CC BY
57
УДК 550.93: 553.3.065:549.3
В.Ю. Кузнецов, А.Ю. Лейн, Ю.А. Богданов, Ф.Е. Максимов, В.Е. Бельтенев, Г.А. Черкашев, В.Н. Струков, И.Е. Жеребцов, П. Е. Жилинский
РАДИОИЗОТОПНАЯ (230та/и- И 210РЬ/РЬ-) гехронология ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СУЛЬФИДНЫХ РУДОПРОЯВЛЕНИЙ В ПРЕДЕЛАХ СРЕДИННО-ОКЕАНИЧЕСКИХ ХРЕБТОВ
Введение. Сульфидные руды, формирующиеся в пределах гидротермальных полей Срединно-океанических хребтов, представляют несомненный интерес, поскольку они рассматриваются в качестве потенциальных ресурсов многих рудных металлов (Си, Zn, Аи, Fe и др.). При этом, одной из важных проблем, решаемых при исследовании этих специфических отложений, является восстановление истории развития гидротермальных рудных процессов, как в пределах индивидуальных полей, так и для океанских рифтовых зон в целом.
Всестороннее исследования (в том числе геохронологические) сульфидных рудных формаций начались с момента их обнаружения в 1978 г. в районе 21° с. ш. вблизи осевой зоны Восточно -Тихоокеанского Поднятия (ВТП) [1, 2]. Позже, в 1985 г., гидротермальные поля были найдены и в пределах Срединно-Атлантического Хребта (САХ) [3] (рис. 1). Как было показано, активизация гидротермальной деятельности в океане и связанное с ней формирование сульфидных отложений имеет эпизодический во времени характер [4-6]. Среди разнообразных аспектов исследования гидротермальных процессов в океане одной из значимых, однако, малоизученных проблем, является датирование этапов рудо-образования, позволяющее восстанавливать их начало и эволюцию, а также решать ряд других вопросов, связанных, например, с разработкой критериев и проведением поисковых работ, оценкой рудных запасов. В настоящее время имеются сведения о возрасте ряда относительно древних гидротермальных полей в пределах Срединно-океанических хребтов, полученных с применением 230ТИ/и-метода датирования (временные пределы ----1000 -2000 — 200000 лет) сульфидных отложений, а также 14С-метода (временные
пределы-----100 -200----50000 лет) определения возраста металлоносных осадков [5-10].
Опубликованных сведений о частоте и продолжительности периодов гидротермальной активности все еще крайне мало.
Особый интерес вызывают рудогенерирующие системы, деятельность которых началась недавно, всего лишь несколько десятилетий назад. Геохронологическое изучение формирующихся таким образом молодых гидротермальных полей возможно лишь с применением короткоживущих природных радиоизотопов, например, 210РЬ с периодом полураспада порядка 22 лет. Однако данные о времени зарождения современной гидротермальной активности носят весьма отрывочный характер. Это связано, в частности, с недостаточным обоснованием теоретических предпосылок практического применения 210РЬ/РЬ-метода датирования сульфидных руд, с одной стороны, и большими сложностями в обнаружении (и наличии) молодых гидротермальных полей в океане, с другой стороны.
© В. Ю. Кузнецов, А. Ю. Леин, Ю. А. Богданов, Ф. Е. Максимов, В. Е. Бельтенев, Г. А. Черкашев, В. Н. Струков, И. Е. Жеребцов, П. Е. Жилинский, 2008
С учетом выше изложенного, основными целями настоящей работы являлись:
1) датирование 230ТЬШ-методом рудных отложений для получения новых данных о времени формирования гидротермального поля «Ашадзе-1» (СрединноАтлантический хребет, САХ);
2) обобщение всех накопленных нами геохронологических данных по 230ТИ/и-датировкам рудных отложений полей «Логачев-1», «Логачев-2», «Рейн-боу», «Краснов», «Ашадзе-1» и «Ашадзе-2» для получения сведений о временных этапах активизации гидротермальной деятельности в пределах Срединно-Атлантического хребта (САХ);
3) проработка основных теоретических положений 210РЪ/РЪ-метода датирова-
50°
30°
10°
Рис.1. Схема Срединно-Атлантического хребта с обозначением гидротермальных полей «Логачев-1,-2», «Рейнбоу», «Краснов», «Ашадзе-1,-2»
ния океанских сульфидных руд (на материале отложений поля «9°50' с. ш.» (ВосточноТихоокеанское поднятие, ВТП));
4) оценка возрастных параметров этих отложений, формирующих новую рудную залежь в результате зарождающейся гидротермальной циркуляции в пределах поля «9°50' с. ш.» (ВТП).
Геологическая позиция и краткая характеристика гидротермального поля «Ашадзе-1» (САХ). Активное гидротермальное поле «Ашадзе-1» (12°58,4' с. ш., 44°51,8' з. д.) открыто в 2003 г. в рейсе НИС «Профессор Логачев», организованном ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология [11, 12]. Оно расположено на поверхности «нижней» террасы в подножье западного борта рифтовой долины в диапазоне глубин 4100 - 4200 м и пространственно связано с глубинными породами габбро-перидотитового комплекса. В пределах поля выявлены 3 крупных тела общей площадью 0.014 кв. км [12] (рис. 2).
