Метасоматоз океанической литосферы, эволюция внутриплитного вулканизма, особенности строения, состава и условия образования кобальтоносных железомарганцевых корок гайотов Говорова, Коцебу и Альба (Магеллановы горы, Тихий океан)

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 25-17-00128

НазваниеМетасоматоз океанической литосферы, эволюция внутриплитного вулканизма, особенности строения, состава и условия образования кобальтоносных железомарганцевых корок гайотов Говорова, Коцебу и Альба (Магеллановы горы, Тихий океан)

Руководитель Перетяжко Игорь Сергеевич, Доктор геолого-минералогических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геохимии им. А.П.Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №104 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-108 - Петрология магматических пород

Ключевые слова Магеллановы горы; Тихоокеанская плита; гайоты Говорова, Коцебу, Альба; метасоматоз океанической литосферы; вулканические и мантийные породы; плюм (горячие точки); геодинамические модели; меловой вулканизм; кайонозойский “petit-spot” вулканизм; кобальтоносные железомарганцевые корки (КМК); биостратиграфия известкового нанопланктона

Код ГРНТИ38.21.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Магеллановы Горы (МГ) являются модельным объектом изучения внутриплитного вулканизма на самом древнем, юрско-меловом, С-З сегменте Тихоокеанской плиты. Объектом комплексных детальных исследований будут образцы вулканических, мантийных пород и кобальтоносной железомарганцевой корки (КМК) из коллекции, отобранной участниками проекта на гайотах Говорова, Коцебу и Альба в рейсах НИС “Геленджик” АО “Южморгеология” 2016-2019. В рамках фундаментальной научной проблемы комплексного исследования геологии Тихоокеанской плиты, строения, состава и условий образования железомарганцевых руд в океанах будут получены следующие новые научно-значимые результаты по трем блокам (направлениям) работ. Блок I Петрология вулканических и мантийных пород: по эволюции внутриплитного вулканизма гайотов Говорова, Коцебу и Альба от мезозоя до кайнозоя на протяжении около 100 млн лет; процессам метасоматоза океанической литосферы, подстилающей гайоты, на основе изучения мантийных пород (ксенолитов перидотитов, фрагментов метасоматических мантийных жил); по 40Ar/39Ar датированию, изотопным отношениям радиогенных элементов (Sr, Nd, Pb) для основных разновидностей вулканических пород гайотов (~ 30 образцов). Блок II Строение, состав и условия формирования КМК: по минерально-фазовым особенностям, концентрациям главных и примесных элементов, изотопии Sr и Nd валовых проб разновозрастных слоев КМК в ~25 образцах; источникам вещества (гидрогенном, диагенетических, гидротермальных) для КМК и возможном влиянии кайнозойского вулканизма на их состав; изменениям среды и химического состава придонной воды в течение длительного периода формирования КМК на этапах их отложения и растворения; концентрациям и распределениям стратегических металлов, РЗЭ и редких элементов в минерально-фазовых компонентах КМК; распределениям по слоям КМК содержаний Ce, Nd, Ho, Y, V, Cd и других элементов, являющихся маркерами эндогенной гидротермальной активности; вулканогенно-кластическому материалу (фрагментам пород) в КМК, несущему генетическую информацию о стадийности вулканизма. Блок III Биостратиграфия известкового нанопланкотона: по датированию слоев КМК и возрастным интервалам совместного существования индекс-видов биозон известкового нанопланктона при формировании слоев КМК на основе биостратиграфической шкалы нанофоссилий Тихого океана; длительности основных периодов отложения и растворения КМК, связанных с вулканическими активизациями, которые происходили на гайотах Говорова, Коцебу и Альба в интервале до 60–65 млн лет. Научная новизна исследований следует из основных задач проекта и комплексного подхода к их решению с использованием традиционных и современных аналитических методов и оборудования на базе ЦКП ведущих институтов геологического профиля СО РАН (ИГХ, ИЗК, ИГМ) и ДВГИ ДВО РАН.

