Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 501, № 2, стр. 139-144

Одним из наиболее значимых магматических событий в мезозойской геологической истории Арктического региона является мощная вспышка плюмового магматизма, приведшая на рубеже поздней юры–раннего мела к образованию крупной изверженной провинции, фрагменты которой впоследствии, при раскрытии котловин Северного Ледовитого океана, оказались разобщены и сохранились ныне в виде отдельных ареалов, покрывающих обширные пространства подводных хребтов и некоторые островные поднятия на территории современной Высокоширотной Арктики [1–3]. В связи с этим провинция получила свое название High Arctic Large Igneous Province (HALIP). В частности, в составе HALIP объединяют магматический ареал Канадского Арктического архипелага, ареал Центральной и Восточной Арктики, включающий подводные хребты Альфа-Менделеева и акваторию архипелага Де-Лонга и, наконец, Баренцевоморский ареал, куда входят траппы архипелага Земля Франца-Иосифа (ЗФИ) (рис. 1). Наши исследования затрагивают в первую очередь территорию ЗФИ [7–11].

Рис. 1.

Ареалы мезозойско-кайнозойских крупных магматических провинций и реконструируемый след Исландского плюма (по [4–6] с исправлениями и дополнениями). 1 – HALIP; 2 – NAIP; 3 – Сибирская магматическая провинция; 4 – трек Исландского плюма. ХГ – хребет Гаккеля; ХЛ – хребет Ломоносова; БП – бассейн Подводников; БМ – бассейн Макарова; ПМ – поднятие Менделеева; ХА – хребет Альфа.

Длительность формирования HALIP по имеющимся геохронологическим данным оценивается интервалом не более 50 млн лет и сопоставляется с этапом раскрытия Канадской котловины (Амеразийского бассейна) около 130–80 млн лет назад [5, 12, 13]. Причем интервал этой оценки возраста магматизма, вероятно, превышает его реальную продолжительность. Полученные единичные прецизионные U–Pb-определения и результаты интерпретации геофизических профилей по Баренцевоморскому ареалу указывают на то, что трапповый магматизм здесь не выходит за пределы баррем-аптского интервала, т.е. около 130–110 млн лет [14, 15]. Такая оценка лучше отвечает современным представлениям о средней продолжительности формирования крупных изверженных провинций. Тем не менее результаты Ar–Ar-датирования траппов ЗФИ по данным [16] указывают на значительно более длительную и, вероятно, многоэтапную историю плюмового магматизма при формировании Баренцевоморского ареала HALIP. В частности, полученные оценки предполагают, как минимум, три относительно кратких импульса магматизма на ЗФИ 190–180, 160–150 и около 140–110 млн лет назад с ярко-выраженной периодичностью 20–30 млн лет [3].

Существует несколько принципиальных геодинамических моделей, в том числе объясняющих стадийность магматической активности в Арктике, благодаря усилению восходящего возвратного потока верхнемантийных конвективных ячеек [17], однако главный механизм формирования HALIP, в основном, связывают с эволюцией более глубинного источника, поверхностным проявлением которого является Исландская горячая точка [4]. В ряде работ высказывается идея о том, что Исландский плюм ответственен не только за формирование HALIP, но также Сибирских траппов около 250 млн лет назад и более древних провинций Северо-Восточной Азии [6]. Достоверно след этой горячей точки прослежен для позднего мезозоя-кайнозоя от магматических ареалов HALIP через территорию Гренландии (Североатлантическая изверженная провинция – NAIP) до современного положения Исландии (рис. 1). В пользу предположений о едином источнике траппового магматизма HALIP и Исландии свидетельствуют изотопно-геохимические данные. В частности, значения εNd в базальтах ЗФИ, поднятий Де-Лонга и Менделеева не отличаются от Исландии [11].

Исландский плюм находится над северной периферией обширной области низких сейсмических скоростей в мантии (Large Low Shear Velocity Province – LLSVP), которая объединяет горячие поля в области влияния одного из двух гигантских суперплюмов Земли, а именно Африканского (Tuzo) [18, 19]. Согласно имеющимся геодинамическим моделям, горячие поля LLSVP являются стационарными и сохраняют свою позицию на протяжении очень длительного времени. В частности, показано, что отдельные восходящие потоки (плюмы) Tuzo стабильны, как минимум, последние 300 млн лет [6, 19]. По аналогии следует предполагать также стационарность Исландской горячей точки и, в таком случае, использовать координаты Исландии в качестве широтного и долготного репера при палеотектонических построениях для анализа эволюции Арктического региона и, в частности, HALIP.

