Карбонатизация серпентинитов Срединно-Атлантического хребта: 1. Геохимические тренды и минеральные ассоциации
- Авторы: Силантьев С.А.1, Краснова Е.А.1,2, Бадюков Д.Д.1, Жилкина А.В.1, Кузьмина Т.Г.1, Грязнова А.С.1, Щербаков В.Д.2
-
Учреждения:
- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
- Выпуск: Том 31, № 2 (2023)
- Страницы: 153-181
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/137142
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590323010090
- EDN: https://elibrary.ru/ESZNCI
- ID: 137142
Цитировать
Аннотация
Обнажения абиссальных перидотитов слагают огромные площади океанического ложа в Атлантическом, Индийском и Северном Ледовитом океанах, где они являются непременным участником строения разреза океанической коры, сформированной в низкоскоростных океанических центрах спрединга (Срединно-Атлантический хребет, Юго-Западный Индийский хребет и хребет Гаккеля). Заключительный этап преобразования абиссальных перидотитов в океанической коре связан с их карбонатизацией, которой они подвергаются на поверхности океанического дна или вблизи нее. Главной целью настоящего исследования являлась попытка на примере абиссальных перидотитов САХ реконструировать геохимические тренды, сопровождающие карбонатизацию этих пород, и выявить главные факторы, определяющие их геохимические и минералогические различия. Полученные данные свидетельствуют о том, что карбонатизация абиссальных перидотитов характеризуется геохимическими трендами, близкими к наблюдаемым при серпентинизации. Показано, что вариации состава породообразующих минералов и их характерные ассоциации свидетельствуют о том, что начальные этапы карбонатизации абиссальных перидотитов происходят во внутрикоровых условиях одновременно с серпентинизацией этих пород. Финальным этапом коровой эволюции абиссальных перидотитов является их экспонирование на поверхности океанического дна, к которой они транспортируются вдоль полого падающих разломов срыва (detachment fault). Здесь абиссальные перидотиты в тесной ассоциации с габброидами образуют внутренние океанические комплексы, а степень их карбонатизации резко возрастает по мере продолжительности времени их экспонирования на поверхности океанического дна. Представленные данные позволили на качественном уровне реконструировать последовательность событий, определивших минералогические и геохимические особенности карбонатизированных абиссальных перидотитов САХ.
Ключевые слова
Об авторах
С. А. Силантьев
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
Е. А. Краснова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва; Россия, Москва
Д. Д. Бадюков
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
А. В. Жилкина
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
Т. Г. Кузьмина
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
А. С. Грязнова
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
В. Д. Щербаков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Email: silantyev@geokhi.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Дубинина Е.О., Бортников Н.С., Силантьев С.А. Отношение флюид/порода в процессах серпентинизации океанических ультраосновных пород, вмещающих гидротермальное поле Лост Сити, 30° c.ш., САХ // Петрология. 2015. Т. 23. № 6. С. 589–606.
- Дубинина Е.О., Крамчанинов А.Ю., Силантьев С.А., Бортников Н.С. Влияние скорости осаждения на изотопный состав (δ18О, δ13С и δ88Sr) карбонатов построек поля Лост Сити (Срединно-Атлантический хребет, 30° с.ш.) // Петрология. 2020. Т. 28. № 4. С. 413–430.
- Силантьев С.А. Вариации геохимических и изотопных характеристик реститовых перидотитов вдоль простирания Срединно-Атлантического хребта как отражение природы мантийных источников магматизма // Петрология. 2003. Т. 11. № 4. С. 339–362.
- Силантьев С.А., Мироненко М.В., Новоселов А.А. Гидротермальные системы в перидотитовом субстрате медленно-спрединговых хребтов. Моделирование фазовых превращений и баланса вещества: Нисходящая ветвь // Петрология. 2009. Т. 17. № 2. С. 154–174.