Геологическая позиция и краткая характеристика гидротермального поля «9°50Г с. ш.» (ВТП). Гидротермальное поле «9°50' с. ш.» расположено в пределах сегмента Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП), ограниченного с севера на 10°10' с. ш. трансформным разломом Клиппертон, а с юга на 9°03' с. ш. оверлеппингом (рис. 3). До конца 80-х годов в пределах поля наблюдалась развитая гидротермальная деятельность. В 1991 г. произошло излияние магмы, лавовыми потоками которой были погребены функционировавшие источники и биота. Последующие экспедиции в этот район ВТП отмечали зарождение и развитие гидротермальных процессов во времени [13]. Пробы гидротермальных образований получены и описаны в 2003 г. в 49-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» во время погружений ГОА «Мир» [13].
В настоящее время наиболее крупные гидротермальные тела локализованы в самой мелководной части указанного выше сегмента спредингового хребта на глубине порядка 2540 м в районе 9°50' с. ш. Протяженность поля вдоль оси хребта около 1 км, здесь встречено 6 активных и несколько реликтовых гидротермальных формаций. Они включают разные типы образований: активные гидротермальные трубы, диффузоры (чаще всего
увные обозначения
Площади развития: а — коренных пород, частично перекрытых осадками б — сплошного развития осадков
Рельеф поверхности
Скальный на коренных породах (габброиды, перидотиты) Глыбовые развалы коренных пород Полого-холмистый на подушечных лавах
Равнинный
Элементы рельефа
Ложбины и троги в крутых склонах (разломы)
Криптолинеаменты
Уступы:
а — крупноамплитудные б — малоамплитудные
Гребни гряд
Склоны: а — пологие б — крутые
Поднятия
Конусообразные формы невыясненного генезиса
Рис. 2. Позиция гидротермального поля «Ашадзе-1» в пределах сегмента САХ
активные), преимущественно реликтовые гидротермальные плиты, небольшие реликтовые трубы. Результатами химического и минералогического анализов гидротермальных отложений из этих построек установлено наличие начальной стадии функционирования рудогенерирующей системы и связанного с ней становления гидротермального рудообра-зования на этом участке ВТП [13].
230Т^и-датирование рудных отложений гидротермального поля «Ашадзе-1» (САХ)
Основные положения 230ТН/и-метода датирования сульфидных руд. В настоящей работе для геохронологического изучения сульфидных формаций использован уран-тори-евый (230Th/234U) метод, применение которого возможно лишь при наличии определенных физико-химических условий в океане. Так, гидротермальный флюид, просачиваясь к поверхности дна через океанскую кору, имеет в своем составе незначительные (почти на два порядка меньше, чем в морской воде) количества урана [14]. Этот гидротермальный раствор (с характерными для него восстановительными условиями среды), попадая в придонную воду, способствует, как предполагается, переходу растворенного в океане UVI в малорастворимое и легко сорбируемое состояние урана — UIV, который и соосаждается с сульфидами выносимых флюидом металлов [9, 15]. В результате, уран (без своих дочерних нуклидов) в составе сульфидных отложений концентрируется на дне в заметных количествах - иногда до 10 и более ppm (n^10-6 г U/ г образца), из которого со временем накапливается 230Th [15]. Таким образом, для определения возраста этих формаций необходимо знать величину
44°52,5 з. д.
44°52
44°51,5' 44°51' з. д.
Масштаб 1:25 000
Граница днища рифтовой долины
а7 £ Границы террасы: а — бровка >■* ■
Гидротермальное поле «Ашадзе-1»
Изобаты (сечение 50 м)
Усл
і £, ¿1
vy
т
б
отношения активностей 230Th/234U на сегодняшний день.
Основные предпосылки уран-ториевого метода датирования сульфидных океанских отложений изложены в работах [9, 15, 16, 17] и заключаются в следующем:
1) осаждающиеся из гидротермального раствора сульфиды должны содержать уран без своего дочернего радионуклида 230Th;
2) сульфидные отложения должны представлять собой закрытые геохимические системы по отношению к урану и торию;
3) в образцах сульфидных руд должны отсутствовать заметные количества терриген-ных урана и тория.
В том случае, если предпосылки уран-ториевого метода выполняются, возраст отдельных образцов сульфидных отложений рассчитывается по формуле [18]:
230Th/234U=238U / 234U [1 - exp -Л2зо‘] + [^230 /(l230 -
-^234)] X [1 - 238и / 234и][1 - еХр-(Х234Лз<Р / ‘] (1)
где ^230 и ^234 - постоянные распада 230ТИ и 234и;
230ТИ, 234и и 238и - удельные активности этих изотопов, измеренные в изучаемой пробе.
