Исландия сходила под себя

Исландские базальты несут следы рециркуляции в мантии

История камней, разбросанных под ногами исландцев, может быть гораздо интересней, чем кажется на первый взгляд. Вещество некоторых из них не один раз выходило на поверхность, вернулось обратно в мантию и снова вышло на свет. Александр Соболев и его коллеги доказали это, исследуя исландские базальты.

Развитие фундаментальной науки сегодня не мыслимо в отрыве от технологического прогресса. И если фундаментальные исследования космического пространства, на которые NASA ежегодно тратит огромные средства, окупаются любопытством масс, с интересом разглядывающих фотографии поверхности далеких планет и галактик, то, например, неизведанные процессы, протекающие в земных глубинах, мало волнуют обывателя, не видящего смысла в бурении грунта, если это не связано с добычей полезных ископаемых.

В связи с этим хочется отдать должное группе отечественных исследователей, опубликовавших в свежем номере журнала Science статью, посвященную рециркуляции вещества мантии. Согласно их результатам, мантийное вещество не только имеет шанс выйти на поверхность океанической земной коры при вулканических процессах. Оно также в состоянии вновь погрузиться в мантию в результате процесса субдукции и снова оказаться на поверхности океанической коры. Соавторами Александра Соболева по работе выступают сотрудники одного из институтов немецкого Общества имени Макса Планка.

Чем же интересна рециркуляция вещества мантии, которая происходит в зоне срединных океанических хребтов, сопровождающих глубинные рифтовые разломы океанической земной коры? Соболев и его коллеги вели геологические работы в Исландии, где изучали химический состав базальтов, сформировавшихся после застывания лавы, вышедшей на поверхность океанической коры.

По их мнению, эти образцы исландских базальтов несут на себе следы рециркуляции вещества, которая длилась от 1,1 до 1,8 миллиардов лет.

Это чуть меньше половины возраста Земли. Такие исследования помогают восстановить картину глубинных процессов, формирующих внешний облик Земли. Например, сейчас уже доподлинно известно, что движение материков, возникновение рифтовых разломов, исчезновение океанов и их формирование управляется именно конвекционными потоками мантии. Озеро Байкал, к дну которого в скором времени отправятся глубоководные обитаемые аппараты «Мир-1» и «Мир-2», по мнению многих ученых, сформировалось и развивается именно благодаря таким вот подземным потокам вещества.

Доказать рециркуляцию мантийного вещества, в течение миллиардов лет путешествующего из недр Земли на поверхность и обратно, можно с помощью анализа соотношения изотопов тяжелых элементов, например рения и осмия. Базальтовые образцы океанической коры имеют гораздо более высокое соотношение рения к осмию, по сравнению с минералом перидотитом из которого базальты и получаются после частичного расплавления. При этом рений переходит в расплав и в итоге остается в базальтах, в то время как осмий остается в твердом остатке мантийного вещества. Медленный распад ¹⁸⁷Re в стабильный ¹⁸⁷Os приводит к увеличению со временем соотношения ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os, которое и может служить индикатором рециркуляции вещества мантии. Однако такая гипотеза нуждается в подтверждении с помощью независимых индикаторов.

Соболеву удалось доказать, что соотношения марганца и никеля в базальтах может служить независимым подобным индикатором.

Установить это удалось, сопоставив два различных соотношения в базальтах. Метод сопоставления соотношения изотопов осмия с соотношением марганца к никелю основан на фундаментальном различии в химическом составе, минералогии и плавлении между переработанным веществом океанической коры и мантией. В результате новые базальты, которые формируются из нового мантийного вещества и частично старого, уже побывавшего на поверхности океанической коры, характеризуются избытком магния и недостатком марганца по сравнению с базальтами, сформированными единожды.

Работа Александра Соболева, вероятно, не только позволит лучше узнать геологическое прошлое исландских базальтов, но и послужит толчком для дальнейшего развития представлений о тектонических процессах Земли.