- Силантьев С.А., Новоселов А.А., Краснова Е.А. и др. Окварцевание перидотитов разломной зоны Стелмейт (северо-запад Тихого океана): реконструкция условий низкотемпературного выветривания и их тектоническая интерпретация // Петрология. 2012. Т. 20. № 1. С. 1–20.
- Силантьев С.А., Кубракова И.В., Тютюнник О.А. Характер распределения сидерофильных и халькофильных элементов в серпентинитах океанической литосферы как отражение магматической и внутрикоровой эволюции мантийного субстрата // Геохимия. 2016. № 12. С. 1059–1075.
- Силантьев С.А., Кубракова И.В., Портнягин М.В. и др. Ультрамафит-мафитовая ассоциация плутонических пород и роговообманковые сланцы хребтов Ширшова (Берингово море) и Стелмейт (Северо-Западная акватория Тихого океана): геодинамическая интерпретация геохимических данных // Петрология. 2018. Т. 26. № 5. С. 511–534.
- Andreani M., Mevel C., Boullier A.-M. et al. Dynamic control on serpentine crystallization in veins: constraints on hydration processes in oceanic peridotites // Geochem. Geophys. Geosystems. 2007. V. 8. № 2. Q02012. https://doi.org/10.1029/2006GC001373
- Bach W., Rosner M., Jöns N. et al. Carbonate veins trace seawater circulation during exhumation and uplift of mantle rock: results from ODP Leg 209 // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. V. 311. № 3–4. P. 242–252.
- Cannat M., Lagabrielle Y., Bougault H. et al. Ultramafic and gabbroic exposures at the Mid-Atlantic Ridge: geological mapping in the 15° N region // Tectonophysics. 1997. V. 279. P. 193–213.
- Da Costa I.R., Barriga F.J.A.S., Taylor R.N. Late seafloor carbonate precipitation in serpentinites from the Rainbow and Saldanha sites (Mid-Atlantic Ridge) // Eur. J. Mineral. 2008. V. 20. P. 173–181.
- Delacour A., Fruh-Green G.I., Bernasconi S.M. et al. Carbon geochemistry of serpentinites in the Lost City Hydrothermal System (30° N, MAR) // Geochim. Cosmochim. Acta. 2008. V. 72. P. 3681–3702.
- Frisby C.P. Behavior of Rare Earth Elements and High-Field Strength Elements during Peridotite – Seawater Interaction: Ph. D. Thes. University of South Carolina, 2016. https://scholarcommons.sc.edu/etd/3530
- German C.R., Holliday B.P., Elderfield H. Redox cycling of rare earth elements in the suboxic zone of the Black Sea // Geochim. Cosmochim. Acta. 1991. V. 55. P. 3553–3558.
- Jöns N., Bach W., Klein F. Magmatic influence on reaction paths and element transport during serpentinization // Chemical Geol. 2010. V. 274. P. 196–211.
- Jöns N., Kahl W.A., Bach W. Reaction-induced porosity and onset of low-temperature carbonation in abyssal perido-tites: insights from 3D high-resolution microtomography // Lithos. 2017. V. 268–271. P. 274–284.
- Kelemen P.B., Matter J. In situ carbonation of peridotite for CO2 storage // PNAS. 2008. V. 105. № 45. P. 17295–17300.
- Kellermeier M., Glaab F., Klein R. et al. The effect of silica on polymorphic precipitation of calcium carbonate: an on-line energy-dispersive X-ray diffraction (EDXRD) study // Nanoscale. 2013. V. 5. P. 7054–7065.
- Klein F., Humphris S.E., Bach W. Brucite formation and dissolution in oceanic serpentinite // Geochem. Perspectives Lett. 2020. V. 16. P. 1–5. https://doi.org/10.7185/geochemlet.2035
- Klein F., McCollom T.M. From serpentinization to carbonation: new insights from a CO2 injection experiment // Earth Planet. Sci. Lett. 2013. V. 379. P. 137–145.