Экспериментальная часть. Выделение микроколичеств изотопов урана и тория из образцов сульфидных руд производилось с использованием радиохимической методики
[17, 19], основанной на выщелачивании проб сульфидных руд (2-5 г) смесью кислот НМ03-НС1, концентрировании исследуемых радионуклидов на гидроксиде железа, очистке от примесей и разделении урановой и ториевой фракций методом анионообменной хроматографии, электроосаждении и альфа-спектрометрическом определении 238и, 234и, 232ТИ, 230Тк Полученные результаты приведены в табл. 1.
Рис.3. Положение гидротермальных построек (ВУ М, Q, МВ, Р и т.д.) на поле 9°50' с. ш.
(в настоящей работе изучены образцы отложений из построек BV и Р).
Таблица 1
Результаты радиохимического анализа и 230ТЪ/и-датировки образцов сульфидов гидротермального поля «Ашадзе-1»
№ 238U (10-6 г U/г образца.) 238U (расп/ мин-г) 234U (расп/ мин-г) 234U/238U 232Th (расп/ мин-г) 230Th (расп/ мин-г) 230Th/234U Возраст (тыс. лет)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1319- Т-1* 0,63±0,03 0,45±0,02 0,52±0,02 1,16±0,07 не обн. 0,029±0,007 0,056±0,013 6,2±1,5
1319- Т-2* 0,26±0,02 0,19±0,02 0,24±0,02 1,27±0,12 не обн. 0,015± 0,004 0,064±0,016 7,2±1,8
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1312- Т-2* 0,46±0,03 0,33±0,02 0,40±0,02 1,19±0,09 не обн. 0,018±0,003 0,045±0,008 5,0±0,9
1021- Т* 1,16±0,06 0,84±0,04 0,99±0,05 1,19±0,07 не обн. 0,019±0,003 0,019±0,003 2,1±0,3
1008- М-6 0,21±0,06 0,15±0,04 0,25±0,05 - не обн. <0,006 - <2
1354- Т-3 0,07±0,06 0,05±0,02 0,11±0,02 - не обн. <0,002 - <2
1319- Т-3/2 1,48±0,05 1,06±0,03 1,29±0,04 1,21±0,04 не обн. 0,039±0,004 0,030±0,003 3,3±0,3
1354- Т-5 0,63±0,03 0,46±0,02 0,55±0,02 1,21±0,07 не обн. 0,035±0,003 0,063±0,005 7,1±0,6
Примечание: * — образцы, изученные авторами ранее [17, 20].
Тестирование основных положений того или иного метода радиохронологии (в данном случае 230ТЪ/и-метода) является необходимой процедурой при геохронологических исследованиях объектов окружающей среды, тем более таких сложных в вещественногенетическом отношении донных формаций, как сульфидные руды, химический и минеральный состав которых может существенно варьировать не только при переходе от одного гидротермального поля к другому, но и внутри какого-либо отдельно взятого поля [13]. Анализ полученных данных, детально проведенный нами для ранее исследованных отложений гидротермальных полей «Логачев-1», «Логачев-2», «Рейнбоу», «Краснов», «Ашадзе-1» и «Ашадзе-2», и результатов настоящей работы (см. табл. 1), убедительно свидетельствуют о выполнимости основных предпосылок 230ТЪ/и-метода и правомерности его практического применения [9, 17, 20]. Как видно из табл. 1, новые датировки образцов сульфидов <2.0, 3,3±0,3 и 7,1±0,6 тыс. лет вполне укладывается во временной интервал активизации гидротермальной деятельности в пределах поля «Ашадзе-1», определенный нами ранее — приблизительно (0-7) тыс. лет назад [15, 20].
Все имеющиеся данные [9, 17, 20] и приведенные в настоящей работе 230ТЬ/и-датировки сульфидных отложений САХ в пределах гидротермальных полей «Логачев-1», «Логачев-2», «Рейнбоу», «Краснов», «Ашадзе-1», «Ашадзе-2» (см. рис. 1) сведены в табл. 2. Эти данные подтверждают сделанное нами ранее предварительное заключение о возможном наличии четырех этапов активизации гидротермальной деятельности в позднем плейстоцене-голоцене в пределах Срединно-Атлантического хребта - 0-7, 16-23, 33-41 и 58-65 тыс. лет назад [15].
Таблица 2
230ТИ/и-датировки образцов сульфидных руд исследованных гидротермальных полей Срединно-Атлантического хребта (включая результаты, приведенные нами в (17))
№ Логачев-1 14° 45,2' с. ш. 44° 58,8' з. д. тыс. лет Логачев-2 14° 43,2' с. ш. 44° 56,2' з. д. тыс. лет Рейнбоу 36° 13,8' с ш. 33° 54,3' з. д. тыс. лет Краснов 16° 38'с. ш. 46° 28,5' з. д. тыс. лет Ашадзе-1 12° 58,5' с ш. 46° 28,5' з. д. тыс. лет Ашадзе-2 12° 59,3' с. ш. 44° 54,45'з. д. тыс. лет
1 2 3 4 5 6 7
1 16,8 ±1,0 3,9 ± 0,4 2,2 ± 0,3 33,3 ± 1,7 < 2 16,8 ± 0,6
1 2 3 4 5 6 7
2 16,5 ± 2,1* 3,9 ± 0,6 35,3 ± 1,8 < 2 21,1 ± 1,1
3 58,2 ± 4,4 <22,0 37,8 ± 1,9 2,1 ± 0,3 22,2 ± 1,3
4 58,6±4,6* 23,0 ± 1,5 40,9 ± 2,5 3,3 ± 0,3 23,4 ± 2,8
5 61,8 ± 3,7 5,0 ± 0,9
6 61,9 ± 2,8 6,2 ± 1,5
7 65,1 ± 3,7 7.1 ± 0,6 7.2 ± 1,8
Примечание:* — результаты получены С. Lalou е! а1,, 1996 [15].
