Замечательные ювелирные и технические свойства алмазов и их очень высокая стоимость (для ювелирных кристаллов тысячи долларов за карат, равный 0,2 г) стимулируют постоянные попытки найти новые месторождения этого минерала. Для их эффективного поиска очень важно выяснение генезиса алмазов, содержащих их кимберлитов, закономерностей распространения алмазоносных пород в земной коре и природу этих закономерностей. До последнего времени решить эти задачи было очень трудно, так как все попытки их решения предпринимались на основании господствовавшей в геологии гипотезы холодной гомогенной аккреции (объединения частиц при образовании) Земли. Принципиально новые возможности для решения этой проблемы открывают полученные Владимиром Степановичем Шкодзинским в последние десятилетия доказательства горячей аккреции Земли и фракционирования на ней глобального океана магмы. В свете этих данных образование мантийной литосферы древних платформ, алмаза и остаточных кимберлитовых расплавов обусловлено процессами кристаллизации и фракционирования перидотитового слоя постаккреционного магматического океана (рис. 1).
Рис. 1. Последовательность изменения состава остаточных расплавов при фракционировании перидотитового слоя магматического океана от гарцбургитового к кимберлитовому.
Первые доказательства горячей аккреции были получены для Луны, на которой с помощью сейсмографа, установленного американскими космонавтами, было выявлено присутствие анортозитовой коры мощностью до 100 км и более. Такая кора могла образоваться только путём всплывания плагиоклаза в кристаллизовавшемся океане магмы глубиной около 1000 км (Сафронов, 1969). О присутствии подобного океана на Земле свидетельствует существование трендов магматического фракционирования (изменения состава расплава при кристаллизации) в мантийных ксенолитах (обломках глубинных пород) из кимберлитов и в раннедокембрийских комплексах Алданского щита в Якутии. Первые данные о существовании реликтов расслоенных анортозитсодержащих комплексов в центральной части Алданского щита получены Василием Ионовичем Березкиным. Эти породы ранее включались в составы предполагаемых первично вулканогенно-осадочных толщ: федоровской, холболохской, кюриканской и др. Лишь в результате исследований проведенных в последние годы удалось собрать представительный материал, который убедительно доказывает интрузивную природу и магматическую дифференциацию в этих породах (рис. 2, 3).
Рис. 2. Химический состав расслоенного анортозитсодержащего керакского и дифференцированного агдинского комплексов на диаграмме A–S, где A=Al2O3+CaO+Na2O+K2O, S=SiO2-(Fe2O3+FeO+MgO+MnO+TiO2) вес.%. Линии оконтуривают поля составов главных видов основных плутонических пород нормального ряда Земли по (Классификация …, 1981): А – анортозиты (битовнититы, лабрадориты), Б – габбро, В – нориты, Г – пироксениты. Д – поле пород керакского комплекса.
Другие условные обозначения: 1 − оливин-шпинель-пироксен-роговообманковые кристаллосланцы: высокоглиноземистые (а), умеренно- и низкоглиноземистые (б); 2 − двупироксен-роговообманковые кристаллосланцы: высокоглиноземистые (а), умеренно- и низкоглиноземистые (б); 3 − существенно плагиоклазовые породы: лейкосланцы (а), анортититы (б); 4− ультрамафиты: оливин-шпинель-роговообманково-клинопироксеновые породы (а), пироксен-роговообманковые породы (±шпинель и оливин) (б), шпинелит (в), роговообманково-пироксен-шпинель-оливиновая порода (г); 5 – породы агдинского комплекса. Л-1–Л-7 – средние химические составы лунных основных плутонических пород (Богатиков и др., 1985): Л-1 – анортозитов, Л-2 – лейкогаббро, Л-3 – высокоглиноземистого оливинового габбро, Л-4 – шпинелевых троктолитов, Л-5 – троктолитов, Л-61 – габбро, Л-62 – оливинового габбро, Л-63 – норита и Л-64 – оливинового норита, Л-7 – оливинового меланогаббро.
Рис. 3. Разнородные по минеральному составу и зернистости слои в кристаллических сланцах керакского комплекса (слева) и подобные слои в типичных расслоенных интрузивах (справа) (из работы McBirney and Noyes (1979)) J. Petrol., 20, 487-554.
