DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57121-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40016225
تاريخ النشر: 2025-02-27
المؤلف: Alessio Sanfilippo وآخرون
الموضوع الرئيسي: التحليل الجيولوجي والجيوكيميائي
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع جميع البيانات على متن السفينة JOIDES Resolution خلال بعثة IODP Expedition 402. التقييمات الجيوكيميائية للصخور الكتلية اتبعت البروتوكولات التحليلية القياسية التي وضعتها برنامج الحفر البحري (ODP) واستخدمت في بعثات IODP السابقة. تضمن هذه الطرق الاتساق والموثوقية في البيانات الجيوكيميائية التي تم الحصول عليها. تم تقديم نتائج جيوكيميائية مفصلة في البيانات التكميلية 1 و 2، مما يوفر نظرة شاملة على النتائج من البعثة.
نتائج
تكشف النتائج من الحفر العلمي في حوض فافيلوف عن اكتشافات هامة تتعلق بتكوين الهيكل العميق تحت المنطقة. كانت القاعدة ما بعد الميسينية، التي تتكون أساسًا من البازلت الثوليتي من نوع MORB، قد تم استكشافها سابقًا في موقع DSDP 373 وموقع ODP 655، حيث تم استرداد البازلت على طول التلال الخطية. بالمقابل، قدمت بعثة IODP 402 رؤى جديدة من خلال استرداد قسمين مستمرين من البيريدوتيتات المتحولة بشكل معتدل إلى عالي عند مواقع U1614 و U1616، الواقعة تحت غطاء رسوبي بسمك ~250 م. من الجدير بالذكر أن الاتصال بين البيريدوتيتات المتحولة والرسوبيات الدولوميتية محفوظ بشكل جيد، دون وجود الكاتاكلات الواسعة التي تُلاحظ عادة في سياقات أخرى.
تظهر الأقسام العميقة التي تم أخذ عينات منها في مواقع U1614 و U1616 تنوعًا في التركيب الصخري، حيث يحتوي موقع U1614 على نسب متساوية تقريبًا من الليرزوليت الحامل للسبينيل (24%) والهرزبرغيت (26%)، إلى جانب كميات صغيرة من الدونيت (10%) والبيروكزينات (4%). كما كشف موقع U1616 عن مجموعة غير متجانسة تهيمن عليها الهرزبرغيتات الحاملة للسبينيل (50%) والليرزوليتات (19%). تشير النتائج إلى أن الوشاح في قاع البحر التيراني هو غير متجانس بشكل استثنائي وغني معدنيًا، مما يتناقض مع الطبيعة المقاومة للبيريدوتيتات التي تم أخذ عينات منها سابقًا في موقع ODP 651. التنوع الصخري الملحوظ في الوشاح التيراني أكبر بكثير من ذلك الموجود في البيريدوتيتات الوشاحية من أحواض المحيط الخلفي والأمام، مما يشير إلى بيئة جيولوجية فريدة في هذه المنطقة.
مناقشة
كانت بعثة IODP 402، التي أجريت في البحر التيراني المركزي، تهدف إلى دراسة الوشاح المكشوف في حوض فافيلوف، وهو حوض محيطي جنيني. على عكس الهوامش المتصدعة الأخرى، لم يتطور الإقليم التيراني إلى حافة محيطية في حالة مستقرة ويظهر مزيجًا من الخصائص البركانية وغير البركانية. يُعزى تشكيل الحوض إلى الغمر نحو الشمال الغربي للغلاف الصخري المحيطي الأيوني، مما أدى إلى ترقق الغلاف الصخري وفتح حوض فافيلوف. تشير البيانات الزلزالية والحفر السابق إلى أن الحوض المركزي لفافيلوف يتكون من بيريدوتيتات مكشوفة، مع غطاء رقيق من البازلت والرسوبيات. تشير النتائج إلى أن الوشاح في هذا المحيط الناشئ يختلف عن الوشاح المستنفد الذي يُلاحظ عادة في حواف المحيط المتوسطة (MORs) والانتقالات القارية-المحيطية المفرطة (COTs)، مما يبرز دور تكوين الوشاح في الانتقال من التصدع القاري إلى تشكيل المحيط.
