Главная – Журналы – Геология и геофизика 2026 номер 7

Настоящий специальный выпуск журнала «Геология и геофизика» содержит статьи, подготовленные по следам научной конференции «Процессы минералообразования при высоких давлениях, происхождение алмаза и мантийных магм», посвященной 90-летию со дня рождения выдающегося исследователя процессов алмазообразования, академика Николая Владимировича Соболева и прошедшей с 17 по 19 июня 2025 г. в новосибирском Академгородке в Институте геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН. Диапазон рассмотренных тематик от детальных исследований дефектов кристаллической структуры отдельных кристаллов алмаза и включений в них до режимов и времени возникновения тектоники плит на ранней Земле в полной мере отражает вклад Н.В. Соболева в формирование современного представления об эволюции состава мантии Земли и обстановках образования кимберлитов и алмаза.

Главным процессом преобразования состава силикатной части Земли после отделения ядра является образование и рециклирование континентальной коры. Эти процессы тесно связаны с тектоническими режимами, действовавшими на разных этапах эволюции Земли. Настоящий обзор посвящен рассмотрению новейших геохимических данных и геодинамических моделей образования континентальной коры в истории Земли с особым вниманием к хадейскому и архейскому эонам. Отмечено, что кислая континентальная кора не может быть сформирована за счет прямого плавления безводной ультраосновной мантии. Необходимыми условиями ее образования являются присутствие воды, протолита основного состава и минералов, концентрирующих высокозарядные элементы (Ti, Nb, Ta, Zr, Hf) - амфибола, рутила, ильменита и богатого жадеитом клинопироксена. Для ранней Земли наиболее вероятной является двухстадийная модель, в которой сначала из мантии выплавляется базальтовая или пикритовая (океаническая) кора, оставляя тугоплавкий гарцбургитовый остаток. Затем, после гидратации, океаническая кора субдуцируется, плавится сама или высвобождает воду для плавления в мантии, образуя магмы континентальной коры, а оставшийся тугоплавкий остаток смешивается с тугоплавким мантийным веществом, создавая обедненный мантийный резервуар. Канонические отношения Nb/U и Ce/Pb не чувствительны к плавлению мантии в «сухих» условиях, но фракционируют при образовании расплава в присутствии амфибола и низкотемпературных высокотитанистых фаз. Поэтому эти отношения являются чувствительными маркерами процесса образования континентальной коры. Геохимические индикаторы, такие как: 1) изотопный состав стронция в коматиитовых расплавах и плагиоклазе в анортозитах; 2) соотношение элементов в расплавах коматиитов; 3) изотопный состав гафния и содержания микроэлементов в цирконе и 4) продукты распада короткоживущих изотопов самария и гафния в горных породах либо подтверждают, либо не противоречат активному формированию континентальной коры и обедненной мантии уже в хадейском эоне. Образование и переработка континентальной коры в это время, вероятно, связаны с эпизодическими кратковременными событиями субдукции, вызванными плюмами. В целом эти данные и модели показывают, что тектонические режимы хадея (4.4-4.0 млрд л. н., после затвердевания магматического океана) и эоархея (4.0-3.6 млрд л. н.) на Земле были гораздо более динамичными и изменчивыми во времени и пространстве, чем ранее предполагалось. Однако глобальная тектоника плит, необходимым условием существования которой является связанная сеть зон субдукции, срединно-океанических хребтов и трансформных разломов, могла начать развиваться позже - лишь в архее. Вопрос о причинах возникновения тектоники плит в истории Земли остается предметом обсуждения, и выдвигаются новые гипотезы о роли поверхностных процессов, таких как эрозия континентов, требующие дальнейшего изучения.

