РОЛЬ СТЕПЕНИ ПЛАВЛЕНИЯ-РОЛЬ ФЛЮИДОВ

РОЛЬ СТЕПЕНИ ПЛАВЛЕНИЯ

Начиная с Куно, многие исследователи объясняют разницы в степени обогащения литофильными редкими элементами лав фронтальной и тыловой зоны островных дуг используя представление о различной степени плавления однородного мантийного источника. Предполагаетcя,что лавы тыловых зон островных дуг, обогащенные литофильными редкими элементами,образуютcя при меньшей степени частичного плавления, чем лавы фронтальных зон дуг, обедненные этими элементами.

Однако лавы тыловых зон дуг Японии и Курил имеют более высокую магнезиальность и обогащены тугоплавкими элементами группы железа, хрома и никеля. Для обяснения этого феномена И.Куширо предположил, что образующиеся при большей степени частичного плавления мантийного источника толеитовые магмы фронтальных зон дуг до излияния на поверхность сильно дифференцируются, тогда как субщелочные магмы тыловых зон дуг быстро и без существенного фракционирования достигают поверхности. Основано это предположение на: большем объеме вулканитов фронтальной зоны, чем тыловой; большей плотностью первичных высокомагнезиальных толеитовых расплавов, чем первичных субщелочных расплавов; более высокой напряженности поля сжатия во фронтальной зоне, чем в тыловой. Вследствие двух последних причин скорость подъема расплавов во фронтальной зоне меньше, чем в тыловой, где они легко достигают поверхности, часто формируя моногенные вулканы. Одним из важнейших аргументов роли характера плавления И.Куширо считает также присутствие ультраосновных включений исключительно в тыловой зоне Японской островной дуги.

Однако по имеющимся имеющиеся петрографические и геохимические данные, результаты изотопных исследований свидетельствуют о различиях в величинах Sr-изотопных отношений во фронтальной и тыловой зонах Курил, причем эти различия не являются следствием малоглубинной коровой контаминации и связаны с гетерогенностью магматических источников. Далее, установлено, что моногенные базальтовые вулканы в тыловой зоне Курил чрезвычасто редки, но на северном (о-в Парамушир) и южном (о-в Кунашир) флангах курильского сегмента имеются целые лавовые плато, сформированные при одноактных трещинных вулканических извержениях. В-третьих, несмотря на существенную разницу концентраций в базальтах фронтальной и тыловой зон калия и литофильных редких элементов (Rb, Ba, Sr,Th, U, La, Cе), содержания глинозема, титана, иттербия и иттрия остаются одинаковыми. В-четвертых, хотя в лавах фронтальной зоны Курил, как и Японии, ультраосновные породы действительно отсутствуют, на Восточной Камчатке в лавах вулканов этой зоны - Авачинского, Козельского, Кроноцкого - встречаются многочисленные включения дунитов, гарцбургитов, верлитов, кортландитов. Кроме того, в лавы фронтальной зоны добавляются базитовые включения, повышающие глиноземистость пород. Наконец, по некоторым данным, основанным на подсчетах объемов вулканических пород, интенсивность вулканизма в тыловой зоне Курильской дуги значительно выше, чем во фронтальной.

Таким образом, вопрос о роли степени плавления вещества остается открытым.

ГЕТЕРОГЕННОСТЬ МАНТИИ
Незначительный вклад осадков и корового материала в формирование изотопных характеристик Nd и Sr и геохимических параметров четвертичных вулканитов Курил позволяет предполагать, что вещественная зональность может быть связана с гетерогенностью мантийного клина. Возникновение этой гетерогенности может быть обусловлено различной степенью переработки мантийного субстрата во фронтальной и тыловой частях дуги.

Гетерогенность может сформироваться при большей длительности вулканизма во фронтальной зоне, чем в тыловой, что базируется на радиологических датировках магматических пород Малой и Большой Курильской гряд и сравнении их геологической истории с геологической историей Алеутских островов. Если мантия под Курильской дугой и была первоначально гомогенной, то к настоящему времени ее вещественный состав во фронтальной зоне значительно изменен вследствие проработки расплавами и флюидами. В результате этогомогло произойти расщепление "островодужной" мантии на два резервуара – фронтальный и тыловой. Тыловой мантийный резервуар по составу будет отвечать необедненной крупными катионами литофильных элементов "островодужной" мантии и обладает изотопными характеристиками Nd=7.8, 87Sr/86Sr = 0,70300.

Другой вариант предполагает более значительную проработку фронтального мантийного резервуара флюидами, выделяющимися при дегидратации субдуцируемой океанической плиты. Последующее плавление таких проработанных участков мантии дает расплавы, неотличимые по значениям отношений 143Nd/144Ndи 87Sr/86Sr от магматических выплавок непосредственно из гидратированных МORB.


РОЛЬ ФЛЮИДОВ
Роль летучих в магмообразовании при погружении океанической плиты заключается в том, что происходит высвобождение гигроскопической вода, содержащейся в межзерновых прослойках осадков, а также в порах, трещинах магматических пород и в кристаллической решетке пород океанической коры и литосферы.