Ожидаемые результаты
Ожидаемые научно-значимые результаты комплексных исследований пород и КМК гайотов Говорова, Коцебу и Альба по трем блокам (направлениям) работ. Блок I 1. Будут получены данные по минерально-фазовому составу и геохимическим особенностям основных разновидностей вулканических пород гайотов, ксенолитам перидотитов и ксенокристам минералов из фрагментов метасоматических мантийных жил. 2. Будет получены 40Ar/39Ar датировки ~30 образцов вулканических пород, в разной степени измененных подводным выветриванием. 3. Будут определены изотопные отношения Sr, Nd, Pb для образцов основных разновидностей вулканических пород с установленным 40Ar/39Ar возрастом, что позволит реконструировать вероятные мантийные источники исходных для них базитовых расплавов, провести сравнение изотопно-геохимических характеристик вулканических пород гайотов и подводных гор на С-З сегменте ТП. 4. Будут определены свойства и фазовый состав расплавных и флюидных включений, захваченных минералами вулканических и мантийных пород, а также изучены ламели распада твердых растворов в мантийных минералах (амфиболе и пироксенах). Эти данные будут использованы для оценок P-T условий образования пород. 5. Будут определены концентрации примесных элементов в минералах мантийных пород (из ксенолитов амфибол-содержащего верлита, лерцолита и фрагментов метасоматических жил, см. примеры на Рис. 4,5) – амфиболе, пироксенах, оливине и шпинели. По этим данным будут восстановлены первичные валовые составы перидотитов и мантийных жил, в разной степени измененных подводным выветриванием. 6. Будет выполнено моделирование немодального частичного плавления вещества океанической литосферы (смеси перидотита и мантийных жил), обоснованы модели формирования расплавов OIB типа и дифференцированных расплавов, исходных для вулканических пород гайотов Говорова, Коцебу и Альба (базальта, трахибазальта, базанита, андезибазальта, трахита, фоно-тефрита). Блок II 7. Будет получена информация об источниках вещества (гидрогенном, диагенетических, гидротермальных) в ~25 образцах КМК и возможном влиянии кайнозойского вулканизма на их состав, а также по изменениям среды и химического состава придонной воды в течение длительного периода образования КМК на этапах их отложения и растворения. 8. Будут получены данные о концентрациях и распределениях стратегических металлов, РЗЭ и редких элементов в минерально-фазовых компонентах КМК. 9. Будут изучены по слоям КМК распределения концентраций Ce, Nd, Ho, Y, V, Cd и других элементов, являющихся маркерами эндогенной гидротермальной активности, а также вулканогенно-кластический материал (фрагменты пород), несущий генетическую информацию об этапах вулканизма. Блок III 10. Будут диагностированы в наиболее полных разрезах КМК, образцах пород и кернах скважин по КМК и породам индекс-виды биозон известкового нанопланктона и установлены возрастные интервалы их совместного существования на основе биостратиграфической шкалы нанофоссилий Тихого океана. 11. Будет обоснован по биостратиграфическим данным кайнозойский (миоценовый) перерыв в отложении рудного вещества по слоям КМК гайотов Говорова, Коцебу и Альба. 12. Будет уточнена по результатам биостратиграфического датирования слоев КМК сложного строения (см. пример на Рис. 8) модель “petit-spot” вулканизма, который, вероятно, активизировался в миоцене не только на гайоте Альба, но имел более широкое распространение на других гайотах МГ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Изучены фрагменты мантийных пород из базальтоидных пород гайотов Говорова и Коцебу: ксенолиты верлита, амфибол (паргасит)-шпинелевого верлита, Cpx-амфиболовых мантийных жил, ксенокристы хром-диопсида, шпинели и пикроильменита. Высокобарическая модель образования верлитов представляется нереалистичной, поскольку мощность океанической литосферы Тихоокеанской плиты в период формирования меловых вулканических построек гайотов Говорова и Коцебу в меловом периоде (100–120 млн. лет назад) не превышала 80–90 км, а паргасит по данным амфиболовой термобарометрии кристаллизовался в условиях шпинелевой фации перидотитов при давлении менее 2.5 ГПа. По альтернативной модели, на уровне LAB в результате просачивания через лерцолит силикатных расплавов и/или флюидов Opх был полностью замещен на Cpx, Sp и паргасит. Над областью “верлитизации” лерцолита в океанической литосфере под гайотами Говорова и Коцебу расположены Cpx-амфиболовые мантийные метасоматические жилы. Большой интерес представляют находки в базаните гайота Коцебу ксенолитов плагиоклаз-шпинелевого верлита и габбро, содержащих амфибол (Mg-гастингсит). Такие верлиты находятся на неглубоком уровне (20–25 км) океанической литосферы, что согласуется с наличием плагиоклаза в их минеральном составе. Ксенолиты габбро захватывались базальтоидной магмой на уровне океанической