ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 412, № 4, с. 535-539
= ГЕОХИМИЯ
УДК 550.4
НОВЫЙ ТИП КАРБОНАТНЫХ ПОРОД НА ДНЕ ОКЕАНА (СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКИЙ ХРЕБЕТ, 30°07' С.Ш.)
© 2007 г. А. Ю. Леин, С. В. Галкин, В. В. Масленников, Ю. А. Богданов, О. Ю. Богданова, О. М. Дара, академик М. В. Иванов
Поступило 17.08.2006 г.
Срединно-Атлантический хребет (САХ) разбит сложной системой трансформных разломов. На пересечении этих структур образуются тектонически ослабленные зоны, через которые продукты гидротермального изменения глубинных пород поднимаются к поверхности океанского дна при наличии необходимых для этого физико-химических условий. В 2000 г. на пересечении САХ и разлома Атлантис обнаружено первое активное гидротермальное поле Лост-Сити с бру-сит-карбонатной минерализацией и необычным составом флюида [1]. Тогда же было высказано предположение о возможном широком распространении подобной гидротермальной минеральной ассоциации на океанском дне [2]. В настоящее время продолжаются активные исследования данного поля [3-5].
В 2005 г. в 50-м рейсе нис "Академик Мстислав Келдыш" при исследовании южного склона массива Атлантис вблизи поля Лост-Сити на ГОА "Мир-2" обнаружены светлые или покрытые черной Fe-Mn-коркой выступы карбонатных пород на дне высотой до 1.5 м [6, 7]. Железо-марганцевые корки толщиной до 2-3 мм довольно типичны для низкотемпературной (заключительной) стадии гидротермального минералообразования. Участок дна с карбонатными выступами расположен на глубине 1016-1072 м, усеян раковинами отмерших двустворчатых моллюсков, относящихся к роду Bathymodiolus azoricus и широко распространенных в бентосных сообществах активных гидротермальных полей САХ. Этот участок дна получил название Лост-Виллаж (Lost Village) [6, 7]. Размеры поля составляют 80-100 м с севера на юг и от 25 до 40 м с запада на восток. Это вновь от-
Институт океанологии им. ПЛ. Ширшова Российской Академии наук, Москва Институт минералогии
Уральского отделения Российской Академии наук, Миасс Челябинской обл.
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского Российской Академии наук, Москва
крытое неактивное гидротермальное поле интересно еще и тем, что расположено в непосредственной близости от активного гидротермального поля Лост-Сити, природа флюида которого и формирующихся из него брусит-карбонатных построек высотой до 60 м вызывает много вопросов и остается дискуссионной [1-5].
Целью исследования является определение минералого-геохимических особенностей и генезиса карбонатных пород неактивного поля Лост-Виллаж.
В химическом составе изученных карбонатных пород из оксидов преобладает СаО (табл. 1). В качестве макропримесей в заметном количестве присутствует MgO, а в черной поверхностной корке, кроме того, Fe2Oз и МпО (табл. 1).
Карбонатная составляющая поля Лост-Вил-лаж представлена смесью кальцита и арагонита. Содержание арагонита изменяется от 3-5% у поверхности изученного образца до 30-70% в его центральной части. В точечных пробах, взятых с поверхности образцов (26 проб), рентгеноди-фрактометрическим анализом установлено одновременное присутствие как практически чистого минала СаСО3, так и изоморфных смесей СаСО3-
Таблица 1. Содержание основных оксидов (%) в составе карбонатов Лост-Виллаж (обр. 4806-3)
Оксид Внутренная зона Черная корка
SiO2 1.35 1.95 0.38
М2О3 0.37 0.81 0.26
Fe2O3 0.22 0.56 2.22
MgO 2.40 1.46 1.24
CaO 49.6 50.3 49.7
K2O 0.083 0.14 0.076
TiO2 0.024 0.048 0.2
MnO 0.067 0.073 0.82
П.п.п. 44.8 43.6 44.0
Примечание. Рентгенофлуоресцентный анализ. Аналитик Т. Г. Кузьмина.
^отн
28°
Рис. 1. Фрагмент типичной дифрактограммы изоморфнозамещенных кальцитов (проба 23) поля Лост-Виллаж. Расщепление всех основных дифракционных рефлексов указывает на одновременное присутствие кальцитов с различным катионным составом (ДРОН-2.0 с Си^а-излучением и графитовым монохроматором ИО РАН).
Рис. 2. Арагонит-кальцитовая порода нового неактивного гидротермального поля Лост-Виллаж. а, б - центральная зона: темные участки - кальцит, светлые - арагонит; а - изображение в отраженных электронах, б - энергодисперсионные спектры (ЭДС) смеси кальцит + арагонит; в, г - карбонаты в тесном срастании с Fe-Mn-минералами в черной поверхностной корочке; в - изображения в отраженных электронах, г - ЭДС смеси бернессита и вернадита (SCAN JSM-5300 с энергодисперсионным спектрометром INCA и анализатором Link ISIS).
100
10
0.1
(а)
j_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
Li Al Ti Cr Co Cu Ga As Sr Nb Ru Pd Cd Sn Te Ba Ce Nd Be Sc VMn Ni Zn Ge Rb Zr Mo Rh Ag In Sb Cs La Pr
С/С хондрит 100
(6)
1
10
0.1
0.01
4806-1k
4806-9
4806-3
La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Рис. 3. Спайдер-диаграммы: а - состав микроэлементов карбонатов поля Лост-Виллаж (обр. 4806-3), нормализованных относительно брусит-карбонатных (обр. 4806-1к) и карбонатных (обр. 4800-3) пород активного гидротермального поля Лост-Сити; б - состав РЗЭ карбонатов полей Лост-Виллаж (обр. 4806-3) и Лост-Сити (обр. 4806-1к, 4800-3), нормализованных относительно хондрита (Boynton, 1984) (ИСП МС, Perkin Elmer ELAN 6000).