210РЬ/РЬ-датирование сульфидных руд гидротермального поля «90,50' с. ш.» (ВТП)
Основные положения 210РЬ/РЬ-метода датирования сульфидных отложений.
В начале 70-х годов прошлого столетия был предложен 210РЬ-метод определения возраста озерных (впоследствии также и морских шельфовых, эстуарных) осадков [21, 22]. Он основан на нарушении радиоактивного равновесия в природном ряду 238и, одним из составляющих звеньев которого является 210РЬ, за счет эманирования в атмосферу газообразного 22^п, члена того же семейства урана. Посредством радиоактивных превращений короткоживущих изотопов в атмосфере образуется 210РЬ, который затем выводится оттуда совместно с осадками и пылью, попадает в водоемы и накапливается в донных отложениях. Практические возможности 210РЬ-метода ограничиваются требованиями постоянства потока 210РЬ в осадки и скорости седиментации во времени, а также отсутствия его миграции в осадочной толще [23, 24]. Формирование сульфидных отложений происходит по иному, чем образование осадков, механизму, за счет материала, поступающего к поверхности океанского дна в составе гидротермального раствора, и выполнимость первых двух предпосылок их 210РЬ-датирования вызывает определенные сомнения. В этом случае применяется модификация метода, основанная на использовании значения отношения 210РЬ/РЬ в рудных образцах.
В работах [8, 16, 25, 26, 27, 28] показано, что почти весь свинец (210РЬ и РЬ стабильный), обнаруживаемый в сульфидных формациях, концентрируется в них в результате осаждения гидротермального материала. Действительно, содержание общего свинца в сульфидах из поля «21° с. ш.» ВТП, измеренное и приведенное в [26], достигало 440^10-6 г/г, тогда как в морской воде его концентрация составляла только Ы0-9 г/кг [26]. Кроме того, в ряде исследований [16, 26] найдено, что активность 22^а во взвешенных частицах выходящего флюида и стенах дымоходов очень мала, и доля поддержанного 210РЬ его материнским изотопом 22^а крайне незначительна. Таким образом, создаются условия, когда практически весь 210РЬ в сульфидных отложениях является избыточным по отношению к своему предшественнику 22^а, а сам радиоизотоп свинца можно использовать для определения возраста рудных формаций. Однако во многих работах приводятся сведения о флуктуациях в концентрации свинца не только в отложениях в пределах какого-либо поля, но и в образцах, формирующихся непосредственно от одного гидротермального источника [28, 29]. Подобное непостоянство скорости накопления свинца делает невозможным применение 210РЬ для датирования сульфидов. Поэтому в настоящее время используется отношение 210РЬ/РЬ для определения времени зарождения гидротермальной активности
и изучения хронологии формирования молодых, с возрастом от первых нескольких лет до 100 -120 лет, сульфидных образований. При этом, справедливо предполагается, что отнесение 210РЬ к РЬ стабильному «нивелирует» колебания в темпах поступления радиоактивного свинца в рудные отложения [8, 16, 25, 27].
Основные теоретические положения 210РЬ/РЬ метода датирования гидротермальных образований заключаются в следующем:
1) в отложениях отсутствует миграция изотопов свинца;
2) величина 210РЬ/РЬ в осаждающихся сульфидах остается постоянной во времени (по крайней мере, на протяжении последних 100 -120 лет).
В случае выполнимости этих положений, распределение значения 210РЬ/РЬ от поверхностного слоя к нижележащим горизонтам образца должно носить экспоненциальный характер и определяться периодом полураспада 210РЬ. Тогда возраст сульфидных отложений вычисляется по формуле (2) из [18]:
г = (Ш210) • 1п (Нп/м0), (2)
где N — значение 210РЬ/РЬ в слое п, М0 — значение 210РЬ/РЬ в поверхностном слое, ^210 — постоянная распада 210РЬ.
Экспериментальная часть. На первом этапе исследований были проведены радиохимические анализы образцов сульфидов для определения содержаний (удельных активностей) изотопов урана и тория и оценки возрастных характеристик гидротермальных образований поля “9°50' с. ш.” (ВТП) с применением 230ТЪ/и-метода.
