ИЗОТОПНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ

ИЗОТОПНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ

Sr- ИЗОТОПНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ
В целом вариации величины 87Sr/ 86 Sr в четвертичных лавах Курильской островной дуги (0,70271-0,70433) лежат в пределах, характерных для энсиматических (внутриокеанических), чем для энсиалических дуг. Для дуг Идзу, Марианской, Бисмарка, Фиджи, Южно-Сандвичевой показатель составляет 0,7031-0,7043. Для лав дуги Фиджи - (0,70305-0,70390), для дуги Идзу-Огасовара - (0,7034-0,7039), для Идзу, Марианской, Новобританской, Алеутской - (0,70317-0,70378).Для энсиалических островных дуг эти величины выше. Так, во фронтальной зоне северо-восточной Японской дуги величины Sr-изотопных отношений лежат в пределах 0,7038-0,7045, а для дуги юго-западной Японии - 0,70357-0,70684.

Для разных по кремнекислотности вулканических пород Курильской дуги нет различия в величине 87Sr/ 86Sr. То же относится к составу лав и родственных включений, вкрапленников и минералов. На всем протяжении дуги значение Sr- изотопных отношений в тыловой зоне ее ниже, чем во фронтальной, хотя интервалы определений частично перекрываются, а разница в средних для разных участков дуги в целом невелика и заметно колеблется (0,00023 - для Южной Камчатки, 0,00007 - для поперечной зоны Броутона и 0,00041 -для Южных Курил). Размах колебаний величины 87Sr/ 86Sr в лавах фронтальной зоны заметно выше, чем в лавах тыловой зоны.

В то же время пределах Курильской островной дуги существует статистически значимая поперечная Sr-изотопная зональность, нарушающаяся лишь в центре дуги, в месте "излома" ее в районе пролива Буссоль. Вдоль дуги минимальные значения 87Sr/ 86Sr наблюдаются в центре дуги (зона Броутона), а к северному и южному окончаниям ее они постепенно возрастают, причем максимальные значения по каждой зоне достигаются на участке северо-восточного Хоккайдо.

Существует различие в 87Sr/ 86Sr их для участков фронтальной зоны и относительная однородность показателя для тыловой. Однако участки Южной Камчатки и северо-восточного Хоккайдо значимо отличаются повышенными величинами Sr-изотопных отношений.

Принципиально та же зональность получается, если рассматривать только минимальные значения Sr-изотопных отношений, т.к. минимальные значения ближе всего соответствуют первичным изотопным меткам субстрата, а любое загрязнение ведет к увеличению Sr-изотопных отношений.

Концентрация Rb, Sr, а также величина отношения Rb/Sr в лавах тыловой зоны дуги выше, чем в лавах фронтальной. Такое соотношение между 87Sr/ 86Sr и Rb/Sr указывает на геологически недавнее обогащение Rb источника магматических расплавов в тыловой зоне дуги.

Наличие аналогичной поперечной Sr-изотопной зональности при сходной геохимической зональности в отношении Rb, Sr и величины Rb/Sr показано для северо-восточной части Японской дуги, Идзу-Огасовара, Фиджи, Восточных Алеут, Сулавеси (Индонезия) и Новой Зеландии. Так, в северо-восточной Японии величина отношения 87Sr/ 86Sr изменяется от 7038-0,7045 во фронтальной части дуги до 0,70311-0,70313 в глубоком тылу. В пределах восточной части Алеут (включая п-ов Аляска) вариации величины Sr-изотопного отношения во фронтальной части дуги лежат в пределах 0,70291-0,70369, а в тыловой (острова Амак и Богослов) -0,70279-0,70316.

Случаи проявления продольной Sr-изотопной зональности встречаются реже. Так от п-ова Аляска к центральным Алеутам наблюдается постепенное уменьшение минимальных значений величин отношений 87Sr/ 86Sr: 0,70305 - п-ов Аляска; 0,70291 - Восточные Алеуты; 0,70284 - Центральные Алеуты, а затем в западных Алеутах снова повышение - 0,70301 при неизменном среднем изотопном отношений. При этом считается, что кора в районе п-ова Аляска и о-ва Унимак континентальная, на восточных Алеутах - промежуточная, а в районе Центральных и Западных Алеут – океаническая.

