 | ХИМИЧЕСКИЕ ПОТОКИ В ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЕ |
МЕТАМОРФИЗМ ПОРОД ОКЕАНИЧЕСКОГО ДНА (Sarmiento Ophiolite, Чили)
Офиолиты Sarmiento (Saunders и др., 1979) представляют собой одну из мафических линз экстенсионального бассейна задужной области (back-arc), который представляют мафический этаж пространственного бассейна обратной дуги, был закрыт и поднят в среднем мелу в южной Патагонии, в Андах. Превосходный вертикальный разрез позволяет выделить распределение метаморфических зон гидротермального метаморфизма (Stern & Elthon, 1982?).
Литологические последовательность здесь следующие:
2х-километровые шаровые лавы (pillow lava)
300 м даек (sheeted dykе)
1 км габбро с плагиогранитами
Четыре главных минерала равновесия метаморфической фации следующие:
(1) Цеолитовая фация. Цеолиты, обсидиан (palagonitized glass) ± смектиты (smectites) ± кальцит ± кварц ± пирит ± сфен ± альбит.
(2) Фация зеленых сланцев. Хлорит, эпидот, натриевый плагиоклаз, сфен, ± кварц ± кальцит ± биотит ± пирит.
(3) Нижняя актинолитовая фация. Низко-содержащие алюминий (2-5% Al2O3) волокнистые зеленые амфиболы, кальциевые плагиоклазы, сфен ± биотит ± кальцит.
(4) Верхняя актинолитовая фация. Высоко-содержащие алюминий (5-8 % Al2O3) коричнево-зеленые амфиболы, Ca-plag. (>An50), титаномагнетит, ± ильменит ± биотит.
Эти слои устроены вертикально в комплексе, с возрастанием степени метаморфизма вниз по разрезу. Однако интенсивность метаморфизма также изменяется и является максимальной в пределах слоя даек (sheeted dykе). Кроме того, более низко-температурные фации могут быть добавлены на более высоких этажах метаморфизма.
Таким образом:
(1) Интенсивность метаморфизма (перекристаллизация) наибольшая в слое даек sheeted dyke. Вертикальные края даек разрешают свободный проход циркулирующих в обратном направлении (восходящих) жидкостей, а более высокие температуры ускоряют химические реакции. Высокий процент водосодержащих пород в этой зоне подразумевает, что породы выщелочены. Любые химические элементы, не затребованные вновь сформированными роговой обманкой и хлоритом, будут вынесены в верхние слои восходящей жидкостью. Это означает, что элементы типа Rb, U, Th, K, Sr, Ba, Zn, Cu, Pb будут удалены из глубоких слоев даек. Часть группы будет адсорбирована цеолитами и глинами в верхней коричневокаменной части секции, другие элементы растворятся в морской воде, а халькофильные (chalcophile) элементы сформируют ценные насыпи сульфидов на морском дне в зоне черных курильщиков (black smokers). В целом, гидротермальная деятельность способствует вертикальному химическому перераспределению в пределах океанической коры. Мобильные элементы перемещаются к вершине океанической коры и они опять же самые мобильные элементы в условиях субдукции и производства магм островных дуг.
(2) По мере падения теплового градиента в ходе удаления от оси срединно-океанического хребта, восходящий флюид допускает формирование более низкотемпературного ассамбляжа на фоне уже имеющихся метаморфических пород, но этот вторичный метаморфизм имеет более низкую интенсивность, потому что каналы циркуляции блокированы вторичными минералами. Осадочный слой, прогрессивно нарастающий на вершине базальтов, в конечном счете блокирует обращение.
ХИМИЧЕСКИЕ ПОТОКИ В ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЕ
Глубокоодным бурением ''MEGALEG'' было пробурено две скважины до глубины в 200 м в меловых породах возраста 110 Му в западной Атлантике около Бермуд. Скважины были только в 450 м друг от друга, но одна скважина 417A пробурила один из наиболее измененных базальтов, найденных на океаническом дне, тогда как базальты в скважине 417D были относительно свежими. Все изменения происходили в фации ''Brownstone''. Базальты в обоих скважинах петрографически подобны. Различия только отражают относительный доступ для циркулирования флюида.