Выделение микроколичеств изотопов урана и тория из образцов сульфидных руд производилось с использованием приведенной выше радиохимической методики [9, 15, 19]. Полученные результаты сведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты радиохимического анализа образцов сульфидных формаций гидротермального «9°50' с. ш.» ВТП
№ 238и расп./мин. гр. обр. 234и расп./мин. гр. обр. 2301Ъ расп./мин. гр. обр. 2321Ъ расп/мин гр. обр. 230ть/234и 234и/238и Возраст, лет
4668-1 0,172 +/-0,003 0,207 +/-0,003 <0, 0028 на пределе опред. <0, 0133 1,204 +/-0,018 <1450
4669/2-1Р 0,700 +/-0,016 0,741 +/-0,017 <0, 0027 на пределе опред. <0, 0036 1,058 +/-0,020 <390
4668/3 0,473 +/-0,009 0,538 +/-0,010 <0, 0031 на пределе опред. <0, 0058 1,137 +/-0,019 <630
4668/6-^ 0,205 +/-0,007 0,233 +/-0,007 <0, 0041 на пределе опред. <0, 0174 1,134 +/-0,042 <1900
Данные табл. 3 свидетельствуют о том, что удельная активность 230ТИ в образцах находится фактически на уровне радиоактивного фона (почти на пределе детектирования). Это означает, что возраст исследованных сульфидных образований меньше нижнего предела 230ТЪ/и-метода порядка 1000-2000 лет. В этом случае для уточнения времени формирования этих рудных формаций необходимо применение 210РЬ/РЬ-датирования.
В настоящей работе определение содержания 210Pb осуществлялось по его дочернему продукту 210Po с периодом полураспада 138 дней, который находится в сульфидных образованиях в радиоактивном равновесии с материнским свинцом. Выделение 210Po производилось согласно методике, основанной на растворении 2-5 г образца в смеси кислот 7 M HNO3 + 6 M HCl, высушивании и переведении остатка в раствор (0,5 M HCl) и альфа-спектрометрическом измерении активности полония [16].
Для учета возможного присутствия в пробах радиогенного 210Pb, с помощью метода недеструктивной гамма-спектрометрии проводилось определение 226Ra, материнского изотопа по отношению к 210Pb. Полученные результаты сведены в табл. 4.
210РЬ/РЬ-датирование образцов сульфидов из гидротермального поля «9° 50'» с. ш. Результаты послойного радиохимического анализа образцов приведены в табл. 4. Эти данные показывают практически полное отсутствие материнского изотопа 226Ra (измеренного в 2-х пробах) и свидетельствуют, что почти весь обнаруженный в образцах 210Pb является избыточным по отношению к своему предшественнику - радию. Это создает предпосылки (приведенные выше) практического применения 210Pb/Pb метода для датирования рудных формаций. Так, считается, что постседиментационная миграция свинца, как, впрочем, и полония, по радиоизотопу (210Po) которого определяется содержание 210Pb в образцах, маловероятна, исходя из их общих геохимических свойств [24, 26]. По данным работ [30, 31] растворимость сульфидов этих металлов оценивается величинами порядка 1,0 •Ю-28 и 5,5 •10-29 для PbS и PoS, соответственно.
Основным условием практического применения этого метода датирования сульфидных отложений является требование об экспоненциальном понижении значения отношения 210Pb/Pb от поверхности вглубь рудного субстрата. Как видно из данных табл. 4, для всех образцов наблюдается неравномерность в распределении величины этого отношения, не соответствующего ожидаемой экспоненте.
Таблица 4
Результаты определения изотопов свинца и радия в образцах сульфидных формаций гидротермального поля «9”50' с. ш.» ВТП
Обр. 4668-1 (фрагмент верхушки колчеданной активной трубы)
Слой, мм 2I0Pb расп/мин- г Pb р,г/г 210Pb/Pb расп/мин- р,г 226Ra расп/мин- г
1 in 1 о 196,8±18,0 460 0,43±0,04 2,8±0,4
2 1 in 158,8±17,5 350 0,45±0,04 0,7±0,4
3 9 -12 80,0±9,0, 300 0,27±0,03 1,4±0,4
4 12-18 45,4±5,3 101 0,45±0,04 2,3±0,7
Обр. 4969/2-1р (фрагмент гидротермальной активной трубы)
«оо мой, 210Pb расп/мин- г Pb р,г/г 210Pb/Pb расп/мин- р,г 226Ra расп/мин- г
1 0-2 25,5±2,5 56 0,46±0,04 0,9±0,6
2 4 - 2 28,1±2,8 50 0,56±0,05 0,9±0,4
3 4 - 6 18,3±2,0 34 0,54±0,05 0,9±0,6
4 9 - 6 22,6±2,1 60 0,38±0,04 1,3±0,6
Слой, мм 21°РЪ расп/мин- г РЪ рг/г 210РЪ/РЪ расп/мин- рг
1 0-5 464±28 1800 0,26±0,02
2 5-8 434±24 1370 0,32±0,03
3 8-13 462±26 1170 0,39±0,03
4 13-17 349±19 1000 0,35±0,03
5 17-20 200±12 750 0,27±0,03
Обр. 4668/6-IBV (фрагмент активного диффузора у подножия активной постройки)
Слой, мм 210рЪ расп/мин- г РЪ рг/г 210РЪ/РЪ расп/мин- рг
1 0-5 20,2±1,8 360 0,056±0,006
2 0 -1 5 27,8±2,6 670 0,041±0,004
3 10-15 16,4±3,4 290 0,056±0,012
4 15-20 21,7±3,7 95 0,228±0,039