Основная масса флюидов выделяется при температуре до 105°С, т.е. на глубинах до 30-50 км и таким образом не связана с очагами магмообразования. Часть этой воды идет на метаморфизацию пород с образованием вторичных водосодержащих минералов - эпидотов, хлоритов, амфиболов и гидрослюд, т.е. остается в пределах поддвигаемой океанической плиты и может достичь фронтальной зоны сейсмофокальной плоскости.

Следующий уровень отделения летучих обусловлен дегидратацией водосодержащих минералов, в основном цеолитов и глинистых минералов. Цеолиты составляют основу безкарбонатного вещества медленно накапливающихся глубоководных осадков или являются продуктами низкотемпературных вторичных изменений вулканических пород. Дегидратация их при атмосферном давлении происходит в несколько этапов в интервале от 200 до 700°С, полная дегидратация – при до I000°C. Большинство глинистых минералов дегидратируются в этом же интервале температур. При давлении дегидратация попадает в другое температурное поле.

Широкий температурный интервал дегидратации цеолитов, смектитов, эпидотов и других водосодержащих минералов позволяет предположить, что часть их дегидратируется под вулканическим фронтом, поставляя летучие и снижая температуру плавления в пределах мантийного клина. Часть летучих идет на формирование водосодержащих минеральных фаз, устойчивых при более высоких (Р-Т)-условиях.

Исходя из реакций дегидратации в системе K2o-Na20-MgO-FeO-Al20 -Si02-H2О при погружении литосферной плиты и учитывая температурную модель С.Хонды и С.Уеды для курильской зоны субдукции, можно предположить, что оба уровня отделения летучих - на вулканическом фронте и в тылу островной дуги - обусловлены дегидратацией разных модификаций хлорита, а также гидрослюд и серпентина. Дополнительным источником воды на фронте может быть дегидратация амфиболов. Углекислый газ, водород и другие летучие компоненты высвобождаются при разложении карбонатов осадков и других минеральных фаз.

Существуют и другие механизмы отделения летучих. Во фронтальной зоне может происходить дегидратация амфибола на глубине 100км, а в тыловой - дегидратация флогопита из 190км глубины мантийного клина, а не из поддвигающейся плиты.

Исходя из схемы дегидратации количество флюидов на фронте дуги должно быть больше и состав их ближе к составу морской воды, чем в тыловой зоне.Это обстоятельствои большая степень переработки мантийного вещества фронтальной зоны обусловливают разницу в изотопном составе Sr и Nd в лавах обеих зон.

Судя по повышенным концентрациям Rb и более высоким отношениям Rb/Sr в лавах тыловой зоны, следовало бы ожидать положительную корреляцию отношения 87Sr/86Sr с глубиной до сейсмофокальной зоны. На деле - противоположная картина, так как обогащение магмогенерирующего субстрата Rb могло произойти сравнительно недавно.

Следует подчеркнуть идею существования двух зон генерации магм - фронтальной и тыловой, обусловленных двумя уровнями отделения летучих. На фронте дуги их больше, а состав их ближе к составу морской воды, чем в тыловой зоне.

При дегидратации пород субдуцируемой океанической плиты идет вынос с водой Cs, Rb-Ba, K-Sr, La-Sm, Тb, Y, Уb (порядок подвижности),причем Nd не выносится флюидом. Высока подвижность Be и возможен флюидный перенос изотопа 10Ве. Таким образом источники магм дуги обогащены Сs, Rb, Ва, К, меньше - Sr и La, и незначительно - Sm, Тb, Y и Уb и не обогащены Nb. Однако существование Nb- минимума в вулканитах усилено остаточными окисными Ti- фазами, единственным породообразующим минералом, концентрирующим этот элемент.

Относительная стабильность этих фаз наблюдаться в условиях повышенных давлений водных составляющих островодужных магм. Об этом свидетельствуют габброизированные с амфиболом и флогопитом включения перидотитов в лавах Камчатки и Курил, а также включения, в которых перидотиты сосуществуют с амфиболовым габбро и амфиболитами.

Геохимическая нагрузкаифлюидов определяется и длительностью их взаимодействия с веществом мантии, из которой флюиды экстрагируют некогерентные элементы, в первую очередь крупнокатионные литофилы. Длина пути, пройденного флюидами до области плавления в тыловой зоне больше и соответственно больше некогерентных элементов во флюиде, участвующем в плавлении, чем во фронтальной зоне. К тому же флюид тыловой зоны дольше взаимодействуют с веществом коры при более высоких Т и Р, что еще более увеличивает количество некогерентных элементов.

Несмотря на то, что флюидная модель объясняет вещественную зональность Курил, не совсем ясно, почему во фронтальной зоне, где флюидов в очагах магмообразования больше, в лавах и включениях наблюдаются ассоциации безводных темноцветных минералов, а в тыловой зоне - водосодержащие с амфиболом и биотитом. В соответствии с некоторыми представлениями это связано с тем, что родоначальные магмы образуются при повышенных давлениях воды, но осушаются в близповерхностных магматических очагах, что характерно для фронтальных зон. Возможно также, что отличие в минеральных ассоциациях разных зон объясняется различием не в объемах, а в качественном составе флюидной фазы.

Различия в составе вулканических пород фронтальной и тыловой зон островных дуг и бимодальный характер вулканических центров характерен не только для Курил, но и Японии и наличие двух мантийных резервуаров типично для дуг.