В наиболее водопроницаемых кластических породох скважины 417A оказалось значительно выше содержание K2O на фоне очень пониженного CaO.
Интерпретация: скважина 417A находится ''высоко'' и не была покрыта осадками достаточно долго, таким образом была долгосрочная циркуляция теплых (30°C) вод. Скважина 417D, напротив, расположена в топографической депрессии, которая быстро заполнилась осадком, который блокировал водообращение.
Сначала предложили, что океаническая кора может быть местом ''слива'' для K2O и Rb, транспортированных из морской воды в ходе гидротермального обращения внутри пород. Но сколько их можно получить в более измененных породах типа sheeted dyke?
Чтобы видеть другие химические изменения в океанической коре, лучше посмотреть на существующие типы офиолитов комплекса Troodos на Кипре, сформированных 91 Ма, но гидротермальная деятельность здесь продолжалась еще 40 Му после формирования коры (Gallahan & Duncan, 1994). Изучая изотопный состав стронция, кислорода и водорода, Spooner и др. ,1977, показали, что измененная океаническая кора комплекса(теперь с высоким содержанием 87Sr, 18O и 2H), была субдукцирована в зоне Бениоффа. Такая кора может изменить изотопический состав магм островной дуги. Гидроидные жидкости, прогнанные через субдукцирующую плиту, нагреваются по мере ее погружения, а зоны субдукции будут обогащены тяжелыми изотопами этих элементов. Так что не удивительно, что магмы островной дуги отличаются своими изотопическими отношениями от других, полученных из мантии изверженных пород.
Сульфидные месторождения на океанической коре
Залежи сульфидов найдены на Восточно-Тихоокеанской возвышенности East Pacific Rise. Они происходят в случае разгрузки гидротермальных систем типа "black smokers". ("черные курильщики"). На Кипрских рудных телах размером 500 м x 350 м x 50 м залежи состоят из пирита и халькопирита с дополнительным марказитом, сфалеритом и галенитом. Химические и изотопические данные показали, что сульфид главным образом сформирован в условиях океанического дна:
(a) Жидкие включения в рудный материал имеют состав морской воды.
(b) Рудный материал имеет 87Sr/86Sr = 0.7075 –средний по океаническому дну.
(c) Водородный изотопный состав то же самый, что и для морской воды.
Согласно вычислениям рудные тела сформировались 100 000 лет назад. Изучение жидкой фазы показали, что температура поднимающейся гидротермальной жидкости была 300 - 350°C. Флюид, содержащий серу, имел по сере изотопический состав, характерный для сульфата морской воды. Так что сульфидные руды океанической коры могут в значительной степени уменьшить содержание сульфата морской воды.
Зоны разгрузки и гидротермальной деятельности приурочены к разломам, давление, температура, pH-Eh являются управляющими факторами, диктующими условия, какие минералы будут устойчивыми и какие элементы выщелачиваются или оседают.
Большое количество сульфида в дополнение к хлориду и гидроксилу добавляются к океанической коре в результате гидротермальной деятельности. Большая концентрация потенциальных рудных металлов происходит уже в океанической коре. И это все попадает в зону субдукции.
В зоне субдукции обогащенные хлором и богатые сульфидом флюиды выпускаются в процессе обезвоживания. Этим можно объяснить залежи медных порфиров, обычно приуроченные к континентальным окраинам типа Андов. Spooner подчеркнул, что вода необходима как транспортная среда, хлорид - для создания металлических комплексов, а серы для создания твердой металлической фазы. Все это присутствует в океанической коре в момент субдукции.
Залежи металлов на океаническом дне
Сульфидные руды обычны в oфиолитах. Возможно ли определить их местоположение на океаническом дне? Много гидротермальных зон разгрузки был найдено в зоне срединно-океанических хребтов, главным образом в восточном Tихом океане, а потом в Атлантике с помощью погруженных в воду аппаратов. Это потенциальные рудные запасы, но индивидуальные залежи слишком малы и добывать их не выгодно по экономическим соображениям. Области разгрузки могут быть расположены как профиль или след в морской воде около основания океанического дна. Так что их легко найти, но трудно эксплуатировать.