Вероятно, формирование образцами рудного материала осуществлялось не по классической схеме — “частица за частицей”, подобно накоплению осадочного вещества в пелагических условиях океана, или же в озерных и морских шельфовых отложениях, обычно датируемых 210РЬ- или 210РЪ/РЪ-методом. В данном случае формирование этих рудопроявлений происходит за счет осаждения сульфидов металлов из плюма, рассеивающегося в придонной воде, или же в результате поступления рудного материала, например, за счет инфильтрации флюидов сквозь отлагающиеся сульфидные формации или рыхлую осадочную толщу. Очевидно, также, что оба эти процесса могут протекать одновременно. Все это и приводит, скорее всего, к флуктуациям в распределении отношения 210РЬ/РЬ в анализированных пробах. В этой ситуации, когда в образцах обнаруживаются избыточные над материнским изотопом 22^а количества нераспавшегося дочернего 210РЬ, совершенно правомерно утверждать, что возраст изученных рудных отложений укладывается в пределы датирования 210РЬ/РЬ метода - от первых нескольких лет до 100-120 лет. Дополнительная сложность в определении возраста изученных отложений связана с трудностями в точном выявлении позиции (или, ориентации) того или иного образца в толще рудного материала и, соответственно, идентификации, например, внешнего, обращенного к морской воде, и внутреннего, контактирующего с проходящим флюидом, слоя стенки «дымохода». Применение 210РЬ/РЬ метода вполне может быть правомерным, если, например, утолщение стенки «трубы» происходит только лишь в направлении морской среды («вовне») или же, наоборот, в сторону движущегося гидротермального флюида («вовнутрь»). В этом случае можно однозначно зафиксировать поверхностный (или «нулевой») горизонт, в котором величина 210РЬ/РЬ должна быть максимальной с последующим ее понижением по мере заглубления в толщу рудного вещества. Участие какого-либо иного механизма (или наложение вышеуказанных процессов) накопления гидротермального материала делает невозможным применение 210РЬ/РЬ метода, основанного на изучении распределения изотопного соотношения свинца в субстрате образца, для установления корректного количественного значения его возраста.
С большей долей уверенности можно получать датировки, основываясь на сопоставлении значений отношения 210РЬ/РЬ непосредственно в гидротермальном флюиде и в образце сульфидных формаций (стенке «трубы» или окружающих ее сульфидных насыпей). Подобным образом был установлен возраст сульфидов гидротермального поля «21° с. ш.» ВТП [25]. Авторы имели данные по отношению 210РЬ/РЬ, установленного в работе [25] в пробе гидротермального флюида одного из «курильщиков» этого же поля. Полученные таким путем возрастные параметры в пределах ~23 —54 лет нельзя, тем не менее, рассматривать как окончательные. Это объясняется тем, что для расчета их возраста использовались данные по 210РЬ/РЬ для ряда образцов, формирующихся по всей площади поля, и сопоставлялись затем с установленным несколькими годами ранее значением этого отношения только лишь в одной пробе выходящего из «дымохода» флюида (1,8 расп/мин на цг РЬ стабильного). В своей следующей работе эти же исследователи с соавторами [8] получали возрастные данные для полей ТАГ (26° с. ш., Срединно-Атлантический хребет, САХ) и Снейкпит (23° с. ш., САХ). Они сравнивали данные по отношению 210РЬ/РЬ в сульфидных отложениях и фильтратах гидротермальных флюидов от источников рудного материала (по одному «курильщику» из каждого поля). Известно, однако, что концентрации рудных металлов (в том числе свинца) в пробах сульфидов могут существенно варьировать в пределах одного и того же гидротермального поля [29]. Не исключено, что и величина 210РЬ/РЬ может меняться при переходе от одного «курильщика» к другому.
Учитывая все изложенное выше, можно заключить, что для получения достоверного значения возраста молодых сульфидных руд в пределах выбранного поля необходимо проведение более широких радиохимических исследований, включающих:
1) установление значения 210РЬ/РЬ в пробах гидротермального раствора (точнее в частицах взвеси), выходящего из каждого отдельного «курильщика», и окружающих его сульфидных насыпей;
2) послойное определение значения этого отношения и его распределения в сульфидных формациях, отлагающихся вблизи источников рудного материала;
3) получение датировок, рассчитанных по соотношению значений 210РЬ/РЬ в гидротермальном флюиде и сульфидных образованиях, с одной стороны, и возрастных параметров, оцененных по распределению 210РЬ/РЬ в рудных образцах;
4) сопоставление и корреляции полученных таким образом радиохимических и геохронологических данных.