- Kodolanyi J., Pettke T., Spandler C. et al. Geochemistry of ocean floor and fore-arc serpentinites: constraints on the ultramafic input to subduction zones // J. Petrol. 2012. V. 53. № 2. P. 235–270.
- Kuebler K.E. A comparison of the iddingsite alteration products in two terrestrial basalts and the Allan Hills 77005 martian meteorite using Raman spectroscopy and electron microprobe analyses // J. Geophys. Res. Planets. 2013. V. 118. P. 803–830.
- Lacinska A.M., Styles M.T., BatemanK. et al. An Experimental study of the carbonation of serpentinite and partially serpentinised peridotites // Front. Earth Sci. 2017. https://doi.org/10.3389/feart.2017.00037
- Ludwig K.A., Kelley D.S., Butterfield D.A. et al. Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 3625–3645.
- Malvoisin B. Mass transfer in the oceanic lithosphere: serpentinization is not isochemical // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 430. P. 75–85.
- Milliken K.L., Morgan J.K. Chemical evidence for near seafloor precipitation of calcite in serpentinites (Site 897) and serpentinite breccias (Site 899), Iberia Abyssal Plane // Eds. R.B. Whitmarsh, D.S. Sawyer, A. Klaus, D.G. Masson. Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results. 1996. V. 149. P. 553–558.
- Paulick H., Bach W., Godard M. et al. Geochemistry of abyssal peridotites (Mid-Atlantic Ridge, 15°20′ N, ODP Leg 209): implications for fluid/rock interaction in slow spreading environments // Chemical Geol. 2006. V. 234. P. 179–210.
- Picazo S., Malvoisin B., Baumgartner L., Bouvier A.-S. Low temperature serpentinite replacement by carbonates during seawater influx in the Newfoundland Margin // Minerals. 2020. V.10. Iss. 2. https://doi.org/10.3390/min10020184
- Salters V.J.M., Stracke A. Composition of the depleted mantle // Geochem. Geophys. Geosystems. 2004. V. 5. № 5. https://doi.org/10.1029/2003GC000597
- Sharp Z.D., Barnes J.D. Water soluble chlorides in massive seafloor serpentinites: a source of chloride in subduction zones // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 226. P. 243–254.
- Styles M.T., Sanna A., Lacinska A.M. et al. The variation in composition of ultramafi c rocks and the effect on their suitability for carbon dioxide sequestration by mineralization following acid leaching // Greenhouse Gases: Science and Technology. 2014. V. 4. P. 440–451.
- Sulpis O., Agrawal1 P., Wolthers M. et al. Aragonite dissolution protects calcite at the seafloor // Nature Communications. 2022. V. 13. P. 1104. https://doi.org/10.1038/s41467-022-28711-z
- Sun S.-S., McDonough W.F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: implications for mantle composition and processes // Magmatism in Ocean Basins. Eds. A.D. Saunders, M.J. Norry. Geol. Soc. Spec. Publ. London. 1989. V. 42. P. 313–345.
- Tostevin R., Shields G.A., Tarbuck G.M. et al. Effective use of cerium anomalies as a redox proxy in carbonate-dominated marine settings // Chemical Geol. 2016. V. 438. P. 146–162.
- Ulrich M., Munoz M., Guillot S. et al. Dissolution–precipitation processes governing the carbonation and silicification of the serpentinite sole of the New Caledonia ophiolite // Contrib. Mineral. Petrol. 2014. V. 167. P. 952. https://doi.org/10.1007/s00410-013-0952-8
- Yatabe A., Vanko D.A., Ghazi M. Petrography and chemical compositions of secondary calcite and aragonite in Juan de Fuca Ridge basalts altered at low temperature // Eds. A. Fisher, E.E. Davis, and C. Escutia. Proceedings of the Ocean Drilling Program, Sci. Res. 2000. V. 168. P. 137–148.