تكشف تحليل الدونيتات والهرزبرغيتات المستردة عن تباين معقد في الوشاح يتميز بتركيز هجرة الصهر وعمليات إعادة التخصيب. تشير وجود مسارات السبينيل الكرومي والعروق الغنية بالبلجيوكلاز في الدونيتات إلى تسرب الصهر، بينما تظهر الهرزبرغيتات طابعًا مقاومًا، مما يشير إلى تاريخ من الانصهار الجزئي العالي. كما تحدد الدراسة نسبة كبيرة من البيروكزينات الخصبة، مما يشير إلى تركيبة كيميائية متنوعة داخل الوشاح التيراني. من الجدير بالذكر أن غياب قشرة صخرية نارية مستمرة، مع وجود فقط انغماسات مايفيك عرضية، يشير إلى أن القشرة المحيطية الناشئة في البحر التيراني تتشكل في ظل ظروف من إمدادات الصهر المحدودة. تتحدى هذه الأبحاث الرؤية التقليدية للصدوع الفقيرة في الصهارة، مقترحة بدلاً من ذلك أن الوشاح غير المتجانس، المتأثر بأحداث إعادة التخصيب القديمة والحديثة، يلعب دورًا حاسمًا في تطوير القشرة المحيطية الجنينية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-57121-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40016225
Publication Date: 2025-02-27
Author(s): Alessio Sanfilippo et al.
Primary Topic: Geological and Geochemical Analysis
Methods
In this study, all data were collected aboard the JOIDES Resolution during IODP Expedition 402. The bulk-rock geochemical analyses adhered to the standard analytical protocols established by the Ocean Drilling Program (ODP) and utilized in prior IODP expeditions. These methods ensure consistency and reliability in the geochemical data obtained. Detailed geochemical results are provided in Supplementary Data 1 and 2, offering a comprehensive overview of the findings from the expedition.
Results
The results from the scientific drilling in the Vavilov basin reveal significant findings regarding the mantle composition and structure beneath the region. The post-Messinian basement, primarily consisting of MORB-type tholeiitic basalts, was previously explored at DSDP Site 373 and ODP Site 655, which recovered basalts along linear ridges. In contrast, IODP Expedition 402 provided new insights by recovering two continuous sections of moderately to highly serpentinized mantle peridotites at Sites U1614 and U1616, located beneath a ~250 m thick sedimentary cover. Notably, the contact between the serpentinized peridotites and dolomitic sediments is well-preserved, lacking the extensive cataclasites typically observed in other contexts.
The mantle sections sampled at Sites U1614 and U1616 exhibit a diverse lithological composition, with Site U1614 containing approximately equal proportions of spinel-bearing lherzolite (24%) and harzburgite (26%), alongside minor amounts of dunite (10%) and pyroxenites (4%). Site U1616 similarly revealed a heterogeneous assemblage dominated by spinel-bearing harzburgites (50%) and lherzolites (19%). The findings indicate that the Tyrrhenian COT mantle is exceptionally heterogeneous and mineralogically fertile, contrasting with the refractory nature of peridotites previously sampled at ODP Site 651. The lithological diversity observed in the Tyrrhenian mantle is notably greater than that found in mantle peridotites from back-arc and fore-arc oceanic basins, suggesting a unique geological setting in this region.
Discussion
The IODP Expedition 402, conducted in the central Tyrrhenian Sea, aimed to investigate the exhumed mantle of the Vavilov Basin, an embryonic oceanic basin. Unlike other rifted margins, the Tyrrhenian region has not developed a steady-state ocean ridge and exhibits a mix of magmatic and amagmatic characteristics. The basin’s formation is attributed to the northwestward subduction of the Ionian oceanic lithosphere, leading to lithospheric thinning and the opening of the Vavilov Basin. Seismic data and prior drilling indicate that the central Vavilov Basin consists of exhumed mantle peridotites, with a thin cover of basalts and sediments. The findings suggest that the mantle in this nascent ocean differs from the depleted mantle typically observed at mid-ocean ridges (MORs) and hyper-extended continental-ocean transitions (COTs), highlighting the role of mantle composition in the transition from continental rifting to ocean formation.
The analysis of recovered dunites and harzburgites reveals a complex mantle heterogeneity characterized by focused melt migration and refertilization processes. The presence of chrome-spinel trails and plagioclase-rich veins in dunites indicates melt percolation, while harzburgites exhibit a refractory character, suggesting a history of high-degree fractional melting. The study also identifies a significant proportion of fertile pyroxenites, indicating a diverse chemical composition within the Tyrrhenian mantle. Notably, the absence of a continuous igneous crust, with only sporadic mafic intrusions, suggests that the nascent Tyrrhenian oceanic crust is being formed under conditions of limited melt supply. This research challenges the conventional view of magma-poor rifts, proposing instead that the heterogeneous mantle, influenced by ancient and recent refertilization events, plays a crucial role in the development of the embryonic oceanic crust.