Кроме того, в экспедиционных условиях необходимо проводить детальное описание отбираемых образцов, включая их точную позицию (ориентацию) в толще гидротермальных отложений (в стенке трубы, окружающих ее рудных насыпей).
Заключение. Экспериментальное подтверждение основных теоретических положений уран-ториевого метода результатами радиохимических анализов сульфидных руд из гидротермального поля «Ашадзе-1» позволило получить новые 230ТЪ/и-датировки для этого участка САХ. Их сопоставление с возрастными параметрами, определенными нами ранее для гидротермальных полей «Логачев-1», «Логачев-2», «Рейнбоу», «Краснов», «Ашадзе-1», «Ашадзе-2» дает основание предполагать наличие четырех этапов активизации гидротермальной деятельности в пределах Срединно-Атлантического хребта на протяжении последних ~65 тыс. лет: один современный (0-7) и три более древних — 16-23, 33-40 и 58-65 тыс. лет.
Полученные с применением 210РЬ/РЬ-метода возрастные данные для поля «9°50' с. ш.» ВТП носят лишь оценочный характер, поскольку точно не установлено,
какие процессы и в каком соотношении определяют формирование исследованных образцов сульфидных отложений. Вполне правомерно заключить, что возраст этих формаций укладывается в пределы датирования 210Pb/Pb метода — от первых нескольких лет до 100 -120 лет. С большей долей уверенности можно получать датировки, основываясь на сопоставлении и корреляции радиохимических и геохронологических данных изучения гидротермального флюида и сульфидных формаций (включая послойные анализы образцов из стенки «трубы» или окружающих ее сульфидных насыпей).
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (Проекты N 05-05-64925, 08-05-00919).
Summary
Kuznetsov V Yu., Lein A. Yu., Bogdanov Yu. A., Maksimov F.E., Bel’tenev V.E., Cherkashov G. A., Strukov V N., Zherebtsov I. E., Zhilinskiy P. E. Radioisotope (230Th/U- and 210Pb/Pb-) geochronology of hydrothermal sulfide ore formations within the range of the mid-oceanic ridge.
The new results of 230Th/U-dating of sulfide ore formations from the “Ashadze-1” hydrothermal field have confirmed the presence of the modern ore-forming stage during the last ~ 7 thousand years within the range of the Mid-Atlantic Ridge with three older ones during ~ (16-23), (33-41) and (58-65) thousand years. Opportunities and restrictions of the practical use of the 210Pb/Pb-method of young sulfide ores dating from the «9°50 N» hydrothermal field at the Eastern Pacific Rise are considered. Geochronological data obtained have only an assessed character which testify that the age of these formations does not exceed 100-120 years.
Литература
1. Francheteau J., Needham H. D., Choukroune P., Juteau T., Seguret M., BallardR. D., Fox P. J., Normark W, Carranza A., Cordoba D., Guerrero J., Rangin C., Bougault H., Cambon P., Hekinian R. Massive deep-sea sulfide ore deposits discovered on the East Pacific Rise? // Nature. 1979. Vol. 277. 2. RISE Project group: Spiess F. N., MacdonaldK.C. and20 others. East Pacific Rise: Hot springs and geophysical experiment // Science. 1980. Vol. 207. 3. ElderfieldH., Klinkhammer G., Nelsen T, RonaP., Trefry J. Black smokers on the Mid-Atlantic Ridge // EOS. Amer. Geoph. Union Transactions. 1985. V. 66. 4. Лисицын А.П., Богданов Ю.А., ГурвичЕ.Г. Гидротермальные рудопроявления рифтовых зон океана. М., 1990. 256 с. 5. Богданов Ю.А. Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта. М., 1997. 167 с. 6. Гурвич Е.Г. Металлоносные осадки Мирового океана. М., 1998. 340 с. 7. Lalou C., Thompson G., Rona P.A., Brichet E., Jehanno C. Chronology of selected hydrothermal Mn oxide deposits from the trans-Atlantic geotraverse “TAG” area, Mid-Atlantic Ridge 260N // Geochimica Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50. 8. Lalou C., Reyss J.L., BrichetE., ArnoldM., Thompson G., Fouquet Y., Rona P.A. New age data for MAR hydrotermal sites: TAG and Snakepit chronology revisited // Journal of Geophysical Research. 1993. Vol. 98. 9. Kuznetsov V., Cherkashev G., Lein A., Shilov V, Maksimov F., Arslanov Kh., Stepanova T., Baranova N., Chernov S., Tarasenko D. 230Th/U dating of massive sulfides from the Logatchev and Rainbow hydrothermal fields (Mid-Atlantic Ridge). Geochronometria. 