На Коль­ском по­лу­ост­ро­ве най­де­но маг­ма­ти­че­ское тело, обо­га­щён­ное стра­те­ги­че­ски­ми ме­тал­ла­ми

Со­труд­ни­ки ла­бо­ра­то­рии гео­хи­мии и ру­до­нос­но­сти ще­лоч­но­го маг­ма­тиз­ма ГЕОХИ РАН, сов­мест­но с за­ру­беж­ны­ми кол­ле­га­ми, об­на­ру­жи­ли в Ко­в­дор­ском рай­оне маг­ма­ти­че­ское тело (дайку), пред­став­ля­ю­щее собой за­стыв­шее в зем­ной коре глу­бин­ное ве­ще­ство ман­тии Земли. В ее ми­не­ра­лах вы­яв­ле­ны вы­со­кие со­дер­жа­ния ред­ких стра­те­ги­че­ских ме­тал­лов, ко­то­рые пре­вы­ша­ют ана­ло­гич­ные кон­цен­тра­ции в су­пер­круп­ных ред­ко­ме­талль­ных ме­сто­рож­де­ни­ях.

Ре­зуль­та­ты опуб­ли­ко­ва­ны в Lithos¹.

Ще­лоч­ные магмы – это спе­ци­фи­че­ский тип рас­пла­вов, ред­кий, но очень важ­ный с эко­но­ми­че­ской точки зре­ния. На­при­мер, круп­ней­шая в мире Коль­ская ще­лоч­но­кар­бо­на­ти­то­вая про­вин­ция вклю­ча­ет два ги­гант­ских ще­лоч­ных рас­сло­ен­ных ком­плек­са - Хи­би­ны и Ло­во­зе­ро, с ко­то­ры­ми свя­за­ны су­пер­круп­ные ме­сто­рож­де­ния стра­те­ги­че­ских ме­тал­лов – ни­о­бия, тан­та­ла, цир­ко­ния, гаф­ния, ред­ко­зе­мель­ных ме­тал­лов, а также фос­фо­ра. Стра­те­ги­че­ские ме­тал­лы ценны тем, что прин­ци­пи­аль­но ме­ня­ют свой­ства ма­те­ри­а­лов. На­при­мер, до­бав­ле­ние незна­чи­тель­но­го ко­ли­че­ства ред­ко­зе­мель­но­го элемента-​скандия в алю­ми­ни­е­вые спла­вы в три раза по­вы­ша­ет их проч­ность и со­зда­ет ков­кость. Кроме того, ред­ко­зе­мель­ные эле­мен­ты ис­поль­зу­ют в раз­лич­ных от­рас­лях тех­ни­ки: в ра­дио­элек­тро­ни­ке, при­бо­ро­стро­е­нии, атом­ной тех­ни­ке, ма­ши­но­стро­е­нии, хи­ми­че­ской про­мыш­лен­но­сти, ме­тал­лур­гии.

Эти ме­сто­рож­де­ния за­ни­ма­ют ве­ду­щее место в струк­ту­ре минерально-​сырьевой базы Рос­сии. По­ми­мо ги­гант­ских ком­плек­сов на Коль­ском по­лу­ост­ро­ве на­хо­дят­ся и более мел­кие мас­си­вы, а также ты­ся­чи мел­ких тел - даек (вер­ти­каль­ное гео­ло­ги­че­ское тело или, дру­ги­ми сло­ва­ми, маг­ма­ти­че­ская жила) ще­лоч­ных пород.

При про­ве­де­нии геолого-​разведочных работ в Кан­да­лакш­ском рай­оне Мур­ман­ской об­ла­сти учё­ные об­на­ру­жи­ли уни­каль­ную дайку вы­со­ко­ще­лоч­ных нефе­ли­но­вых си­е­ни­тов (маг­ма­ти­че­ская по­ро­да, в со­став ко­то­рой вхо­дит нефе­лин и по­ле­вые шпаты), в ко­то­рой кон­цен­тра­ции ряда ред­ких стра­те­ги­че­ских ме­тал­лов пре­вы­ша­ют или близ­ки к со­дер­жа­ни­ям в Ло­во­зер­ском ще­лоч­ном мас­си­ве - наи­бо­лее диф­фе­рен­ци­ро­ван­но­го (про­цесс, когда из магмы воз­ни­ка­ют по­ро­ды) ще­лоч­но­го маг­ма­ти­че­ско­го рас­пла­ва на тер­ри­то­рии Коль­ской ще­лоч­но­кар­бо­на­ти­то­вой про­вин­ции (Рис. 1-2).

Рис. 1. Мо­дель гео­ди­на­ми­че­ско­го ре­жи­ма фор­ми­ро­ва­ния дайки Ко­в­дор­ско­го рай­о­на. Подъ­ем глу­бин­но­го ма­те­ри­а­ла (плюма) и его диф­фе­рен­ци­а­ция при­во­дят к фор­ми­ро­ва­нию ще­лоч­ных рас­пла­вов бо­га­тых стра­те­ги­че­ски­ми ме­тал­ла­ми и воз­ник­но­ве­нию су­пер­круп­ных ред­ко­ме­таль­ных ме­сто­рож­де­ний.

Ри­су­нок 2. Мик­ро­фо­то­гра­фии ми­не­ра­лов дайки. Lmp – Лам­про­фил­лит; Px – эгирин-​авгит; Amp – арф­вед­со­нит (a,b,c,d,f); Aen – эниг­ма­тит (a,c,d,e,f); Аст – аст­ро­фил­лит (d,e); Ор – ор­то­клаз; Ntr – на­тро­ли­том; Or – ор­то­кла­зом (c,d,e,f); Fep – фер­ри­пи­ро­фил­ли­та (a,c,e,f).