Анализ соотношения значений 8 7Sr/8 6Sr для отдельных вулканов Курил и соответствующих глубин до сейсмофокальной зоны показал наличие отрицательной линейной корреляции, но значения коэффициента корреляции для разных участков дуги неодинаковы, а для поперечной зоны Броутона корреляция отсутствует (здесь к тому же отсутствует различие между средними значениями Sr-изотопных отношений в лавах фронтальной и тыловой зон, среднее 87Sr/ 86Sr = 0,70298 близко к среднему для лав тыловой зоны Курил - 0,70302).

Заметно различие характера вариаций величины Sr-изотопных отношений для вулканов с малыми и большими значениями глубин до сейсмофокальной зоны. При малых значениях II5-I50 км величины Sr-изотопных отношений 0,7029-0,7041, тогда как при увеличении до 180 км и более размах вариаций уменьшается и значения отношений 8 7Sr/8 6Sr асимптотически приближаются к постоянной величине 0,70280-0,70310, что указывает на гетерогенность магм и наличие их двух источников.


О-ИЗОТОПНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ
На изотопный состав кислорода исследовались породы вулканов Алаид, Эбеко, Прево, Заварицкого, Мильна, Менделеева. Значительная часть образцов попадает по 18О в нормальный для глубинных неизмененных пород интервал, но многие образцы тем не менее обнаруживают более высокие значения 18О.

Часть точек, отвечающих составу пород вулканов Тятя, Заварицкого и Мильна группируются вблизи линии, характеризующей фракционирование изотопов кислорода в процессе магматической дифференциации при более высокой температуре. Если вещество коры и участвовало в их образовании, то изотопный состав его кислорода был уравновешен с кислородом мантийного происхождения через высокотемпературные растворы морского или континентального происхождения.

Другая группа точек (вулканы: Алаид, Эбеко, Прево, Заварицкого, Мильна, Тятя и Менделеева) располагается выше линии изотопного равновесия .Эти вулканиты не могли образоваться в ходе магматической дифференциации с фракционированием изотопов кислорода. Для обеспечения значений 18О предполагается участие в магматическом процессе осадочного компонента или относительно низкотемпературных гидротермально-измененных пород типа пропилитов.

Сравнение значений 18О для лав тыловой и фронтальной зон не выявляет их различия. Одновременно существенных отличий не устанавливается и с андезитами Японской островной дуги, где также отсутствует зональность по изотопному составу кислорода. Согласно точке зрения В.И.Виноградова, это свидетельствует о контаминации магматических расплавов курильских вулканов коровым веществом.


Ве-ИЗОТОПНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ
В продуктах исторически датированных извержений девяти вулканов Курил выполнены определения количества изотопа Be. Такие же данные получены для восьми вулканов Камчатки.

Be, короткоживущий космогенный изотоп (период полураспада 1,5 млн лет), может рассматриваться как геохимический трассер, фиксирующий участие океанических осадков в процессах магмообразования в островодужных системах. 1 0Ве накапливается в пелагических осадках, где концентрация его на 3 порядка превышает концентрацию в базальтах срединно-океанических хребтов и океанических островов. Соответственно в лавах островных дуг в случае участия в магмагенезисе расплавов пелагических осадков должно наблюдаться повышенное содержание 1 0Ве по сравнению с лавами вулканов, не связанных с зонами субдукции.

В образцах курильских лав Be присутствует в количестве (2,2-7,9)*10 ат/г, тогда как в лавах камчатских вулканов его содержание значительно (0-3,7)*10 ат/г, причем лишь для двух вулканов - Опала и Крашенинникова - количество 1 0Ве превышает 1,2*10 ат/г. Заметим, что курильский сегментКурило-Камчатской островодужной системы не заканчивается на широте Северных Курил, а продолжается на территорию Камчатского полуострова, захватывая южную его часть вплоть до Начикинской складчато-глыбовой поперечной зоны. Поэтому "высокая" цифра вулкана Опал относится к курильскому сегменту Курило-Камчатской островодужной ситемы.