коры. Кристаллизация Mg-гастингсита в габбровом слое могла происходить как в глубинных зонах океанической коры, так и при амфиболизации габбро, вызванной воздействием флюидов. Находки амфиболизированных мантийных пород (верлитов, габбро), содержащих флогопит, и Cpx-амфиболовых мантийных жил однозначно указывают на метасоматические преобразования океанической литосферы и коры, подстилающей гайоты Говорова и Коцебу, вызванные воздействием на мантийные породы флюидосодержащих мафических расплавов и флюидов. Получены доказательства воздействия потоков углекислотного флюида на перидотиты океанической литосферы под гайотом Альба (обнаружены флюидные включения с CO2 разной плотности в Cpx, Opx и Ol из ксенолита лерцолита, захваченного базанитовой магмой), а также выбросов газообразной CO2 при извержениях базанитовых магм (по наличию в стекле туфа многочисленных пузырей, заполненных низкоплотной CO2). Методом плато определены 40Ar/39Ar верхнемеловые датировки от 82 до 103 млн. лет для 6 образцов базальтоидных пород гайота Говорова, измерены и скорректированы на 40Ar/39Ar возраст изотопные отношения Sr, Nd и Pb для 7 образцов базальтоидных пород гайотов Говорова и Альба. Выполнено обобщение результатов многочисленных работ российских и зарубежных исследователей по геохимии, минерально-фазовому составу, морфологии и хроностратиграфии обогащенных кобальтом Fe-Mn корок (КМК) Магеллановых гор, а также данных, полученных по 30 пробам слоев из 9 образцов КМК гайотов Говорова и Коцебу. Валовые химические составы КМК определяются массовыми соотношениями слагающих их слоев. Большие вариации состава по слоям КМК упорядочены методом главных компонент факторного анализа с вращением факторов. Все точки валовых и послойных составов КМК Магеллановых гор на классификационных диаграммах, используемых для типизации морских Fe-Mn отложений, находятся в поле гидрогенных образований. По гидрогенной модели слои КМК молодой генерации (II, III) формировались при отложении Fe и Mn оксигидроксидов из морской воды, а древние слои (R, I-1, I-2 и I-2b) имели гидрогенное происхождение, но их химический и минерально-фазовый составы были изменены на нескольких этапах фосфатизации осадков в Тихом океане. Для нормированных к PAAS сланцу распределений REE и Y гидрогенных КМК Магеллановых гор характерны положительная аномалия Ce и небольшой дефицит LREE относительно HREE. Большая неоднородность распределений содержаний примесных элементов по слоям КМК одного возраста объясняется особенностями гидродинамики подводных течений в зависимости от рельефа поверхности гайотов и положением Магеллановых гор относительно палеоклиматических зон Тихого океана. Многократные активизации вулканической деятельности в кайнозое на Тихоокеанской плите в районе Магеллановых гор также могли оказывать влияние на геохимические характеристики КМК. По индекс-видам известкового нанопланктона в кернах двух скважин, вскрывающих миоценовые породы гайота Альба, уточнены временные интервалы отложений молодой (от плейстоцена до современного периода, < 1.8 млн. лет) КМК из слоя III в сводном разрезе корок Магеллановых гор, базанитового туфа в позднем миоцене (> 7–13 млн. лет), прослоя туффита (< 5.6–7 млн. лет), а также древнего разреза корки и погребенных конкреций, сформированных до раннего миоцена – позднего олигоцена (> 18–24 млн. лет). В молодой КМК выявлены контрастно различные по составу и скоростям роста прослои – ранний существенно марганцевый, обогащенный Ni, Cu, Nb, и поздний более железистый, содержащий больше REE, Y, Be, Sc, V, Zn, Rb, Cs, Sr, Zr, Hf, Mo, Sb, Pb, Th и U (данные СЭМ ЭДС и LA-ICP-MS). Молодая КМК мощностью ~ 4 мм по оценкам Co-хронометрии формировалось на протяжении ~2.3 млн. лет при средней скорости роста от 1.6 мм/млн. лет в раннем прослое до 2.2 мм/млн. лет в позднем прослое. Корка мощностью 4–8 мм начала отлагаться на миоценовых породах в интервале от 4.5 до 2.3 млн. лет назад, когда поверхность гайота была на глубинах ниже зоны кислородного минимума в водной толще океана (>600–700 м). Контрастное изменение состава позднего прослоя могло быть вызвано быстрым погружением гайота около 500 тыс. лет назад до глубин, близким к современным (1250–1500 м на уровне поверхности плато). Основные результаты исследований по проекту опубликованы в двух статьях (журналы «Geosciences», «Геодинамика и Тектонофизика») и представлены в пяти устных докладах на четырех конференциях. Ссылки на информационные ресурсы, посвященные представленным в докладах и опубликованным результатам работ: доклад Перетяжко И.С. (https://rutube.ru/video/c2c08e503fd967f9bf0ecc42bb31010a/); доклад Савиной Е.А. (https://rutube.ru/video/1ad579f25ab67df7d0f5be80073e0133/); https://www.researchgate.net/profile/Igor-Peretyazhko/publications; http://www.igc.irk.ru/ru/item/4738-nauchnye-publikatsii-sotrudnikov-igkh-so-ran-4