«Дайка со­дер­жит зна­чи­тель­ные ко­ли­че­ства ни­о­бия, цир­ко­ния, бария, строн­ция, же­ле­за, ти­та­на, а также ле­ту­чих ком­по­нен­тов (по­мо­га­ют сни­жать тем­пе­ра­ту­ру кри­стал­ли­за­ции, вяз­кость спла­ва, вли­я­ют на рост кри­стал­ли­за­ци­он­ной спо­соб­но­сти ми­не­ра­лов). Все это от­ра­жа­ет­ся в ее ми­не­раль­ном со­ста­ве: сла­га­ю­щая ее по­ро­да со­сто­ит из таких чрез­вы­чай­но ред­ких ми­не­ра­лов как лам­про­фил­лит, эниг­ма­тит, аст­ро­фил­лит, нун­кан­ба­хит. Кроме того, в по­ро­де встре­ча­ет­ся много низ­ко­тем­пе­ра­тур­ных ми­не­ра­лов: ор­то­клаз, на­тро­лит и фер­ри­пи­ро­фил­лит, на­ли­чие ко­то­рых сви­де­тель­ству­ет о за­ме­ще­нии ран­них вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных ми­не­ра­лов позд­ни­ми низ­ко­тем­пе­ра­тур­ны­ми», - рас­ска­зы­ва­ет за­ве­ду­ю­щая ла­бо­ра­то­ри­ей гео­хи­мии и ру­до­нос­но­сти ще­лоч­но­го маг­ма­тиз­ма ГЕОХИ РАН, ака­де­мик РАН Лия Ни­ко­ла­ев­на Ко­гар­ко.

По сло­вам ав­то­ров, об­на­ру­жен­ная дайка - един­ствен­ный при­мер по­сте­пен­но­го пе­ре­хо­да ще­лоч­но­го рас­пла­ва в вы­со­ко­ще­лоч­ной рас­твор (когда в про­цес­се кри­стал­ли­за­ции и осты­ва­ния маг­ма­ти­че­ский рас­плав на­сы­ща­ет­ся ле­ту­чи­ми ком­по­нен­та­ми и пе­ре­хо­дит в гид­ро­тер­маль­ный рас­твор), обо­га­щен­ный ред­ки­ми эле­мен­та­ми. Этому спо­соб­ству­ет низ­кая тем­пе­ра­ту­ра и очень ши­ро­кий ин­тер­вал кри­стал­ли­за­ции ще­лоч­ных рас­пла­вов.

Также, при по­мо­щи калий-​аргонового ме­то­да да­ти­ро­ва­ния, уче­ные уста­но­ви­ли, что воз­раст дайки - 368 ± 9 млн лет, что сов­па­да­ет с воз­рас­том па­лео­зой­ско­го ще­лоч­но­го маг­ма­тиз­ма Коль­ской щелочно-​карбонатитовой про­вин­ции. Ее изо­топ­ный со­став (рубидий-​стронций и самарий-​неодим), ука­зы­ва­ет на ман­тий­ный ис­точ­ник магмы и на от­сут­ствие за­гряз­не­ния кон­ти­нен­таль­ной корой. Гео­хи­ми­че­ские и изо­топ­ные дан­ные сви­де­тель­ству­ют, что ис­точ­ни­ком пород Коль­ской щелочно-​карбонатитовой про­вин­ции, в том числе ис­сле­до­ван­ной дайки, яв­ля­ет­ся ман­тий­ный ре­зер­ву­ар FOZO (глу­бин­ный гео­хи­ми­че­ский ре­зер­ву­ар – ис­точ­ник рас­пла­вов), свя­зан­ный с плю­мо­вым маг­ма­тиз­мом (го­ря­чим ман­тий­ным по­то­ком, дви­га­ю­щим­ся от ос­но­ва­ния ман­тии у ядра Земли).

Ис­сле­до­ва­ния гео­хи­мии дайки поз­во­ли­ли оце­нить про­цесс кон­цен­три­ро­ва­ния ред­ких эле­мен­тов на самых позд­них ста­ди­ях эво­лю­ции ще­лоч­ных магм. «До­ка­за­но, что в недиф­фе­рен­ци­ро­ван­ном маг­ма­ти­че­ском рас­пла­ве таких вы­со­ких кон­цен­тра­ций ред­ких эле­мен­тов не об­ра­зу­ет­ся, и что зна­чи­тель­ное на­коп­ле­ние ред­ких эле­мен­тов в маг­ма­ти­че­ском рас­пла­ве про­ис­хо­дит, при про­цес­сах дли­тель­ной маг­ма­ти­че­ской диф­фе­рен­ци­а­ции. Таким об­ра­зом, гор­ная по­ро­да, обо­га­щён­ная ред­ки­ми эле­мен­та­ми, яв­ля­ет­ся позд­ним про­дук­том диф­фе­рен­ци­а­ции. Уни­каль­но­стью ис­сле­до­ван­ной дайки, яв­ля­ет­ся, то, что она пред­став­ля­ет при­ме­ром са­мо­го позд­не­го этапа диф­фе­рен­ци­а­ции ще­лоч­ной магмы», - за­клю­ча­ет за­ве­ду­ю­щая ла­бо­ра­то­ри­ей гео­хи­мии и ру­до­нос­но­сти ще­лоч­но­го маг­ма­тиз­ма ГЕОХИ РАН, ака­де­мик РАН Лия Ни­ко­ла­ев­на Ко­гар­ко.

1 M.I. Filina, L.N. Kogarko, T.F.D. Nielsen (2022) Mineralogical, geochemical, and isotopic data of a new special agpaitic dyke, enriched in high field strength elements (Eastern Part of Baltic Shield, Russia). Lithos, 428–429, 106828, https://doi.org/10.1016/j.lithos.2022.106828