2006. Vol. 25. 10. Cherkasev G. A. Hudrothermal input into sediments of the Mid-Atlantic Ridge // Parsson, L.M., Walker, C.L. and Dixon, D.R. (eds.) Hydrothermal Vents and Processes. Geological Society London, Special Publication. 1995. Vol. 87. 11. Beltenev V, Shagin A., Markov V, Rozhdestvenskaya I., Cherkashov G., Stepanova T., Fedorov I., Rumyantsev A., Poroshina I. A new hydrothermal field at 16°38.4’ N, 46°28.5’ W on the Mid-Atlantic Ridge // InterRidge News. 2004. Vol. 13. 12. Иванов В.Н., Бельтенев В.Е., Сергеев М.Б. и др. Гидротермальное рудообразование в районе 130 с. ш., Срединно-Атлантический Хребет // Геология морей и океанов. Тезисы докладов XVI Международной школы морской геологии. Москва. ГЕОС. 2005. Том I. 13. Богданов Ю. А., Леин А. Ю., Ульянов А. А., Масленников В. В., УльяноваН. В., Сагалевич А. М. Начальная фаза гидротермального рудонакопления на поле 9°50' с. ш. Восточно-Тихоокеанского поднятия. Океанология. 2006. Т. 46. № 1. 14. Chen G. J., WasserburgK.L., von Damm, Edmond J. M. The U-Th-Pb systematic in hot springs of the East Pacific Rise at 210N and Guaymas Basin // Geochimica et
Cosmochimica Acta. 1986. Vol. 50. 15. Lalou C., Reyss J.L., Brichet E., Krasnov S., Stepanova T., Cherkashev G., Markov V. Initial chronology of a recently discovered hydrothermal field at 14045’N, Mid-Atlantic Ridge // Earth and Planet. Sci. Lett. 1996. Vol. 144. 16. Lalou C., BrichetE. On the isotopic chronology of submarine hydrothermal deposits. Chem. Geol // 1987. Vol. 65. 17. Кузнецов В.Ю., Черкашев Г.А., Леин А.Ю., Бельтенев В.Е., Максимов Ф.Е., Шилов В.В., Степанова Т.В., Чернов С. Б., Баранова Н.Г., Тарасенко Д.И. Возраст гидротермальных руд Срединно-Атлантического хребта (по данным 230Th/U-датирования) // Вестн. СПбГУ. 2007. № 2. 18. Uranium-series Disequilibrium: Applications to Earth, Marine and Environmental Sciences / Ed. by Ivanivich M., Harmon R.S. 2nd Edn. Clarendon Press, Oxford. 1992. 902 p. 19. Kuznetsov VYu., Arslanov Kh.A., Shilov V. V, Cherkashev G. A. 230Th-excess and 14C dating of pelagic sediments from the hydrothermal zone of the North Atlantic // Geochronometria. 2002. Vol. 21. 20. Kuznetsov V, Cherkashev G., Bel’tenev V, Shilov V, Maksimov F., Stepanova T., Chernov S., Baranova N.G., Tarasenko D. 230Th/U-dating of massive sulfides from the “Ashadze-1” and “Ashadze-2” hydrothermal fields (Mid-Atlantic Ridge) // Abstracts of International Conference “Minerals of the Ocean-3. Future developments. 19-23 June, 2006. St. Petersburg. 21. Krishnaswami S., LalD., Martin J. M., Meybeck M. Geochronology of Lake Sediments // Earth and Planet. Sci. Lett. 1971. Vol. 11. 22. Koide M., Bruland K. W., Goldberg E. Th228/Th232 and Pb210 geochronologies in marine and lake sediments // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1973. Vol. 37. 23. Кузнецов Ю.В. Радиохронология океана. М., 1976. 24. КупцовВ.М. Абсолютная геохронология донных осадков океанов и морей. М., 1986. 25. Lalou C., Brichet E. Ages and implications of East Pacific Rise sulphide deposits at 21oN. Nature. 1982. Vol. 300. 26. Finkel R. C., Macdougall J. D., Chung Y. C. Sulfide precipitates at 210 N on the East Pacific Rise: 226Ra, 210Pb and 210Po // Geophysical Research Letters. 1980. Vol. 7. No 9. 27. German C.R., Colley S., Palmer M. R., Khripounoff A., Klinkhammer G. P Hydrothermal plume-particle fluxes at 130 N on the East Pacific Rise // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2002. Vol. 49. No 11. 28. Леин А.Ю., Черкашев Г.А., Ульянов А.А. Минералогия и геохимия сульфидных руд полей Логачев-2 и Рейнбоу: черты сходства и различия // Геохимия. 2003. N 3. 29. Богданов Ю.А., Бортников Н.С., Викентьев И.В., Леин А.Ю., Гурвич Е.Г., Сагалевич А.М., Симонов В.А., Икорский С.В., Ставрова О.О., Аполлонов В.Н. Минералого-геохимические особенности гидротермальных сульфидных руд и флюида поля Рейнбоу, ассоциированного с серпентинитами, Срединно-Атлантический хребет (36°14' с. ш.) // Геология рудных месторождений. 2002. Т. 44. N 6. 30. Latimer W.M., Hildebrand J.H. Reference Book of Inorganic Chemistry. New York, 1951. 31. BagnallK.W. The chemistry of Selenium, Tellurium and Polonium. Elsevier, Amsterdam. 1966.
