Проблемы исследования древних архейских вулканических комплексов. Актуальные вопросы эволюции магматизма в истории Земли

Светов С.А.

Институт геологии Карельский Научный Центр РАН, г.Петрозаводск

Реконструкция условий динамической эволюции архейской литосферы с 4 до 2.5 млрд.лет, определившей в дальнейшем основные геологические черты строения современной коры, является одной из наиболее сложных проблем современной геологии.

Архейская геологическая история развития Земли находит свое наиболее яркое отражение в двух главных типах структур: гранит-зеленокаменных и гранулито-гнейсовых.

Наиболее информативными для проведения геологических реконструкций являются зеленокаменные пояса, так как в их пределах сохранились реликты первичных разрезов, породные ансамбли которых претерпели часто относительно низкую степень метаморфических преобразований, что позволило сохраниться структурно-текстурным характеристикам пород и позволяет проводить комплексные исследования. В результате палеовулканологических, литогеохимических и петрологических исследований архейских породных ассоциаций, появляется возможность реконструировать условия формирования магматических систем, эволюцию архейской коры, термальный режим верхней мантии и механизмы корово-мантийных взаимодействий в этот период геологической истории.

На основе изучения породных ассоциации коматиит-базальтового ряда, установленных в большинстве архейских зеленокаменных структур, возможно реконструировать эволюцию состава мантийных магм и скорости теплогенерации, рассчитать геотермический градиент в архее и оценить общую термальную историю планеты, а комплексный анализ всех существующих породных ансамблей, представленных в реликтах верхнеархейских зеленокаменных разрезов, позволяет восстановить динамику развития астеносферно-литосферной системы и охарактеризовать геодинамические режимы, действующие на ранних этапах развития Земли (Arndt et al., 2008). Важным аспектом, определяющим интерес к изучению зеленокаменных структур, является приуроченность к ним ряда крупных и уникальных месторождений Ni, Au и Pt, поэтому реконструкция условий формирования магматических ассоциаций позволяет существенно уточнить характер рудных минерагенических процессов.

Изучение в пределах архейских зеленокаменных структур вулканитов андезитового ряда позволяет получить уникальную информацию об эволюции корово- мантийной системы и реконструировать условия зарождения конвергентных режимов в архее (Светов, 2009).

Следует подчеркнуть, что в последние годы, в ходе детальных исследований было показано, что большинство архейских гранит-зеленокаменных террейнов в пределах древних кратонов мира (таких как Супериор, Вайоминг, Илгарн и мн. др.) представляют собой аккретированные к континентальному основанию фрагменты океанических плато, островодужных систем, задуговых бассейнов и окраинно-континентальных вулканических поясов (Polat, Kerrich, 2006; Kusky, Polat, 1999), что позволяет говорить о существовании плейт-тектонических взаимодействий в архее.

Вместе с тем, возникает и ряд существенных проблем, при изучении архейских вулканических комплексов, так базовые проблемы заключаются в оценке сохранности изучаемых разрезов и их репрезентативности (чаще всего мы имеем дело с редуцированными разрезами, представляющими лишь сохранившиеся реликты от существующих ранее породных ассоциаций, что затрудняет оценку реальных объемов и типов вулканогенных пород). Вместе с тем встречаются и противоположные явления, когда в результате слайдерной тектоники, формируются мощные комплексы представленные набором одновозрастных пластин, что визуально значительно увеличивает реальные объемы породных ассоциаций (Светов, 2005; 2009).

Зачастую значительные метаморфические преобразования архейских комплексов, как в зеленокаменных поясах, так и гранито-гнейсовых ареалах, требуют особого внимания к использованию геохимических и изотопно геохимических методов изучения вещества (предполагая детальное изучение сохранности геохимических систем на уровне минерал-порода), и лишь после этого проведения петрологической интерпретации имеющихся данных.

Использование прямых параллелей между геологическими процессами проходящими в фанерозое и архее должно проводиться с учетом существующих отличий: более высоком термальном режиме архейской мантии, предопределившем другой состав океанической и континентальной коры, возможно более сложные геодинамические процессы в этот период, а так же другой состав атмосферы и гидросферы.

Однако существует и ряд четких параллелей между археем и фанерозоем, так детальные геохимические исследования архейских средне-кислых вулканитов (андезитов) показывают максимальное сходство их с фанерозойскими островодужными и окраинно-континентальными ассоциациями, о чем свидетельствуют находки адакитовых, высоко-Mg андезитовых (байяитовых), высоко-Nb и других ассоциаций с возрастом около 3.0 млрд лет на Канадском, Фенноскандинавском (Светов, 2009) и других щитах. А так же сходство архейстих ТТГ-серий и фанерозойских адакитов (Martin 1999, Martin et al., 2005), позволяет предполагать существование в архее режимов пологой и горячей субдукции.

В настоящее время существует много перспективных направлений изучения архейских вулканогенных комплексов, примером могут служить следующие задачи: - проведение детальной геохимической типизации архейских магматических серий и сопоставление их с фанерозойскими аналогами; реконструкция PT-режимов планеты в архее; - выявление периодов формирования масштабных геохимически уникальных породных ассоциаций - маркеров глобальных планетарных событий и изменений в геодинамики планеты (примером может быть интервал 2.7-2.75 млрд.лет и формирование санукитоидов (Bibikova et al., 2005)); - поиски проявления ранней жизни в породах, формирующихся в архее в субаквальных обстановках (примером может случить обнаружение бактериальных матов в краевых зонах подушечных лав зеленокаменного пояса Барбертон, ЮАР (Westall, 2009)) и многие другие вопросы.

Литература

Arndt N.T., Barnes S.J., Lesher C.M. Komatiite. 2008. Cambridge: University Press.

Bibikova E.V.,Petrova A., Claesson S. The temporal evolution of sanukitoids in the Karelian Craton, Baltic shield: an ion microprobe U-Th-Pb isotopic study of zircons // Lithos. 2005. V. 79. P. 129–145.

Martin H., Smithies R.H., Rapp R, Moyen J.-F., Champion D. An overview of adakite, tonalite–trondhjemite–granodiorite (TTG), and sanukitoid: relationships and some implications for crustal evolution // Lithos. V. 79. 2005. P.1 – 24.

Polat A., Kerrich R. Reading the geochemical fingerprints of archean hot subduction volcanic rocks: evidence for accretion and crustal recycling in mobile tectonic regime // Archean geodynamics and environments. Geophysical monograph series 164. Am. Geoph. Un. 2006. P.189-213.

Martin H. Adakitic magmas: modern analogues of Archaean granitoids // Lithos. V.46. 1999. P. 411–429.

Kusky T.M., Polat A. Growth of granite-greenstone terranes at convergent margins and stabilization of Archaean cratons // Tectonophysics, v.305. 1999. P.43-73.

Светов С.А. Древнейшие адакиты Фенноскандинавского щита // Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 115с.

Светов С.А. Магматические системы зоны перехода океан-континент в архее восточной части Фенноскандинавского щита // Петрозаводск. КарНЦ РАН, 2005. 230с.

Westall F. Traces of early life: how to find them //Archean environment; the habitat of early life. Workshop in Mekrijarvi, Finland. 2009. P.37-38