kola Peninsula, Russia. Mineralium Deposita. 2016;(51):1035–1053. DOI: 10.1007/s00126-015-0604-1.Bekker A., Grokhovskaya T. L., Hiebert R., Sharkov E. V., Bui T. H., Stadnek K. R., Chashchin V. V., Wing B. A. Multiple sulfur isotope and mineralogical constraints on the genesis of Ni-Cu-PGE magmatic sulfide mineralization of the Monchegorsk Igneous Complex, Kola Peninsula, Russia // Mineralium Deposita. 2016. Vol. 51. Р. 1035–1053. DOI: 10.1007/s00126-015-0604-1.Ono S. Photochemistry of sulfur dioxide and the origin of mass-independent isotope fractionation in earth’s atmosphere. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2017;(45):301–329. DOI: 10.1146/annurev-earth-060115-012324.Ono S. Photochemistry of sulfur dioxide and the origin of mass-independent isotope fractionation in earth’s atmosphere // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2017. Vol. 45. P. 301–329. DOI: 10.1146/annurev-earth-060115-012324.Veliveckaya T. A., Ignat’ev A.V., Yakovenko V. V. Mass-nezavisimoe frakcionirovanie izotopov sery v fotokhimicheskikh processakh SO2 pod vozdejstviem UF izlucheniya razlichnykh dlin voln. Geokhimiya. 2020;(65):1080–1091. (In Russ.). DOI: 10.31857/S0016752520110102.Веливецкая Т. А., Игнатьев А. В., Яковенко В. В. Масс-независимое фракционирование изотопов серы в фотохимических процессах SO2 под воздействием УФ излучения различных длин волн // Геохимия. 2020. Т. 65, № 11. С. 1080–1091. DOI: 10.31857/S0016752520110102.Vysockij S. V., Veliveckaya T. A., Ignat’ev A.V., Aseeva A. V., Yakovenko V. V. Vliyanie arkhejskoj atmosfery na formirovanie vulkanogenno-osadochnykh sul’fidnykh rud (po dannym mul’tiizotopnogo sostava sery). Vestnik of the FEB RAS. 2023;(4):70–81. (In Russ.). DOI: 10.37102/0869-7698_2023_230_04_5.Высоцкий С. В., Веливецкая Т. А., Игнатьев А. В., Асеева А. В., Яковенко В. В. Влияние архейской атмосферы на формирование вулканогенно-осадочных сульфидных руд (по данным мультиизотопного состава серы) // Вестник ДВО РАН. 2023. № 4 (230). С. 70–81. DOI: 10.37102/0869-7698_2023_230_04_5.Sharkov E. V., Chistyakov A. V. Geologo-petrologicheskie aspekty EHPG-Cu-Ni-orudeneniya v rannepaleoproterozojskom Monchegorskom rassloennom mafit-ul’tra-mafitovom komplekse (Kol’skij poluostrov). Geologiya Rudnykh Mestorozhdenij. 2014;(56):171–194. (In Russ.). DOI: 10.7868/S0016777014030046.Шарков Е. В., Чистяков А. В. Геолого-петрологические аспекты ЭПГ-Cu-Ni-оруденения в раннепалеопротерозойском Мончегорском расслоенном мафит-ультра-мафитовом комплексе (Кольский полуостров) // Геология рудных месторождений. 2014. Т. 56. С. 171–194. DOI: 10.7868/S0016777014030046.Grohovskaya T. L., Ivanchenko V. N., Karimova O. V. Griboedova I. G., Samoshnikova L. A. Geologicheskoe stroenie, mineralogiya i genezis EHPG mineralizacii massiva Yuzhnaya Sopcha, Monchegorskij kompleks, Rossiya. Geologiya Rudnykh Mestorozhdenij. 2012;(54):416–440. (In Russ.). DOI: 10.1134/S1075701512050029.Гроховская Т. Л., Иванченко В. Н., Каримова О. В. Грибоедова И. Г., Самошникова Л. А. Геологическое строение, минералогия и генезис ЭПГ минерализации массива Южная Сопча, Мончегорский комплекс, Россия // Геология рудных месторождений. 