Ученые СПбГУ и Института геологии и геохронологии докембрия РАН выполнили изотопный анализ апатита из магматических пород Северного Приладожья и определили, что он образовался около 1,8 миллиарда лет назад. Такое изучение минералов может помочь в поиске и прогнозировании месторождений полезных ископаемых.
Исследуемый апатит / © Шаукет Балтыбаев, пресс-служба СПбГУ
Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Geochemistry International.
Северное Приладожье — это регион, расположенный к северу от Ладожского озера и известный своими уникальными геологическими породами, которые появились при кристаллизации больших объемов магматических расплавов (магмы).
Одно из направлений работы петербургских ученых — исследование условий накопления и перераспределения рудного вещества в земной коре. Это имеет ключевое значение для целенаправленных поисков и прогнозирования месторождений полезных ископаемых, поскольку позволяет понять, какие геологические участки Земли потенциально благоприятны для образования месторождений полезных ископаемых, а также какие факторы среды влияют на этот процесс.
Такая задача особенно актуальна для территории Северного Приладожья, богатого гранитами, графитом, кварцитами и другими полезными ископаемыми. Оказалось, что с пониманием механизмов появления пород может помочь апатит. Он представляет собой фосфатный минерал (Ca5(PO4)3(F,OH,Cl)), встречающийся в осадочных, магматических и метаморфических породах и иногда образующий крупные скопления (например, в Хибинском массиве). Он получил название от греческого слова «обман», поскольку его легко перепутать с другими камнями из-за вариативности внешнего вида. Помимо этого, он активно используется в промышленности для производства фосфорных удобрений.
В России крупные месторождения этой породы с мировой известностью находятся на Кольском полуострове, где в честь этого минерала назван город за Полярным кругом – Апатиты.
Метаморфические преобразования пород происходят в земной коре неоднородно. При этом одни породы превращаются в другие, меняя свой внешний вид до неузнаваемости. Одновременно с этим меняется и состав этих пород: появляются новые минералы, отличающиеся от прежних по внешнему облику и химическому содержанию.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института геологии и геохронологии докембрия РАН изучили апатиты Северного Приладожья. В изученных раннепротерозойских массивах данного региона, в частности Велимякской интрузии, минерал является компонентом титаномагнетитовой руды, разработки которой велись еще в конце XIX века. Высокая концентрация фосфора в рудных горизонтах и повлияла на появление данного объекта в этом месте.
«Чтобы понять, когда здесь образовался минерал, мы выполнили U-Pb (уран-свинец) изотопные исследования в Институте геологии и геохронологии докембрия РАН, который специализируется на изучении древнейших пород на Земле. Анализ указал на переотложенный характер, который привел к перекристаллизации и образованию новых, при так называемом метаморфизме», – сказал профессор СПбГУ (кафедра петрографии) Шаукет Балтыбаев.
Метаморфизм — это преобразование горных пород под действием высокой температуры, давления и химических веществ, без плавления. По словам Шаукета Балтыбаева, процесс метаморфизма — преобразования горных пород — оказался сильно оторванным по времени от этапа магматической кристаллизации остальных пород и руд. Так, магматические породы образовались около 1,88 миллиарда лет назад, а переотложение и перекристаллизация апатита произошли спустя 80–100 миллионов лет, то есть примерно 1,8 миллиарда лет назад. Эти данные соотносятся с более ранним анализом пород этого региона.
Эксперты считают, что U-Pb датирование показывает не момент его образования, а время достижения им определенной температуры (400–600 °C), после которой он больше геохимически не взаимодействует с окружающей средой. Поэтому, возможно, он не полностью перекристаллизовался, а просто постепенно охлаждался. Однако, исследование показало, что апатит все-таки претерпел весьма значительные изменения и стал метаморфическим.
Дополнительным доводом в поддержку перекристаллизации служит тот факт, что состав субъекта одинаков во всех разновидностях пород изученного массива – от самых «примитивных» (содержащих малое количество кремния и большое количество магния), до «дифференцированных» (содержащих наибольшее количество кремния). Как показало изучение этого минерала в других регионах, он менял бы свой состав в процессе эволюции магмы и не мог бы оставаться одного состава.
«Таким образом, особенности пород указывают на то, что магматический апатит подвергся перекристаллизации через 80–100 миллионов лет после формирования массива. Вероятно, та же судьба постигла и титаномагнетитовую руду, тесно связанную с ним. Знание этой весьма непростой истории становления оруденения важно для понимания механизмов концентрации рудного вещества как в рассмотренном массиве, так и в других подобных объектах, что в свою очередь важно для поиска полезных ископаемых», – сказал Шаукет Балтыбаев.
