ИСТИНА

Согласно обобщенным данным (напр. Staudigel et al., 1996) измененные океанические базальты, погружающиеся в верхнюю мантию в зонах субдукции, содержат более 2.5 мас. % H2O и примерно такое же количество CO2. Помимо этого, с океаническими базальтами в верхнюю мантию попадает значительное количество хлоридов (напр. Phillipot et al., 1998). Поэтому не удивительно, что базальтовый материал океанической коры в зонах субдукции при метаморфизме и частичном плавлении становится мощнейшим источником сложных водно-углекисло-солевых флюидов и расплавов, преобразующих верхнюю мантию. С целью изучения процессов переноса компонентов между материалом океанической коры и веществом мантии были проведены эксперименты по взаимодействию модельного эклогита, содержащего H2O, карбонаты и хлориды, с модельным пиролитом при 4 ГПа/1000ОС, 3 ГПа/900ОС и 2 ГПа/750ОС. Эти Р-Т условия находятся в пределах оценок температур на различных уровнях глубинности поверхностей погружающихся плит в горячих зонах субдукции, таких как вдоль западного побережья Северной и Южной Америки (Syracuse et al., 2010). В качестве силикатной составляющей «эклогитовой» части стартового вещества была использована синтетическая смесь Volga (Kiseeva, 2012), представляющая собой состав измененного базальта СОХ (в мас. %): SiO2 – 46.91, TiO2 – 1.59; Al2O3 – 17.68; FeO – 10.52; MnO – 0.17; MgO – 8.49; CaO – 10.27; Na2O – 3.73; K2O – 0.47. К ней были добавлено 20 мас. % карбонатно-хлоридной смеси, состоящей из 50 мас. % CaCO3, 25 мас. % KCl и 25 мас. % NaCl, щевелевая кислота в расчете 3 мас. % H2O в системе и смесь (TR3) компонентов 32 редких элементов. Перидотитовая часть стартового вещества представляла собой также синтетическую смесь MPY90 (Falloon, Green, 1987) пиролитового состава (в мас. %): SiO2 – 44.74, TiO2 – 0.17, Al2O3 – 4.37, Cr2O3 – 0.45, FeO – 7.55, MnO – 0.11, MgO – 38.57, CaO – 3.38, Na2O – 0.4, NiO – 0.26. Эксперименты проводились в Ag-Pd капсулах диаметром 2.4 мм и длиной 6.6-6.9 мм. Примерно половина объема капсул заполнялась гомогенной эклогит-карбонат-хлоридной смесью, поверх которой помещалась пиридотитовая составляющая. Эксперименты проводились на ½-дюймовом аппарате «цилиндр-поршень» в Исследовательской Школе по Наукам о Земле Австралийского Национального Университета (Канберра, Австралия) с использованием ячеек из NaCl, оснащенных графитовыми нагревателями и вставками из керамики MgO в качестве передающей давление среды. Длительность экспериментов составляла 120 часов для опытов при 4 ГПа/1000ОС и 3 ГПа/900ОС и 192 часа для опыта при 2 ГПа/750ОС. В результате перераспределения компонентов между эклогитовой и перидотитовой частями в экспериментальной ампуле возникла достаточно четкая зональность. Судя по характеру этой зональности, она отражает в большей мере воздействие летучих компонентов, изначально содержащихся в эклогите, на перидотит, чем воздействие перидотита, изначально лишенного летучих, на эклогитовую часть. Тем не менее, воздействие перидотита на эклогитовую часть довольно активно прослеживается в опыте при 4 ГПа и 1000ОС. Прежде всего оно выражается в значительном росте содержания MgO в эклогитовой части (до 15-20 мас. % в отличие от 6.8 мас. % в стартовой эклогит-карбонат-хлоридной смеси). При 3 ГПа и 900ОС концентрация MgO в эклогитовой части составляет порядка 15 мас. %, а при 2 ГПа и 750ОС она неотличима от стартового содержания в эклогит-карбонат-хлоридной смеси. Наиболее интересные закономерности перераспределения наблюдаются для K2O, Na2O и Cl. Так в опытах при 4 ГПа/1000ОС и 3 ГПа/900ОС наблюдается резкое повышение содержания этих компонентов в контактовой зоне между эклогитовой и перидотитовой частями. При этом внутренние зоны эклогитовой части обедняются этими компонентами примерно на столько, насколько ими обогащены приконтактовые зоны. Наряду с обогащением щелочами и хлором, контактовые зоны несколько обогащены CaO, но обеднены SiO2. Эти взаимоотношения указывают на активную миграцию водно-хлоридно-карбонатных расплавов (флюидов) в контактовую зону. Во внутренних же зонах эклогитовой части также присутствует расплав, содержащий до 38-45 мас. % SiO2, 9-12 мас. % CaO, 2.5-4 мас. % Na2O и 11-18 мас. % MgO, но обедненный K2O и хлором. Он сосуществует с