2012. Т. 54, № 5. С. 416–440. DOI: 10.1134/S1075701512050029.Chashchin V. V., Bayanova T. B., Mitrofanov F. P., Serov P. A. Malosul’fidnye platinometal’nye rudy paleoproterozojskogo Monchegorskogo plutona i ego yuzhnogo obramleniya (Kol’skij poluostrov, Rossiya): geologicheskaya kharakteristika i izotopno-geokhronologicheskie svidetel’stva polikhronnosti rudno-magmaticheskikh sistem. Geologiya Rudnykh Mestorozhdenij. 2016;(58):41–63. (In Russ.). DOI: 10.7868/S0016777016010020.Чащин В. В., Баянова Т. Б., Митрофанов Ф. П., Серов П. А. Малосульфидные платинометальные руды палеопротерозойского Мончегорского плутона и его южного обрамления (Кольский полуостров, Россия): геологическая характеристика и изотопно-геохронологические свидетельства полихронности рудно-магматических систем // Геология рудных месторождений. 2016. Т. 58, № 1. С. 41–63. DOI: 10.7868/S0016777016010020.Vysockij S. V., Orsoev D. A., Ignat’ev A.V., Veliveckaya T. A., Aseeva A. V. Istochnik sery dlya Ni-Cu sul’fidnoj mineralizacii Monchegorskogo intruzivnogo kompleksa (Kol’skij poluostrov, Rossiya) po mul’tiizotopnym dannym. In: Ul’tramafit-mafitovye kompleksy: geologiya, stroenie, rudnyj potencial: Materialy V Mezhdunarodnoj konferencii. Ulan-Udeh: Izdatel’stvo Buryatskogo Gosudarstvennogo Universiteta; 2017. P. 83–86. (In Russ.).Высоцкий С. В., Орсоев Д. А., Игнатьев А. В., Веливецкая Т. А., Асеева А. В. Источник серы для Ni-Cu сульфидной минерализации Мончегорского интрузивного комплекса (Кольский полуостров, Россия) по мультиизотопным данным // Ультрамафит-мафитовые комплексы: геология, строение, рудный потенциал: материалы V Международной конференции. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского государственного университета, 2017. С. 83–86.Grinenko L. N., Grinenko V. A., Lyakhnickaya I. V. Izotopnyj sostav sery sul’fidov medno-nikelevykh mestorozhdenij Kol’skogo poluostrova. Geologiya Rudnykh Mestorozhdenij. 1967;(9):3–17. (In Russ.).Гриненко Л. Н., Гриненко В. А., Ляхницкая И. В. Изотопный состав серы сульфидов медно-никелевых месторождений Кольского полуострова // Геология рудных месторождений. 1967. Т. 9, № 4. С. 3–17.Labidi J., Cartigny P., Hamelin C., Moreira M., Dosso L. Sulfur isotope budget (32S, 33S, 34S and 36S) in Pacific–Antarctic ridge basalts: A record of mantle source heterogeneity and hydrothermal sulfide assimilation. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014;(133):47–67. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.02.023Labidi J., Cartigny P., Hamelin C., Moreira M., Dosso L. Sulfur isotope budget (32S, 33S, 34S and 36S) in Pacific–Antarctic ridge basalts: A record of mantle source heterogeneity and hydrothermal sulfide assimilation // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014. Vol. 133. Р. 47–67. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.02.023Sobolev A. V., Asafov E. V., Gurenko A. A. et al. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago. Nature. 2019;(571):555–559. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1399-5Sobolev A. V., Asafov E. V., Gurenko A. A. et al. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago // Nature. 2019. Vol. 571. P. 555–559. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1399-5