В настоящей статье приведены новые свидетельства обогащения алмазоносной мантии Сибирского кратона фтором. В алмазах из россыпей северо-востока Сибирского кратона впервые обнаружены включения, содержащие фториды кальция и алюминия. В отличие от микровключений в волокнистых алмазах и алмазах с оболочкой, исследованные включения могут интерпретироваться как фторидные расплавы. В алмазе ISTD-119 включения ориентированы параллельно граням октаэдра и могут рассматриваться как сингенетические. В то же время в алмазе ISTD-124 удлиненное включение ориентировано параллельно линиям скольжения. Это дает основание полагать, что его образование синхронно с этапом деформации алмаза. В алмазах V разновидности XLS-147 и ISTD-193 морфология включений, расположенных в центральных частях кристаллов, позволяет интерпретировать их как залеченные трещины. В них фтор присутствует в виде соединений с кальцием, имеющих стехиометрию, близкую к флюориту. У включений выделяются области, состоящие из фторидов кальция, а также из карбонатов и/или оксидов железа. В алмазе V разновидности XLS-147 установлены включения алюмосиликатные и состоящие из алюмосиликатной и фторидной частей. При этом, в отличие от включений в алмазах ISTD-119, ISTD-193 и ISTD-124, в алмазе XLS-147 фторидная часть включений представлена фторидами алюминия. Имеется ряд свидетельств роста алмазов V разновидности в зоне субдукции. Вариации составов исследованных включений свидетельствуют о несмесимости фторидных расплавов с алюмосиликатными и карбонатитовыми расплавами. Результаты исследования включений свидетельствуют, что алмазоносная мантия Сибирского кратона на момент образования алмазов была обогащена фтором.

Оливин в кимберлитах является основным породообразующим минералом, а результаты разнообразных исследований оливина широко используются практически во всех моделях петрогенезиса кимберлитов. Состав оливина из кимберлитов также применяется при реконструкции состава, строения и процессов преобразования литосферной мантии древних кратонов. Вместе с тем существует проблема идентификации магматического оливина и оливина из мантийных ксенолитов в кимберлитах, поскольку и тот, и другой могут иметь похожую морфологию. В настоящей статье, используя значительный фактический материал (было изучено более 500 зерен оливина размерностью до 5 мм из кимберлита тр. Удачная-Восточная, Сибирский кратон), а также систематизировав полученные ранее данные по составу оливина из 158 ксенолитов деформированных перидотитов из этого же кимберлитового тела, показано, что морфология и того, и другого оливина может быть похожа, однако существуют критерии отличия по составу и внутреннему строению этих оливинов. Статья содержит новые данные по составу оливина из микроксенолитов (20 образцов, ≤ 0.5 см) деформированных перидотитов. Распределение магнезиальности (Mg#) оливина из микроксенолитов имеет бимодальный характер, выделяются две группы составов в интервалах Mg# 89.5-92.5 (50 % образцов) и Mg# 84.5-87.5 (45 % образцов), тогда как для ксенолитов деформированных перидотитов распределение Mg# оливина является унимодальным, большинство составов (80 % образцов) характеризуются Mg# 89.5-92.5. Впервые представлена серия примеров, когда зерна необластов оливина дезинтегрированных ксенолитов деформированных перидотитов однозначно являются затравками для роста магматического оливина и пока единственный пример разрушения микроксенолита деформированного перидотита во время кристаллизации кимберлита, а именно компактное расположение нерезорбированных и незональных отдельных идиоморфных необластов в матриксе кимберлита. Наибольшее количество «подлинного» оливина кимберлитов находится во фракции размерности матрикса (< 0.25 мм) неизмененных пород, при этом оливин этой размерности в кимберлитах мира фактически не изучен.

Изучение состава и условий кристаллизации оливина в кимберлитах имеет важное значение для понимания процессов их петрогенезиса и прогноза алмазоносности. Целью данной работы является исследование происхождения наименее изученной генерации этого минерала, позднего высокомагнезиального оливина. Материалом для исследования послужили образцы абсолютно неизмененных кимберлитов из тр. Удачная-Восточная, где все генерации оливина сохранены в полном объеме. Результаты сканирующей электронной микроскопии и микрозондового анализа показали, что высокомагнезиальный оливин характеризуется следующими вариациями химического состава: Mg# (Mg/(Mg + Fe²⁺) × 100, мол. %) 94.2-98.7, 0.01-0.05 мас. % NiO, 0.12-1.88 мас. % CaO, 0.18-0.94 мас. % MnO. Этот оливин образует парагенетическую ассоциацию с поздними магматическими минералами кимберлитов: магнетитом, перовскитом, апатитом, монтичеллитом, содалитом, флогопитом, джерфишеритом и кальцитом. Идентифицированы следующие формы проявления высокомагнезиального оливина: индивидуальные зерна (первая находка в кимберлитах), внешние каймы, дочерние фазы в расплавных включениях, фазы в заливах и трещинах в более ранних генерациях оливина, а также в интерстициях микроксенолитов. Установлено, что его кристаллизация происходила из щелочно-карбонатно-хлоридных расплавов. Температуры и значения фугитивности кислорода кристаллизации высокомагнезиального оливина полуколичественно могут быть оценены в 670-780 °С и +3.6…+7.4 лог. ед. ΔQFM. Полученные данные свидетельствуют о формировании такого оливина из проэволюционировавших кимберлитовых расплавов, что противоречит ранее предложенным моделям, предполагающим его формирование из флюидов или при серпентинизации кимберлитов.

