Исследование раскрывает низкостепенной метасоматический расплав как источник обогащения тяжелыми изотопами железа в мантии под срединно-океаническими хребтами

Исследования базальтов срединно-океанических хребтов (MORB) показывают изменчивый изотопный состав железа в океанической верхней мантии, что не может быть объяснено процессами плавления мантии из однородного источника и эволюции магмы. Это указывает на гетерогенность изотопов железа в верхней мантии, происхождение которой оставалось загадкой.

Чтобы проверить гипотезу о том, что обогащение мантии MORB тяжелыми изотопами железа (⁵⁶, ⁵⁷Fe по сравнению с легким ⁵⁴Fe) является результатом того же процесса обогащения несовместимыми элементами, связанного с низкостепенной метасоматией мантии расплавом в истории Земли, команда под руководством доктора Го Пэнъюаня из Института океанологии Китайской академии наук провела изотопное исследование железа в хорошо охарактеризованных образцах MORB из магматически активного сегмента OH-1 Срединно-Атлантического хребта (MAR) около 35° с.ш.

Изученные 18 образцов показали большой разброс значений δ⁵⁶Fe, отражающий значительную вариабельность изотопов железа в MORB даже в масштабе одного сегмента хребта. Статистически значимые корреляции скорректированных значений δ⁵⁶Fe с содержаниями и соотношениями более и менее несовместимых элементов, и даже с изотопами Sr-Nd-Hf указывают на явное наследование свойств мантийного источника под этой частью MAR, а не на влияние процессов вторичного изменения морской водой, частичного плавления или эволюции магмы.

Скоррелированная вариация изотопов железа (δ⁵⁶Fe = от +0,03 до +0,18 ‰) с содержаниями и соотношениями несовместимых элементов указывает на общий процесс, ведущий к обогащению тяжелым железом и несовместимыми элементами. Ученые объясняют этот процесс как низкостепенную метасоматию мантии расплавом, происходившую на границе океанической литосферы и астеносферы в истории Земли. Плавление таких переработанных композитных литологий под современным хребтом и порождает магму MORB с наблюдаемыми геохимическими корреляциями. Положительная корреляция δ⁵⁶Fe с ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и отрицательные — с ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd и ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf дополнительно указывают на древнее формирование этой метасоматически измененной мантии.

Авторы предполагают, что низкостепенная метасоматия мантии расплавом, вызывающая обогащение верхней мантии тяжелыми изотопами железа, является широко распространенным глобальным процессом, поскольку доступные глобальные данные по изотопам железа в MORB показывают систематические корреляции с содержаниями и соотношениями несовместимых элементов. Исследование было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.