В последнее время внимание международного сообщества ученых-геологов привлечено к вопросам геологического строения недр Арктических морей. Как оказалось недавно, этот регион богат не только огромными ресурсами углеводородов, но и таит в своих недрах ключ к пониманию фундаментальных аспектов формирования Земли как планеты.
Ученые, проводившие геолого-геохимические исследования суровых арктических территорий в районах острова Баффинова Земля (Канада) и западной оконечности мегаострова Гренландия (Дания) недавно выявили удивительные вещи. Они обнаружили в образцах пикритов окаменевшей кайнозойской лавы изотопно-геохимические «метки», указывающие на генетическую связь этих пород с сохранившимся резервуаром древнейшей примитивной мантии Земли, который был изолирован, начиная с самых ранних этапов планетарной аккреции. Такая связь, на первый взгляд, представлялась совершенно невероятной. Ведь за миллиарды лет практически весь первоначальный материал, из которого была создана наша планета, должен был исчезнуть — переплавиться и перемешаться с более поздними образованиями.
Статья о результатах этой интересной работы («Доказательства «выживания» старейшего мантийного резервуара Земли») опубликована в свежем номере журнала Nature (466, p.853-856, 2010), а комментарии к ней - в заметке, размещенной в этом же выпуске журнала (Nature 466, p.822-823, 2010), а также в колонке ScienceNews на вебсайте Science Daily
Скалы Баффиновой Земли - источник образцов окаменевшей лавы (пикрита), исследованных группой Мэтью Джексона
Баффинова Земля глазами художника. Рокуэлл Кент, 30-е годы XX века (Это удивительная территория отвесных скал и неземных пейзажей)
Исследования, о которых идет речь, были выполнены международной группой ученых трех стран (Америка, Канада, Великобритания) под руководством профессора Бостонского университета Мэтью Джексона (Matthew Jackson). Основываясь на данных комплексного изучения Pb- и Nd-, Hf – изотопных систем и распределения ряда элементов – примесей образцов окаменевших лав, авторы работы приходят к выводу, что объекты их исследования связаны с наиболее древним (4.45- 4.55 млрд лет) из всех возможных мантийных резервуаров Земли. Этот вывод находится в согласии с результатами ранее выполненных исследований, которые установили, что для тех же самых лав наблюдается необычно высокое (≈70) отношение изотопов гелия 3He/4He, что позволяло априори предполагать связь объектов исследования с каким-то относительно недегазированным и недифференцированным материалом, сохраненным в мантии Земли.
По мнению М. Джексона с коллегами, выявленный в их работе мантийный реликт, сформировавшийся всего лишь через несколько десятков млн. лет после образования самой Земли, является материнским по отношению ко всем другим мантийным резервуарам, обеспечивающим современный вулканизм. Интересно при этом, что сами-то замечательные лавы Баффиновой Земли и З. Гренландии излились на поверхность Земли сравнительно недавно, всего лишь около 62 миллионов лет назад, во время мощных тектонических процессов (разделение Северной Америки, Гренландии и Европы и формирование северной части Атлантического океана).
Важно подчеркнуть, что, согласно общепринятой к настоящему времени точке зрения, химический состав мантии непосредственно перед образованием континентальной коры был близок к составу для каменных метеоритов (хондритов). Этот состав в дальнейшем, в процессе образования континентов претерпел изменения, в результате плавления мантии были потеряны т.н. «несовместимые элементы» и возникла деплетированная мантия.
«Наши результаты порождают сомнение в этом допущении», – заявил в беседе с сотрудниками ScienceDaily один из авторов пионерской работы - Р.В. Карлсон (R.W. Carlson). По мнению авторского коллектива еще до образования континентов мантия в отношении несовместимых элементов уже была деплетирована (по сравнению с хондритами). Возможно, это произошло вследствие более ранних процессов дифференциации, или из-за того что Земля первоначально была образована из «строительных блоков», деплетированных по отношению к этим элементам. Из этих двух возможностей Р. Карлсон предпочитает модель ранней дифференциации, которая включает в себя процесс образования глобального океана магмы на юной Земле. Из этого океана образовалась земная протокора. «Она произошла в результате затвердевания верхнего слоя этого океана, но была неспособна удержаться на его поверхности из-за высокого содержания железа, и утонула в глубинах мантии, неся в себе несовместимые элементы», - подчеркнул он. Часть этого материала может оставаться в жидком состоянии, несмотря на высокие давления, и Р. Карлсон отмечает, что некоторые сейсмические исследования глубоких уровней мантии обнаруживают мантийные площади, которые характеризуются жидким состоянием и химическим составом, отличным от такового остаточной мантии. Сюда относятся области под южной частью Тихого океана и под Африкой. «Можно надеяться, что они могут явиться композиционным дополнением к деплетированной примитивной мантии, с проявлением которой мы столкнулись при исследовании лав острова Баффинова Земля и Западной Гренландии», - отметил Р. Карлсон.
В заключение следует заметить, что полученные в работе М. Джексона с коллегами выводы, базирующиеся на их собственных обширных изотопно-геохимических исследованиях двух арктических объектов и сочетающиеся с глубоким анализом имеющихся литературных источников (по базальтам океанических оcтpовов и cpединно-океаничеcкиx xpебтов; лавам Гаваев, Исландии, Самоа и Галапагосских островов), представляются достаточно убедительными. Ясно, что теперь возможность сохранения примитивных мантийных реликтов необходимо учитывать в будущем при комплексном рассмотрении моделей структуры и этапов развития Земли.
П.Л. Смолянский, Отдел перспективного развития ИВЦ ВСЕГЕИ
Автор этой новостной заметки благодарен профессору Мэтью Джексону (Бостонский университет, США), любезно поделившемуся материалами исследования уникальных арктических объектов.
