Около 1,88 миллиарда лет назад в северо-восточной части Фенноскандинавского щита завершился крупный тектонический цикл. После столкновения древних Кольской и Карельской провинций, сформировавшего Лапландско-Кольский ороген, процессы сжатия сменились растяжением. Снятие напряжений и подъём астеносферы запустили декомпрессионное плавление мантии, в результате которого на поверхность излились базальтовые магмы.
Сохранившиеся сегодня в Кандалакша-Колвицком гранулитовом поясе вулканические породы фиксируют именно этот переходный этап и позволяют точно датировать окончание регионального горообразования. Об этом рассказывает статья сотрудников Геологического института Кольского научного центра РАН и Института геологии и геохронологии докембрия РАН, опубликованная в International Journal of Earth Sciences.
В восточной части Кандалакшской гранулитовой зоны исследователи выявили линзовидное тело тёмных мелкозернистых пород протяжённостью около 1,5 километра и шириной 150–400 метров, залегающее на палеопротерозойских лейкократовых метагаббро. Полевые и петрографические данные указывают, что перед нами нижняя часть древнего вулканического покрова, сохранившегося в виде эрозионного останца. Под микроскопом вулканические породы демонстрируют порфировую структуру: фенокристаллы амфибола (до одного миллиметра) и плагиоклаза (до двух миллиметров) погружены в тонкозернистую плагиоклаз-амфиболовую основную массу. Подобные текстуры характерны для излившихся магматических пород, а их сохранность, несмотря на последующий метаморфизм, делает объект пригодным для детального петрологического анализа.
(a) Геологическая схема Кольского полуострова. (b) Геологическая карта Кандалакша-Колвицкого гранулитового пояса
Геохимические исследования показали, что вулканические породы относятся к железистой толеитовой базальт-андезитовой серии (SiO₂ 49–57 мас.%, Fe# = 62–78%). Их нормированные на примитивную мантию спектры демонстрируют обогащение лёгкими редкоземельными элементами и крупноионными литофильными элементами (Ba, Sr), а также деплетирование высокозарядными элементами (Nb, Ta, Zr, Hf). Соотношения редкоземельных элементов указывают, что родоначальная магма вулканитов образовалась из водосодержащей магмы, о чём свидетельствует наличие амфибола в вулканитах. Это важно, поскольку вода в мантийном источнике снижает температуру плавления и влияет на состав магмы. водосодержащей магмы, о чем свидетельствует наличие амфибола в вулканитах. Это типично для декомпрессионного плавления: когда после коллизии литосфера растягивается, а астеносфера поднимается, давление падает, и мантия начинает плавиться без дополнительного нагрева.
Подъём расплава происходил не мгновенно. Как показывают термобарометрические расчёты по составам сосуществующих амфиболов и плагиоклазов, магма задерживалась в промежуточных камерах на глубинах примерно 19, 11 и 4 километра. Там при температуре около 1090 °С образовались сравнительно крупные кристаллы амфибола и плагиоклаза.
(a) Геологическая структура восточной Кандалакшской гранулитовой зоны, показывающая расположение выходов вулканических пород на поверхность. Полевые фотографии обнажения 385: (b) базальт, (c) структурно несогласный контакт базальта с нижележащим лейкократовым метагаббро (светло-серый) Кандалакшской интрузии
Финальный «рывок» был относительно быстрым. Отсутствие реакционных кайм вокруг фенокристаллов амфибола говорит о том, что магма не успела прореагировать с окружающими породами при подъеме, а «проскочила» верхние уровни коры за геологически короткое время. На поверхности лава остыла сравнительно быстро. Окончательная кристаллизация завершилась при 840–700 °С, что характерно для излившихся пород. Округлая форма фенокристаллов плагиоклазов — следствие их частичного переплавления при изменении условий во время восхождения.
Возраст кристаллизации вулканических пород был установлен методом SHRIMP U–Pb изотопным методом по цирконам, выделенным из базальта. Циркон — очень устойчивый минерал, который сохраняет в своей кристаллической решётке следы радиоактивного распада урана в свинец. Измерив соотношение радиоактивных изотопов U и Pb, можно точно узнать, когда кристалл сформировался. Выполненные измерения показали, что кристаллизация вулканических пород произошла 1875,1 ± 8,4 миллиона лет назад.
Фотомикрографии вулканических и вмещающих пород в тонких шлифах в проходящем свете: (a) базальт (образец 385/2), скрещённые николи, (b) тот же образец в большем масштабе, (c) базальтовый андезит (образец 382), параллельные николи, (d) андезит (образец 380), параллельные николи, (e) лейкократовый метагаббро (образец 385/1), параллельные николи, (f) тот же образец, скрещённые николи, g) контакт базальта и лейкократового метагаббро (образец 385/3), параллельные николи, (h) тот же контакт, скрещенные николи. Минеральные обозначения по Уорру (2021)
Интересная деталь: в базальте нашли более древние цирконы с возрастом около 2,44 миллиарда лет. Это не «родные» кристаллы магмы вулканитов, а обломки, захваченные расплавом из более древних нижележащих пород (метагаббро Кандалакшского массива). Их наличие подтверждает, что базальт действительно поднимался сквозь толщу коры и взаимодействовал с подстилающими породами.
Полученный возраст вулканических пород совпадает в пределах погрешностей с возрастами постдеформационных интрузий и даек в соседних районах пояса. Это позволяет считать, что весь регион в это время переживал один и тот же геологический этап: завершились тектонические процессы и деформации (горообразование), прекратился высокотемпературный гранулитовый метаморфизм (когда породы изменялись на глубине при 800–900 °С), начались подъём и охлаждение глубоких блоков коры до температур 400–450 °С.
Схематическая модель происхождения постколлизионных вулканических пород Кандалакша-Колвицкого гранулитового пояса в результате субдукции ЛКО и последующего подъёма астеносферы
Формирование вулканитов Кандалакша-Колвицкого гранулитового пояса отражает типичный путь стабилизации коллизионных орогенов:
Авторы доказали, что вулканические породы Кандалакша-Колвицкого гранулитового пояса служат точным хронометром и петрологическим индикатором завершения Лапландско-Кольского орогенеза. Они зафиксировали момент, когда во время 1,88 миллиарда лет назад на Кольском полуострове завершилась эпоха бурного горообразования и континентальная кора начала переходить в состояние долгосрочной стабильности.
Комплексное изучение минералов, химического состава и изотопного возраста позволило восстановить полный маршрут магмы от источника в мантии до поверхности. Это расширяет понимание того, какие процессы происходили в глубине Земли и как формировались древние континенты.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.