На Кольском полуострове найдено обогащенное стратегическими металлами магматическое тело
25 октября 2022 г.
Ученые обнаружили в Ковдорском районе дайку – магматическое тело, 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. Проведенное исследование позволяет оценить процесс концентрирования редких элементов на самых поздних стадиях эволюции щелочных магм.
Работа выполнена сотрудниками подведомственного Минобрнауки России Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН.
Щелочные магмы – это специфический тип расплавов, редкий, но очень важный с экономической точки зрения. Например, крупнейшая в мире Кольская щелочно-карбонатитовая 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 (вертикальных геологических тел или, другими словами, магматических жил) щелочных пород.
Ученые ГЕОХИ РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами при проведении геолого-разведочных работ в Кандалакшском районе Мурманской области 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 щелочно-карбонатитовой провинции.
«Дайка содержит значительные количества ниобия, циркония, бария, стронция, железа, титана, а также летучих компонентов (которые 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 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, обогащенная редкими элементами, является поздним продуктом дифференциации. Уникальностью исследованной дайки является то, что она представляет пример самого позднего этапа дифференциации щелочной магмы», – заключает Лия Когарко.
Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России, его результаты опубликованы в ведущем международном издании.
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 редкометалльных месторождений.
Источник: Пресс-служба ГЕОХИ РАН