1
MgCO3-FeCO3-MnCO3 (рис. 1). Наблюдаемый сдвиг межплоскостных расстояний в исследованных пробах обусловлен замещением кальция магнием (до 5.3%), железом (до 0.3%) и марганцем (до 0.1%) за счет длительного контакта с окружающей океанской водой. Присутствие изоморфно-замещенных кальцитов обнаружено только в поверхностных участках карбонатных пород. Во внутренних частях карбонатных глыб арагонит находится в тесном срастании с кальцитом, который к тому же практически не содержит других катионов в своем составе, кроме кальция (рис. 2).
Брусит в составе пород Лост-Виллаж не обнаружен, так же как он не встречается в участках построек поля Лост-Сити, удаленных от мест соче-
ния флюида [8]. В черной поверхностной пленке содержится бернессит и безжелезистый вернадит в тонком срастании с рентгеноаморфным материалом Fe-Mg-Mn-состава (рис. 2). Обнаружены также железистая протофаза и нонтронит в виде тонких пленок на карбонатах из поверхностных участков породы. Подобная минеральная ассоциация характерна для продуктов низкотемпературных гидротермальных процессов.
Минералы арагонит-кальцитовой ассоциации Лост-Виллаж содержат больше микроэлементов (рис. 3а) и легких РЗЭ (рис. 36), заимствованных из окружающей океанской воды, по сравнению с минералами брусит-карбонатной ассоциации поля Лост-Сити. В спектре РЗЭ карбона-
518O, %« 6Г
0.5
1.0
1.5
2.0 2.5 513C, %%
Рис. 4. Изотопный состав карбонатов (813С и 818О) неактивного гидротермального поля Лост-Виллаж и активного гидротермального поля Лост-Сити. 1, 2 -карбонаты (арагонит + кальцит) поля Лост-Вил-лаж: 1 - внутренняя зона светлых плотных карбонатов, 2 - карбонаты у контакта с внешней тонкой черной Fe-Mn-коркой; 3-5 - карбонаты поля Лост-Сити: 3 - активная зона сочения флюида на верхушке гигантской (60 м) постройки - брусит-арагонит-кальци-товая ассоциация, 4 - там же, арагонит-кальцитовая ассоциация в образце, удаленном от источника, 5 -коралл у основания постройки.
тов Лост-Виллаж (рис. 36) не сохранилась характерная для гидротерм срединно-океаниче-ских хребтов положительная европиевая аномалия и снивелирована отрицательная цериевая аномалия, свойственная океаническим карбонатам [9].
В карбонатных породах обоих полей концентрация стронция имеет один порядок величин (1288-3021 ppm). Для карбонатных пород, не содержащих брусит, характерна высокая величина отношения 87Sr/86Sr. В арагонит-кальцитовой ассоциации Лост-Виллаж изотопное отношение стронция равно 0.70914 ± 11 (MC TRITON TIMS), что укладывается в пределы, известные для арагонит-кальцитовой ассоциации активных и неактивных построек Лост-Сити [4]. Полученные величины близки к средней величине изотопного отношения стронция в современной океанской воде, равной 0.70916 [10]. Только в брусит-карбо-натной минеральной ассоциации величина отношения 87Sr/86Sr заметно ниже, чем в океанской воде, и колеблется от 0.706891 ± 13 до 0.707864 ± 17 [4]. Эти значения доказывают участие магматических пород в формировании гидротермального раствора Лост-Сити, из которого высаживаются брусит и карбонаты в качестве первичной генерации минералов построек.
Значения 513С углерода карбонатов поля Лост-Виллаж изменяются от 0.96 до 1.42%о, а значения 518О - от 4.23 до 5.34%о (рис. 4). Полученные величины укладываются, с одной стороны, в пределы, характерные для морских осадочных карбонатов, а с другой - близки к изотопному составу карбонатов из безбруситовой арагонит-кальцитовой ассоциации активного поля Лост-Сити, для которых установлены близкие значения 513С (1.49-12.07%о) и 518О (4.29-5.50%о) [1-4]. Следует сказать, что карбонаты из ассоциации с бруситом поля Лост-Сити обеднены тяжелыми изотопами 13С и 18О (513С = 0.4-0.79%о; 518О = = 0.51-3.43%о) (см. рис. 4). Этот факт еще раз подчеркивает разницу в геохимии карбонатов первичной гидротермальной ассоциации с бруситом и карбонатов арагонит-кальцитовой ассоциации.
Проведенные геохимические исследования позволяют говорить о сходном генезисе карбонатных пород поля Лост-Виллаж и построек Лост-Сити. Ранее было установлено, что гидротермальные образования построек Лост-Сити имеют возраст от менее 50 лет до 30 тыс. лет [3, 8]. Самые молодые из них представлены брусит-арагонит-кальцитовой ассоциацией, формирующейся вокруг выходов гидротермальных источников. Диагенетическое изменение первичных гидротермальных брусит-карбо-натных пород приводит под влиянием окружающей океанской воды к постепенному полному растворению брусита, частичному растворению и перекристаллизации карбонатов.
Гидротермальные карбонаты, не содержащие брусита, возрастом старше 50 лет (условная величина) в постройках Лост-Сити и, как мы полагаем, поля Лост-Виллаж длительное время контактировали с окружающей океанской водой. Об этом свидетельствует наряду с минералогическими данными повышенное содержание микроэлементов и РЗЭ, заимствованных из океанской воды, величина изотопного отношения стронция и изотопный состав углерода и кислорода карбонато
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.