Природные алмазы полигенны и образуются в очень широком диапазоне РТ -параметров, составов среды кристаллизации и фугитивности кислорода. Как доказано в последние годы, генезис части алмазов непосредственно связан с кристаллизацией алмаза из металл-углеродных расплавов. Поскольку в природных минералообразующих процессах весьма вероятно участие различных компонентов, характерных для мантийных сред, представляется актуальным проанализировать результаты экспериментов по влиянию флюидов системы C-O-H-N-S на особенности кристаллизации и индикаторные характеристики алмаза. Представленные в обзоре экспериментальные данные показывают, что повышение концентрации флюидных компонентов (N, O, S, H₂O, CH₄-H₂) при постоянных РТ- параметрах оказывает ингибирующее влияние на процессы кристаллизации алмаза в металл-углеродном расплаве и в конечном итоге приводит к образованию метастабильного графита вместо алмаза. Повышение Р и Т уменьшает ингибирующее влияние примесей и расширяет область кристаллизации алмаза. Выявлены основные закономерности специфических изменений морфологии, дефектно-примесного состава и внутреннего строения кристаллов алмаза в зависимости от типа и концентрации примеси в среде кристаллизации. Обосновано, что примесно-обусловленные специфические изменения морфологии алмаза и тенденции изменения концентрации азота в алмазе являются индикаторными характеристиками условий кристаллизации и основой для реконструкции процессов образования алмаза в восстановительных условиях металлсодержащей мантии.

В интервале давлений 3.0-7.8 ГПа и температур 750-1090 °С проведены эксперименты с пелитом с добавлением в него 3 мас. % CaCO₃ так, чтобы суммарное содержание в нем карбоната составило 7 мас. %, как в модельном усредненном субдуцируемом осадке (GLOSS). В результате дегидратации и декарбонатизации использованного пелита при термальных режимах зон субдукции образуется рестит, состоящий из граната, клинопироксена, фенгита, коэсита, Mg-Fe карбоната и кианита, а также акцессорных рутила, монацита и циркона. Кроме того, образуется подвижная фаза, которая существенно изменяется с ростом Р-Т -параметров вдоль средней субдукционной геотермы. При 3.0 ГПа и 750 °С образуется расплав с составом, близким к гранитному, обогащенный SiO₂, Al₂O₃, с отношением K₂O/Na₂O = 1.2 и содержащий до 19 мас. % H₂O + CO₂. При 5.5-7.8 ГПа и 850-940 °С образуется сверхкритический флюид-расплав (H₂O + CO₂ около 40 мас. %), обогащенный SiO₂ и K₂O, бедный Al₂O₃, с отношением K₂O/Na₂O, достигающим 9.5. Формирующийся в карбонатсодержащем пелите сверхкритический флюид-расплав может эффективно транспортировать крупноионные литофильные элементы (LILE) и легкие редкоземельные элементы (LREE), в том числе микроэлементы-маркеры как слабоконцентрированных водных флюидов (Ba и U), так и гранитоподобных расплавов (Sr, LREE и Th). При фракционировании микроэлементов важную роль играют минералы-концентраторы: фенгит (LILE), монацит (LREE) и рутил, высокозарядные элементы (HFSE). Увеличение концентрации карбоната в пелите приводит к незначительному снижению коэффициентов фракционирования наиболее несовместимых элементов из-за роста содержания подвижной фазы и увеличения концентрации в ней CO₂. Сверхкритический флюид-расплав, полученный в равновесии с рутилсодержащим реститом, сохраняет характерную для морских осадков отрицательную аномалию Nb и способен ее транслировать в островодужные магмы в случае участия в их генерации.