Публикации

1. Перетяжко И.С., Савина Е.А. Геохимия гидрогенных кобальтобогатых Fe-Mn корок Магеллановых гор, Тихий океан Москва / Moscow ИО РАН / IO RAS, Геология морей и океанов: Материалы XXVI Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Т. I. – М.: ИО РАН, 2025. – 304 с. (год публикации - 2025)
10.29006/978-5-6051054-7-3

2. Перетяжко И.С., Савина Е.А. Фрагменты мантийных пород метасоматизированной океанической литосферы в базальтах гайота Говорова Дальневосточный геологический институт ДВО РАН. – Владивосток : Изд-во Дальневост. федерал. ун-та., Геологические процессы в обстановках субдукции, коллизии и скольжения литосферных плит. VII Всероссийская конференция с международным участием, Владивосток, 15–18 сентября 2025 г. : материалы конференции / Дальневосточный геологический институт ДВО РАН. – Владивосток : Изд-во Дальневост. федерал. ун-та, 2025. – 1 CD-ROM ; [403 с.]. (год публикации - 2025)
10.24866/7444-5968-0

3. Савина Е.А., Перетяжко И.С., Пуляева И.А., Щербаков Ю.Д., Гладкочуб Е.А. Геохимия и этапы формирования аномально обогащенной кобальтом железомарганцевой корки на породах миоценовых “petit-spot” вулканов гайота Альба (Магеллановы горы, Тихий океан) Геодинамика и Тектонофизика (GEODINAMICS & TECTONOPHISICS Journal), Институт земной коры СО РАН, г. Иркутск, Savina E.A., Peretyazhko I.S., Pulyaeva I.A., Shcherbakov Yu.D., Gladkochub E.A. GEOCHEMISTRY AND FORMATION STAGES OF ANOMALOUSLY COBALT-RICH FERROMANGANESE CRUST ON THE MIOCENE PETIT-SPOT VOLCANIC ROCKS OF ALBA GUYOT (MAGELLAN SEAMOUNTS, PACIFIC OCEAN). Geodynamics & Tectonophysics. 2026;17(1):0876. (In Russ.) (год публикации - 2026)
10.5800/GT-2026-17-1-0876

4. Перетяжко И.С., Савина Е.А., Пуляева И.А. Cobalt-Rich Fe-Mn Crusts in theWestern Pacific Magellan Seamount Trail: Geochemistry and Chronostratigraphy Geosciences, 15(11), 411 (год публикации - 2025)
10.3390/geosciences15110411

5. Савина Е.А., Перетяжко И.С., Пуляева И.А. Кобальтоносные Fe-Mn корки на миоценовых породах “petit-spot” вулканов гайота Альба: особенности состава, строения и биостратиграфии известкового нанопланкотона Дальневосточный геологический институт ДВО РАН. – Владивосток : Изд-во Дальневост. федерал. ун-та., Геологические процессы в обстановках субдукции, коллизии и скольжения литосферных плит. VII Всероссийская конференция с международным участием, Владивосток, 15–18 сентября 2025 г. : материалы конференции / Дальневосточный геологический институт ДВО РАН. – Владивосток : Изд-во Дальневост. федерал. ун-та, 2025. – 1 CD-ROM ; [403 с.]. (год публикации - 2025)
10.24866/7444-5968-0

6. Перетяжко И.С., Савина Е.А., Пуляева И.А. Этапы формирования и геохимические характеристики кобальтоносных железомарганцевых корок гайотов Магеллановых гор в Тихом океане Иркутск: Институт земной коры СО РАН, Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана кконтиненту): Материалы научной конференции. Вып. 23. 14–18 октября 2025 г., ИЗК СО РАН,г. Иркутск / ответственный редактор Е.В. Скляров, председатель Оргкомитета Е.В. Скляров;Сибирское отделение РАН, Институт земной коры СО РАН. – Иркутск: Институт земной корыСО РАН, 2025. – 262 с. (год публикации - 2025)