Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

В современных зонах субдукции ежегодно поглощается до 189 млн. тонн диоксида углерода. Часть СО₂ выделяется в островодужных системах, эволюция остального СО₂ остается невыясненной и порождает дискуссии, в том числе в связи с проблемами карбонатитового и кимберлитового магматизма и мантийного метасоматоза [1-3].

В данной работе приводятся результаты экспериментального моделирования взаимодействия модельных аналогов океанической коры и мантийного клина для двух систем - "глаукофановый сланец - оливин" и "глаукофановый сланец - силикатный мрамор - оливин" в условиях высокого давления (21-24 кбар) и неоднородной температуры (1000-660°С, 1050-700°С) [4,5].

В системе "глаукофановый сланец - оливин" в ходе эксперимента происходит замещение исходного глаукофана омфацитом, кварцем и амфиболом барруазитового состава. На границе оливина с глаукофановым сланцем по реакции
оливин + SiO₂ (в жидкости) + Al₂O₃ (в жидкости) → ортопироксен. (1)
образуется ортопироксеновый слой мощностью около 50 мкм, свидетельствующий о взаимодействии оливина с Si,Al-cодержащей жидкостью (расплавом/флюидом), генерируемой при частичном разложении глаукофанового сланца. На изображении в отраженных электронах хорошо видно, что жидкость аккумулируется под ортопироксеновым слоем, создающим своеобразный барьер для ее проникновения в оливиновую область. Жидкость отвечает составу щелочного габброида.

Рост отсутствующего в исходных веществах магнезита может быть связан с повышенной активностью CO₂, контролирующей ее взаимодействие с оливином по реакции
оливин + СО₂ → ортопироксен + магнезит, (2)
продуктом которой наряду с магнезитом является ортопироксен. Таким образом, ортопироксеновый слой может служить продуктом синхронного протекания реакций (1) и (2).

Продукты опыта в системе "глаукофановый сланец - карбонат - форстерит" можно условно разделить на несколько зон. В зоне I наблюдается разложение глаукофана с образованием омфацита, кварца и барруазита. Следующая зона (II) находится на границе глаукофанового сланца и карбонатного слоя; здесь интенсивно развивается амфибол винчитового состава, ассоциирующий с редкими кристаллами омфацита (X_Jd до 0.4). В следующей зоне (зона III) амфибол исчезает. Здесь доминирующими минералами становятся арагонит, клинопироксен (X_Jd до 0.2), эпидот и гранат. Гранат является единственным новообразованным минералом в этой зоне; в нижней части зоны наблюдается зарождение пойкилитовых зерен граната, а выше - более мелких (до 20 мкм) изолированных скелетных кристаллов. В непосредственном контакте карбонатной породы с оливином (зона IV) возникает высокобарная метасоматическая колонка: Fe-Mg-Ca карбонат | доломит | диопсид | магнезит.

В данном опыте ортопироксеновый слой не образуется, по всей видимости, в связи с реакцией
ортопироксен + кальцит → диопсид + магнезит

При отсутствии ортопироксенового слоя, способного экранировать миграцию силикатной жидкости в оливиновую зону, общий объем жидкости, проникшей в оливин в данном опыте (несмотря на более низкие температуры и менее мощный слой глаукофанового сланца) существенно больше, чем в предыдущем опыте. Крайне малые размеры этих выделений не позволяют выполнить прецизионный химический анализ на микрозонде. Наряду с силикатным расплавом в нижней части оливинового слоя (зона V) отлагается хлорит. Примечательно, что образования магнезита в данном случае, несмотря на присутствие карбонатного прослоя, не происходит.

Эксперименты убедительно демонстрируют, что переотложение карбонатов в погружающейся плите и вынос из нее СО₂ в вышележающую мантию в преддуговой области контролируются метасоматическими процессами. Это означает, что использование метода псевдосекций при расчете бюджета СО₂ в зонах субдукции может привести к ошибочным результатам.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ N 09-05-01217 и 09-05-00991.

Литература:
1. Kerick D.M., Conolly A.D. // Nature. 2001. Vol. 411. P. 293-296.
2. Hammouda, T. // Earth Planet. Sci. Lett. 2003. V. 214. P. 357-368.
3. Yaxley G.M., Green D.H. // Earth Planet. Sci. Lett. 1994. Vol. 128. P. 313-325.
4. Перчук А.Л., Корепанова О.С., Япаскурт В.О. // Доклады Академии Наук. 2011. Том 437. N 2. С. 235-237.
5. Перчук А.Л., Корепанова О.С. // Вестник МГУ, серия Геология. 2011. N 4. 30-38.