Могут ли жидкости, богатые сульфатами, выделяться при дегидратации серпентинита в мантию островных дуг?

Дегидратация серпентинита играет ключевую роль в круговороте воды в зонах субдукции, а высвобождаемые флюиды считаются критически важным компонентом для окисления мантии под вулканическими дугами. Однако вопрос о том, являются ли эти флюиды окисленными или восстановленными, остаётся предметом активных дискуссий.

Исследовательская группа под руководством профессора Цзэн Чжигана из Института океанологии Китайской академии наук совместно с коллегами из Тяньцзиньского университета и Гуанчжоуского института геохимии КАН установила, что мантия под островными дугами в зонах холодной субдукции может подвергаться метасоматозу под действием богатых сульфатами флюидов, образовавшихся при дегидратации серпентинита. Результаты исследования были опубликованы в Journal of Geophysical Research: Solid Earth 13 октября.

Учёные проанализировали изотопный состав меди (Cu) и серы (S) в свежих лавах из трёх зон субдукции западной части Тихого океана. Они обнаружили, что лавы, связанные с островными дугами, имеют более тяжёлый изотопный состав Cu и S по сравнению с базальтами срединно-океанических хребтов и лавами задуговых бассейнов. Значения δ⁶⁵Cu положительно коррелировали с геохимическими индикаторами флюидов, поступающих с погружающейся плиты (например, B/Nb, Ba/Th и Ba/La). Это свидетельствует о метасоматозе мантийного источника флюидами с тяжёлыми изотопами Cu и S.

Теоретически, флюиды, содержащие Cu²⁺ и SO₄^2–, высвобождаемые при дегидратации серпентинита, обладают чрезвычайно тяжёлым изотопным составом Cu и S. Таким образом, именно богатые сульфатами флюиды, проникая в мантию под дугами, приводят к появлению тяжёлых изотопов Cu и S в связанных с дугами магмах. В отличие от этого, на глубинах формирования задугового спрединга богатые сульфатами флюиды отсутствуют из-за полного разрушения серпентиновых минералов на ранних стадиях субдукции, что объясняет наблюдение значений δ⁶⁵Cu и δ³⁴S, близких к значениям для базальтов срединно-океанических хребтов (~ -1‰), в задуговых базальтах.

«Тяжёлые изотопы меди в магмах островных дуг показывают, что мантия под дугой подверглась метасоматозу богатыми сульфатами (окисляющими) флюидами, образовавшимися из серпентинита. Это объясняет окислительные свойства магм островных дуг в зонах холодной субдукции», — заявил Чэнь Цзусин, первый автор исследования. «Данное исследование показывает, что изотопы меди могут дать новую перспективу для изучения переноса окисленных флюидов в процессе субдукции», — добавил профессор Цзэн.