Доказательством палеогеографической стабильности Исландского плюма последние 125 млн лет являются полученные нами палеомагнитные определения по траппам ЗФИ [8, 11]. Всего изучено более 700 ориентированных образцов, включающих базальты всех трех по данным [16, 17] магматических импульсов на территории 8 крупных островов архипелага ЗФИ: Гукера, Земля Александры, Хейса, Ферсмана, Галля, Циглера, Джексона и Вильчика (рис. 2). Анализ геохронологических данных, включая авторские Ar–Ar-определения, не подтверждают выводы об эпизодическом характере плюмового магматизма и широком проявлении юрских импульсов на ЗФИ [10]. Сходство виртуальных геомагнитных полюсов, исключительное преобладание прямой полярности определенно свидетельствуют о том, что абсолютное большинство магматических тел архипелага ЗФИ сформированы в начале мелового суперхрона (Cretaceous Long Normal Superchron), а рассчитанный средний палеомагнитный полюс Plat = 69.0°; Plong = 180.3°; A95 = 3.7°; N = 52 может быть датирован рубежом баррем–апт, около 125 млн лет [8, 10, 11]. Реконструируемая таким образом палеоширота ЗФИ (62.7° ± 3.7° с.ш.) совпадает с широтой Исландии (65° с.ш.) и наряду с петролого-геохимическими подтверждениями является аргументом в пользу модели, представляющей магматические провинции Исландии и Высокоширотной Арктики в виде следа одного и того же долгоживущего плюма [4, 6, 11, 13]. На эту главную магматическую последовательность может накладываться более краткая периодичность, обусловленная действием нестационарных верхнемантийных конвективных ячеек, как показано в [17].

Рис. 2.

Схема геологического строения изученной территории ЗФИ [8]: 1 – олигоцен-плиоценовые отложения (алевриты, глины); 2–4 – юрско (?) – раннемеловой трапповый комплекс (базальты, габбро, долериты); 5 – юрский терригенный комплекс (аргиллиты, алевролиты, песчаники, пески); 6 – триасовый терригенный комплекс (пески, песчаники, глины, аргиллиты, алевролиты); 7 – разломы достоверные (а) и предполагаемые (б); 8 – точки палеомагнитного опробования. На врезке – контур Баренцевоморского ареала HALIP.

Используя постулаты этой модели, сведения о линейных магнитных аномалиях, позволяющие восстановить кинематику раскрытия океанических бассейнов Северной Атлантики и Арктики [5, 20], авторские палеомагнитные данные, составлена серия реконструкций, отражающая палеогеографию Исландского плюма и его связь с мезозойско-кайнозойскими крупными изверженными провинциями (рис. 3).

Рис. 3.

Палеогеография Исландского плюма и потенциально связанных с ним магматических проявлений для позднего мезозоя-кайнозоя. Возраст океанической литосферы на реконструкции отсчитывается от момента, для которого она построена (указано слева). Красные линии с треугольниками обозначают зоны субдукции, черные линии – срединно-океанические хребты и трансформные разломы, цвет магматических провинций как на рис. 1.

Согласно нашим построениям, в раннемеловое время (125 млн лет назад), сразу после начавшегося раскрытия Канадской котловины под влияние Исландского плюма попадает неразделенная в то время территория ЗФИ, современных подводных хребтов Альфа, Менделеева и островов Де-Лонга, что в итоге привело к образованию обширного ареала HALIP (см. рис. 3). Предполагаемые срединные хребты Амеразийской океанической котловины вырождаются в направлении этой континентальной окраины, образуя тектоническую картину, отдаленно напоминающую современную Исландию.

На рубеже 100 млн лет назад плюм оставляет свой след на островах Канадского Арктического архипелага. Затем, около 60 млн назад на тех же координатах оказывается центральная часть современной западной окраины Гренландии и Баффинова Земля, начинают формироваться NAIP и спрединговый хребет моря Лабрадор, отделивший Гренландию от Канадской плиты (см. рис. 3). Немного позднее спрединговая система Приарктической Атлантики продвигается далее на север, образуя хребет Гаккеля, отвечающий за раскрытие Евразийской котловины Северного Ледовитого океана, которая, в свою очередь, разделила HALIP на две крупные части: ареалы Канадского Арктического архипелага, Центральной и Восточной Арктики, с одной стороны, и Баренцевоморский, включая территорию архипелага ЗФИ, с другой (см. рис. 1).

Для проверки альтернативной гипотезы о наличии на ЗФИ следов не только раннемелового, но и юрского плюмового магматизма, используя тот же аппарат, построены реконструкции для потенциальных магматических импульсов 150 и 180 млн лет назад (см. рис. 3). В соответствии с нашими построениями над центром Исландского плюма 150 млн лет назад оказывается северная акватория архипелага Северная Земля, а 180 млн лет назад – побережье Таймырского полуострова (см. рис. 3). Нигде из указанных районов юрские базальты не известны, что может рассматриваться как довод против предполагаемой периодичности и без малого 100 млн-летней истории плюмового магматизма Баренцевоморского ареала HALIP и траппов ЗФИ, в частности. Также очевидно, что если полученные ранее юрские (190–150 млн лет) оценки возраста базальтов ЗФИ не являются артефактом, то отвечающие им магматические тела не имеют отношения к проявлению плюмового магматизма HALIP ни по объемам, ни по расположению относительно предполагаемого источника.

Таким образом, полученные данные и выполненные построения свидетельствуют, что проявления внутриплитной магматической активности в Высокоширотной Арктике являются следствием миграции литосферных плит этого региона над Исландским плюмом, который сохранял свое стационарное положение на северной периферии горячего поля Tuzo как минимум последние 125 млн лет. Формирование Баренцевоморского ареала HALIP является одноактным событием раннемелового этапа геологической истории Арктики.