В работе представлены результаты исследования содержащего Y-центры алмаза типа Ib-IaA из кимберлитовой тр. Юбилейная. Анализ пространственного распределения азотных А- и С-дефектов и интенсивности инфракрасного поглощения на рамановской частоте (1332 см^-1) выявил антикорреляцию между этими центрами. С помощью просвечивающей электронной микроскопии в области кристалла с высокой концентрацией Y-центров обнаружены дислокации в различных конфигурациях и многочисленные кластеры точечных дефектов, связанных с неконсервативным движением дислокаций. Обнаружены протяженные дефекты, форма которых может быть описана как тонкие (1-3 нм) ромбические пластины, с размерами до 5-20 нм в наибольшем измерении. Анализ контраста изображений показывает, что данные объекты представляют собой наноразмерные полости (вакансионные кластеры). Предложены модели образования этих дефектов в ходе аннигиляции дислокационных диполей с последующим ростом за счет вакансий, возникших вследствие неконсервативного движения дислокаций. При возбуждении лазером 787 нм в спектрах фотолюминесценции в области 800-900 нм регистрируются множество узких линий, их амплитуда и положение максимумов характеризуются ярко выраженной пространственной неоднородностью на масштабе единиц микрон. Качественно сходное изменение люминесцентных характеристик (blinking) ранее отмечалось для наноалмазов с наводороженными поверхностями. Предположительно, необычное поведение люминесцентных линий в исследованном кристалле может объясняться рекомбинационными процессами на поверхности обнаруженных нанополостей.

Округлые алмазы V разновидности, по Ю.Л. Орлову, являются эндемичными представителями россыпей северо-востока Сибирской платформы. Их коренной источник к настоящему моменту не установлен, что затрудняет оценку возраста этих кристаллов. Геохимические характеристики (δ¹³С от -17 до -25 ‰, N_ppm от 1200 до 2000) указывают на участие в их образовании субдуцированного вещества. Кристаллы исследованного в настоящей работе сростка алмазов имеют δ¹³С -20.8 и -20.7 ‰ и концентрацию примеси азота 1693-2036 и 1568-1953 aт. ppm соответственно. Обнаруженные в одном из этих кристаллов включения циркона с δ¹⁸О = 7.9-8.8 ‰ имеют U-Pb возраст 262.5 ± 2.7 и 232.6 ± 3.0 млн лет. Включение циркона с более древним возрастом, возможно, отражает ранние этапы формирования сростка или составляющих его фрагментов кристаллов алмаза либо может быть протогенетическим. Предположительно, субстратом кристаллизации и источником вещества данного образца явился фрагмент субдуцированной океанической коры, содержащей органогенные осадки и гидротермально измененные базальты. Исследованный алмаз был вынесен на поверхность не ранее триасового эпизода кимберлитового магматизма.

Экспериментальные исследования, направленные на оценку возможности кристаллизации алмаза при взаимодействиях карбонатов щелочноземельных и переходных металлов с серой, а также на характеризацию полученных кристаллов алмаза и включений в них, проведены на многопуансонном аппарате высокого давления «разрезная сфера» (БАРС). Эксперименты выполнены при P = 6.3 ГПа, T = 1550 °С и t = 20 ч, в системах Mg,Ca-карбонат-сера с различными отношениями CaO/MgO и Fe,Mg,Ca-карбонат-сера с переменными пропорциями FeO/CaO/MgO. Экспериментально установлено, что в системах щелочноземельный карбонат-сера формируется Ca,Mg-карбонатный расплав с растворенной серой (1.2-6.0 мас. %), который является средой роста алмаза. Стабильной формой роста кристаллов алмаза является октаэдр, при этом увеличение Ca# системы сопровождается повышением скорости роста граней {111}. Установлено, что в системе Fe,Mg,Ca-карбонат-сера средой кристаллизации и источником углерода алмаза является расплав Mg,Fe,Ca-карбоната с растворенной серой, а рост алмаза происходит в результате редокс-взаимодействия сульфидного и карбонатного расплавов. С увеличением Fe# системы от 0.41 до 0.78 происходит: 1) повышение скоростей роста граней; 2) изменение преобладающих элементов микрорельефа граней октаэдра с треугольных слоев роста на гексагональные вицинали; 3) увеличение количества и размера включений, а также эволюция их фазового состава. Во включениях установлены закаленный карбонатный расплав (закалочные фазы - сидерит, магнетит и графит), расплав серы и расплав Fe-S-O. Обнаружение ассоциации сидерит+магнетит+графит во включениях подтверждает реализацию реакции редокс-диссоциации сидерита при P,T -параметрах литосферной мантии и проливает свет на возможную природу включений магнетита в верхнемантийных алмазах, свидетельствуя о том, что присутствие магнетита в составе сингенетических включений может являться индикатором участия железосодержащих карбонатов в процессах природного алмазообразования.