Работая на вулкане Шивелуч я впервые принял участие в процессе сбора мантийных ксенолитов. Это оказалось увлекательное занятие, чем-то напоминающее сбор грибов и вполне себе сравнимое с поисками метеоритов (в пустынях Чили или в Антарктиде), когда знания не так важны как внимательность и везение (что однажды очень тонко подметил эксперт, рецензировавший наш проект РНФ).
Что же такое "ксенолит" и как его распознать?
Сам по себе ксенолит это "обломок породы в породе". Этимология слова подразумевает чужеродную природу "ксенолита" относительно матрикса в котором мы его видим.
Ксенолиты бывают мантийные и коровые.
Мантийные ксенолиты - породы мантийного происхождения, вынесенные на поверхность и заключённые в эффузивные или интрузивные породы:
- Перидотиты. Характеризуются высокими температурами (1100–1200 °C) и большими глубинами образования;
- Эклогиты. Происходят в результате парциального плавления субдуцированной океанической коры и взаимодействия полученных расплавов с вышележащими перидотитами;
- Флогопит-содержащие ксенолиты. Более низкотемпературные и низкобарические породы, формировались в условиях верхней мантии при участии калий-содержащих флюидов.
Чаще всего ксеногенная природа мантийных ксенолитов отчётливо видна невооружённым глазом (фото ниже): резкие контакты с вмещающей породой и, часто - реакционные каймы, в случае ксенолитов с вулкана Шивелуч представленные агрегатами кристаллов амфибола близкого по составу к базальтической роговой обманке.
В отдельных случаях, когда ксенолит и порода матрикса выветриваются примерно с одинаковой скоростью и имеют близкий вещественный состав, ксенолиты бывает трудно различить на поверхности породы.
Большая часть ксенолитов, собранных на пирокластическом потоке Шивелуча относится именно к мантийным ксенолитам, хотя иногда в андезитовых покровах встречаются "осколки" вмещающих пород.
Коровые ксенолиты - обломки пород нижней части Земной коры, захваченные магматическими расплавами.
- В большинстве случаев коровые ксенолиты не подвергались изменениям в верхней коре, а взаимодействие с транспортирующей мантийной магмой ограничено чаще всего краевыми частями фрагментов;
- Содержат минералы, характерные для вмещающих пород, но не содержат водных минералов, таких как амфибол или биотит.
В целом, коровые ксенолиты могут встречаться почти во всех магматических породах, даже в вулканических отложениях, если происходила контаминация магмы вмещающими породами. Самым простым примером магматических пород, "набитых" коровыми ксенолитами являются кимберлиты.
Для чего нужны ксенолиты?
Ксенолиты это наш единственный источник вещественной информации о глубинном составе земной коры и мантии. К сожалению ни один геофизический метод не позволяет буквально "заглянуть" вглубь Земли и определить минеральный состав пород, слагающих нижние горизонты Земной коры и мантию. Попытки напрямую пробурить Земную кору (Кольская сверхглубокая) также не увенчались успехом.
Обнаруживаемые в вулканогенных отложениях ксенолиты лерцолитов, гацбургитов, верлитов, амфиболитов и др. пород позволили достаточно детально изучить состав верхней мантии на разных её глубинах. В определении глубины, с которой произошла эксгумация мантийных ксенолитов помогают методы термобарогеохимии - сущестует целый ряд минеральных геотермометров и геобарометров, по которым можно определить температуру и давление кристаллизации минеральных пар, в связи с чем мы можем для каждого отдельного взятого ксенолита определить глубину его кристаллизации и реконструировать строение нижних горизонтов земной коры и мантии оперируя составом этих горных пород.
Обязаны ли "ксенолиты" быть обломками породы?
Нет, не обязаны. Ксеногенную природу может иметь даже отдельное взятое минеральное зерно, тогда, как правило, оно носит название - "ксенокрист". Это не менее интересное с генетической точки зрения образование, т.к. в этом случае произошёл захват отдельного минерального зерна, которое, возможно, находилось во взвешенном состоянии в расплаве другого состава. Таким образом, отдельный "ксенокрист" может служить доказательством взаимодействия разных по составу магм.
Самым очевидным примером "ксенокристов" являются алмазы. Вопреки тому что алмазы добываются из алмазоносных кимбрелитов, алмаз не является родным для кимберлитовой магмы, а просто выносится ей на поверхность, кристаллизуясь на существенно большей глубине.
Таким образом, ксенолиты являются важным источником информации о глубинном составе земной коры и мантии, а также позволяют количественно оценить P-T условия формирования разных минеральных ассоциаций. "ксенолитами" могут выступать и отдельно взятые зёрна, типичным представителем которых является алмах в алмазоносных кимберлитах.