Где искать вольфрам: ученые раскрыли особенности мантии Земли
Вольфрам (W), твердый, термостойкий и коррозионностойкий металл, незаменим в современных высокотехнологичных отраслях промышленности — от аэрокосмической и оборонной до производства вычислительной техники. Без вольфрамовых электродов сложно представить себе современную сварку. Применяется вольфрам и в производстве бытовых приборов. Лампы накаливания ушли в прошлое, но вольфрам по-прежнему используют в нагревательных элементах выпрямителей для волос и других повседневных устройств.
Хотя глобальное распределение вольфрама неравномерно, большинство месторождений имеет общие геологические особенности. К ним относятся:
- Тесная связь с развитыми гранитами, богатыми летучими веществами;
- Анатексис — образование из расплавленных осадочных пород в богатых элементарным вольфрамом гранитоидах;
- Залегание в задуговых или внутриплитных зонах, а не в сходящихся тектонических пограничных областях.
Эти особенности долгое время поддерживали теории о чисто коровой (связанной с корой Земли) вольфрамовой минерализации.
Однако новое исследование опровергает эту точку зрения, подчеркивая значительный вклад мантии в формирование рудообразующих флюидов. Опубликованное в журнале Communications Earth & Environment исследование, проведенное под руководством профессора Ян Цзехуа (Yang Jiehua) из Института геохимии Академии наук Китая, показывает, что активность мантии играет важную, ранее недооцененную роль в металлогении вольфрама.
Команда ученых раскрыла ключевую загадку, долгое время не дававшую геохимикам покоя: почему изотопы гелия (He) и аргона (Ar) в мировых месторождениях вольфрама указывают на участие мантии в рудообразующих флюидах, если сопутствующие граниты ассоциированы с земной корой. Это «изотопное разделение» никогда систематически не изучалось, в результате чего роль мантии в образовании вольфрама оставалась неясной. Если называть вещи своими именами, роль мантии в минерализации вольфрама просто игнорировалась.
Исследователи проанализировали содержание изотопов ртути (Hg), He и Ar в рудных минералах и гранитоидах из типичных южно-китайских вольфрамовых месторождений. Они также собрали глобальные наборы данных по изотопам Hg, He, Ar, стронцию (Sr) и неодиму (Nd) из основных вольфрамовых провинций, объединив статистический анализ, геохимическое моделирование и машинное обучение для расшифровки вклада мантии в глобальные вольфрамовые циклы.
Глобальные данные по изотопам He-Ar свидетельствуют о значительном вкладе мантии в рудообразующие флюиды: ~10% в вольфрамовых месторождениях Южного Китая и до 40% в других местах. В Южном Китае положительные аномалии Δ1⁹⁹Hg в богатых вольфрамом гранитоидах и долгосрочные изменения содержания изотопов Sr-Nd в основных породах свидетельствуют о том, что откат Палеотихоокеанской плиты изменил древнюю литосферную мантию региона. Это привело к интенсивному взаимодействию земной коры и мантии, что имело решающее значение для обширной минерализации вольфрама.
Машинное моделирование выявило высокоразвитую геохимию как отличительный признак богатых вольфрамом гранитоидов. Объединив химический состав горных пород, изотопные данные и глобальное распределение залежей, команда предложила обобщенную модель геологической эволюции. Согласно этой модели проявление океанической субдукцией, в гораздо большей степени способствует крупномасштабной минерализации вольфрама, чем такие процессы, как столкновение континентов или внутриконтинентальный рифтогенез. В этом случае мантия выделяет тепло для деволатилизации плит, высвобождая He, Ar, Hg и фтор (F) в земную кору, что способствует дифференциации магмы и минерализации вольфрама.
Предполагаемый по содержанию Nd модельный возраст богатых вольфрамом гранитоидов и шеелитов составляет 1,2–1,8 миллиарда лет, что совпадает с образованием и распадом суперконтинента Нуна. Как умеренно сидерофильный («металлолюбивый») элемент, вольфрам из ядра Земли, вероятно, в этот период достиг земной коры через мантийные шлейфы, что подтверждается концентрациями вольфрама и рутений-вольфрамовых изотопов в базальтоподобных породах океанических островов.
Примечательно, что в Южно-Китайском блоке Катайсия, который когда-то был частью недр Нуны, в результате выветривания древних пород, богатых вольфрамом, образовался предварительно обогащенный фундамент земной коры, подготовивший его для мезозойских залежей вольфрама.
Сравнительный анализ изотопов Nd в вольфрамовых провинциях мира показал, что аккреционные орогены (образованные в результате сшивания тектонических плит) содержат более крупные месторождения, чем коллизионные орогены, несмотря на то что последние имеют более богатую вольфрамом кору. Исключительные запасы вольфрама в Южном Китае обусловлены уникальным сочетанием: высокой долей предварительно обогащенной земной коры и интенсивным взаимодействием земной коры и мантии, обусловленным расширением после субдукции.
Исследование убедительно показало, что гранитоиды, образовавшиеся в период 1,8–1,2 миллиарда лет назад в зонах растяжения после субдукции, являются потенциальными мишенями для поиска новых месторождений вольфрама.
Авторы предлагают стратегию разведки, основанную на данных, сочетающих картирование изотопов Nd, выявление геохимических аномалий (соотношения вольфрама и олова, Zr/Hg, Nb/Ta) и машинное моделирование. Перспективными направлениями являются северотихоокеанский регион (Дальний Восток России, Аляска, северо-западная Канада), Центральноазиатский орогенный пояс и восточный Тетийский пояс (районы Черного и Каспийского морей).
Недавно Hi-Tech Mail рассказал об уникальном минерале ядарите, который является земным аналогом вымышленного криптонита из комиксов про Супермена.