На северном и южном флангах курильского сегмента, там, где островная дуга переходит на более консолидированные структуры, наблюдается тенденция к уменьшению содержаний 10Ве, что позволяет говорить о продольной зональности. Здесь же увеличение 8 7Sr/8 6Sr.Вместе с тем в области сочленения Курил с дугой Хонсю содержание Be во фронтальной части дуги резко возрастает. На юго-востоке о. Хоккайдо наблюдается последовательное уменьшение концентрации Be от фронта к тылу : 13,5*10 ат/г для вулкана Эсан, 4,4*10 – для вулкана Камагатаки и 1,5*10 ат/г для вулкана Осима-Осима, т.е. имеет место отчетливая поперечная зональность. Дальше на юг содержание Be опять уменьшается и на о. Хонсю для вулканов Фунагата и Фудзи составляет менее 1*10 ат/г, т.е. лежит в тех же пределах, что для большинства вулканов Камчатки.

Подобный характер распределения Be обусловлен масштабными явлениями, на которые наложены локальные процессы. Наличие двух противонаправленных и длительно существующих океанских течений с юга и севера сходящихся у о. Хоккайдо могло привести к скоростному накоплению осадочного материала, обогащенного 10Ве, субдуцирование которого вызвало появление данного тренда.

Региональная специфика основных геодинамических параметров субдукции на разных участках Курило-Камчатской системы: угол наклона и скорости конвергенции литосферных плит, наличие продольных и поперечных тектонических нарушений в районе глубоководного желоба, вещественный состав и мощность осадков, покрывающих Тихоокеанскую плиту также играют свою роль.

Повышено содержание 1 0Ве =6,7*10 ат/г в лавах вулкана Чиринкотан в тыловой зоне Серных Курил. Лавы вулканов Креницына и Сарычева содержат лишь (2,6-3,4)10 ат./г 1 0Ве. Вулкан Чиринкотан расположен в 250 км от глубоководного желоба, а расстояние до сейсмофокальной зоны под ним составляет около 190 км, так что осадками объяснить эту аномалию трудно. Наличие обогащенных 10Ве участков в тылу курильского сегмента может произойти за счет существования грабенов или "карманов" на поверхности субдуцируемой плиты в области ее перегиба, где мощность молодых осадков, а следовательно, и суммарное количество 10Be резко повышены. Подобные явления имеются в районе Японского и Центрально-Американского желобов и обусловлены тектоническими причинами.

В пользу подобной интерпретации свидетельствуют особенности распределения 10Be в лавах вулканов северо-восточного Хонсю, где на фоне низких концентраций во фронтальной зоне, к северу и югу от юго-западной оконечности о. Хоккайдо, в пределах сравнительно узкой поперечной зоны, наблюдаются более высокие содержания 10Be, последовательно убывающие от фронта к тылу.

Курильский сегмент сопоставим с такими дугами, как Алеутская и Центрально-Американские Кордильеры (Гватемала, Никарагуа), для которых установлено участие осадочного компонента в процессе магмогенезиса. В то же время количество 1 0Ве в камчатских лавах соизмеримо с количеством 10Ве в породах Зондской и Марианской островных дуг, дуги Хальмахера, а также абиссальных толеитах и молодых платобазальтах (траппах), не превышающим 1,0*10 ат./г.

Причины подобного характера распределения Be связаны с большой степенью распада Be в осадках камчатского сегменте дуги, вызываемая более длительной их транспортировкой до уровней магмогенерации (Камчатка-2.4Му; Курилы -2,1 Му).Камчатские лавы за счет этого должны быть на 15% беднее 10Be, чем курильские. Разубоживание в районе Камчатки молодых, обогащенных 10Be пелагических осадков верхнюй части субдуцируемой осадочной колонны терригенным материалом с низким содержанием 1 0Ве (скв.192), преимущественная аккреция верхнего слоя осадочной колонны вблизи Камчатки и его субдукция в районе Курил, контаминация камчатских лав веществом древней континентальной коры, преимущественное вхождение осадочного компонента в источник курильских магм по сравнению с камчатским источником – все это различает Курилы и Камчатку.