1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Петрология
  4. T. 31, № 2, 2023

Петрология, 2023, T. 31, № 2, стр. 153-181

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

С. А. Силантьев a, *, Е. А. Краснова a, b, Д. Д. Бадюков a, А. В. Жилкина a, Т. Г. Кузьмина a, А. С. Грязнова a, В. Д. Щербаков b

a Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Москва, Россия

b Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Москва, Россия

* E-mail: silantyev@geokhi.ru

Поступила в редакцию 22.03.2022
После доработки 15.05.2022
Принята к публикации 18.05.2022

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.

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.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Петрология

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал