Карбонатизация серпентинитов Срединно-Атлантического хребта: 1. Геохимические тренды и минеральные ассоциации

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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.

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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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
  14. 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.
  15. Jöns N., Bach W., Klein F. Magmatic influence on reaction paths and element transport during serpentinization // Chemical Geol. 2010. V. 274. P. 196–211.
  16. 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.
  17. Kelemen P.B., Matter J. In situ carbonation of peridotite for CO2 storage // PNAS. 2008. V. 105. № 45. P. 17295–17300.
  18. 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.
  19. 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
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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
  24. 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.
  25. Malvoisin B. Mass transfer in the oceanic lithosphere: serpentinization is not isochemical // Earth Planet. Sci. Lett. 2015. V. 430. P. 75–85.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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
  29. Salters V.J.M., Stracke A. Composition of the depleted mantle // Geochem. Geophys. Geosystems. 2004. V. 5. № 5. https://doi.org/10.1029/2003GC000597
  30. 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.
  31. 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.
  32. 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
  33. 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.
  34. 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.
  35. 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
  36. 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.

© С.А. Силантьев, Е.А. Краснова, Д.Д. Бадюков, А.В. Жилкина, Т.Г. Кузьмина, А.С. Грязнова, В.Д. Щербаков, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».