гранатом и рутилом. Перидотитовая часть также обогащается K2O, Na2O и Cl. Концентрация K2O 2-4 мас. % здесь приводит к кристаллизации флогопита (до 0.55 мас. % Cl при 4 ГПа/1000ОС и до 0.7 мас. % при 3 ГПа/900ОС). При 4 ГПа и 1000ОС в перидотитовой части преобладает ортопироксен, присутствуют клинопироксен, гранат и магнезит, но отсутствует оливин. Такая ассоциация формируется за счет реакций Ol + CO2 = Opx + Ms и 3/2Ol + 1/2Grt + 1/2K2O + H2O + 3/2CO2 = Phl + 3/2Ms в результате проникновения водно-карбонатно-хлоридного расплава из эклогитовой части. Отчетливых признаков присутствия расплава в перидотитовой части в опыте при 4 ГПа и 1000ОС не выявлено. Однако богатый MgO (34-35 мас. %) расплав, содержащий до 44-50 мас. % SiO2 и 2-2.5 CaO, появляется в перидотитовой части в опыте при 3 ГПа и 900ОС. Здесь он сосуществует с флогопитом и ортопироксеном. Совершенно иное распределение компонентов между эклогитовой и перидотитовой частями наблюдается в эксперименте при 2 ГПа и 750ОС. Главные компоненты (SiO2, Al2O3, MgO, CaO, FeO, Na2O) ступенчато распределены по профилям в соответствии с изначальными концентрациями этих компонентов в эклогитовой и перидотитовой частях. В удаленных от контакта зонах как эклогитовой, так и перидотитовой частей содержания этих компонентов практически аналогичны стартовым. Этого нельзя сказать о K2O и Cl, которые достаточно равномерно распределены по всему профилю. Ни в перидотитовой, ни в эклогитовой частях признаки частичного плавления не выявлены. Если плавление и происходило при указанных Р-Т параметрах, то оно было незначительным. При 2 ГПа/750ОС в эклогитовой части образуется сложная фазовая ассоциация, включающая альбитовый плагиоклаз, Ca-Na амфибол, пироксен, рутил, Ca-Mg-карбонат. В приконтактовой зоне перидотитовой части выявлены ортопироксен, оливин, магнезит, флогопит, а также магнезиальная фаза (35 мас. % MgO) с низким содержанием SiO2 (близкая по своей стехиометрии к норбергиту). Опять же оливин отсутствует в перидотитовой части (по крайней мере, в ее приконтактовой зоне) Судя по характеру распределения компонентов и фазовым ассоциациям, массоперенос в опыте при 2 ГПа и 750ОС осуществлялся водным флюидом, обогащенным преимущественно KCl. Итак, эксперименты продемонстрировали различные способы массопереноса между эклогитом, обогащенным карбонатными и хлоридными компонентами и водой, и перидотитом в зависимости от Р-Т условий. При 3 ГПа/900ОС и 4 ГПа/1000ОС стабилен хлоридно-карбонатно-силикатный расплав, который скапливается в приконтактовой зоне, «очищая» эклогит от щелочей, воды и хлора. Воздействие этого расплава на перидотит приводит к его флогопитизации и карбонатизации. Перидотит обедняется оливином и обогащается ортопироксеном и магнезитом. Подобные флогопит содержащие ортопироксениты и вебстериты, содержащие карбонатные фазы, известны среди перидотитов «горячих» зон субдукции (напр. Ertan, Leeman, 1996). При 3 ГПа/900ОС и 4 ГПа/1000ОС K и Na перераспределяются совместно друг с другом и Cl в составе хлоридно-карбонатной жидкости. Поведение Na при 2 ГПа и 750ОС объясняется фиксацией этого компонента кристаллическими фазами, образующимися в эклогитовой части. Это ведет к заметному разделению Na от K и Cl, которые концентрируются в водно-солевом флюиде. Этот флюид обуславливает более равномерное распределение K, Cl и воды. Однако, обуславливая «натровый характер» изменений в эклогитовой части, исходная хлоридно-карбонатная составляющая провоцирует «калиевый метасоматоз» в перидотитовой части. Явления калиевого метасоматоза в натровых голубых сланцах известны в зонах «горячей» субдукции западного побережья Америки (напр. Bebout, Barton, 1993). В зависимости от сочетаний Р-Т условий в контактах эклогитовых блоков содержащих карбонатные и хлоридные компоненты и воду, с перидотитом могут возникать и существовать одновременно достаточно контрастные по составу расплавы. Так в опыте при 3 и 4 ГПа в эклогитовой части образуются расплавы, близкие по своим характеристикам к нефелинитам и меланефелинитам, тогда как в перидотитовой части в опыте при 3 ГПа/900ОС сформировались расплавы, состав которых напоминает пикриты. Все эти расплавы бедны калием и хлором, которые составляют солевую нагрузку водно-углекислых флюидов.