Согласно выводам Владимира Степановича Шкодзинского увеличение содержания свободного углерода в остаточных расплавах при кристаллизации перидотитового слоя в основании литосферы (рис. 4) могло обусловить длительную (в течение примерно 3 млрд. лет) кристаллизацию в нем алмазов. Небольшая концентрация углерода в расплавах объясняет незначительное содержание алмазов (обычно менее 1 г/т) даже в самых богатых кимберлитах. Большее число выходов ковалентных свободных связей в торцах слоёв роста на алмазах по сравнению с поверхностью приводило сначала к послойной их кристаллизации с образованием идеальных плоскогранных октаэдров.
Рис. 4. Постепенное уменьшение температуры мантии древних платформ на глубине 150 км по результатам обобщения опубликованных данных по Р-Т условиям кристаллизации и изотопному возрасту ксенолитов в кимберлитах. Средние возрасты пород: В – верлитов; Г – гарцбургитов, Л – лерцолитов, Э – эклогитов. Условия образования алмазов: О – октаэдрических, ОГ – октаэдрических грубослоистых, Рд – ромбододека-эдрических, К – кубических, Д – округлых додекаэдров. Стрелки показывают направления увеличения скорости диффузии (Vд) и степени пересыщения расплава углеродом (ΔС).
Внедрение алмазоносных кимберлитовых магм в тех или иных участках земной коры должно было определяться одновременно двумя факторами – присутствием кимберлитовых остаточных расплавов в мантии под этими участками и возникновением под ними тектонических структур, благоприятных для подъёма расплавов. Установленное в прошлом веке знаменитое эмпирическое правило Клиффорда полностью обусловлено первым фактором. По этому правилу алмазоносные кимберлиты присутствуют только в тех участках древних платформ (на кратонах), где распространены кристаллические комплексы с возрастом более 1,6 млрд. лет. В регионах, где нет этих комплексов, следовательно, отсутствовали продукты фракционирования океана магмы, в общем случае, отсутствовал и его перидотитовый слой. Свидетельством глубинного фракционирования магмы могут являться анортозиты. На территории Республики Саха (Якутия) эти горные породы обнаружены различными исследователями в структурах контролирующих размещение алмазоносных кимберлитов (рис. 5).
Рис. 5. Кристаллические комплексы с возрастом более 1,6 млрд. лет (Смелов и др., 2001г.), обнажающиеся и погребенные под осадочным чехлом на территории Якутии. Красным цветом отмечены границы блоков земной коры и глубинных разломов, в которых обнаружены реликты анортозитовых тел. Условные обозначения: 1 – гранит-зеленокаменные террейны: ЗА – Западно-Алданский, БТ – Батомгский; 2 – тоналит-трондьемито-гнейсовые террейны: МВ – Магано-Вилюйский, ТР – Тырынский, БР – Беректинский; 3 – гранулит-ортогнейсовые террейны: СТ – Сутамский, НМ – Нимнырский, ТН – Тюнгский, ДЛ – Далдынский; 4 – гранулит-парагнейсовые террейны: УЧ – Учурский, ХП – Хапчангский; 5 – Зоны тектонического меланжа: Ам – Амгинская, Тр – Тыркандинская, Ул – Улканская, Мг – Маганская, Кт – Котуйканская, Бл – Билляхская, Ол – Оленекская, Кл – Каларская; 6 – позднепротерозойские орогенные пояса: Нр – Нюрбинский, ЛА – Лено-Алданский; 7 – крупные алмазоносные кимберлитовые трубки.
Список основных публикаций сотрудников по теме исследований:
Шкодзинский В.С., Бескрованов В.В. Ранняя история Земли и происхождение уникальных месторождений на древних щитах // Наука и техника в Якутии. 2019. № 1.
Шкодзинский В.С. Глобальная петрология по современным данным о горячей гетерогенной аккреции Земли. Якутск. 2018 244 с.
Шкодзинский В.С. Генезис алмазов кимберлитов // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018, № 2, С. 10 – 17.
Shkodzinskiy V.S. Mоdern data on the Earth’s hot accretion as a basis for scientific revolution in geology // 18 th International multidisciplinary scientifice geoconference SWGEM 2018, V. 18. P. 289-298.
Березкин В.И., Кравченко А.А., Зайцев А.И., Попов Н.В. Дифференцированный метагабброидный комплекс в северо-западной части Суннагинского блока Алдано-Станового щита // Отечественная геология. 2017 (5): 101-110.
Березкин В.И., Кравченко А.А., Смелов А.П. Первые данные о геологии и составе раннедокембрийского анортозит-габбро-троктолитового комплекса в центральной части Алдано-Станового щита // Отечественная геология. 2011 (5): 70-79.
Березкин В.И., Смелов А.П. Малоизвестные анортозиты Алданского щита // Тихоокеанская геология. 1997 (16), № 3, с. 101-112.