POPULARYZTORSKI OPIS REZULTATÓW PROJEKTU NR UMO

Nr wniosku: 169677, nr raportu: 13046. Kierownik (z rap.): dr Magdalena Monika Matusiak-Małek
POPULARYZTORSKI OPIS REZULTATÓW PROJEKTU NR UMO-2011/03/ST10/06248
Płaszcz Ziemi stanowi największą, zarówno pod względem masy jak i objętości, strukturę planety.
Najwyższa część płaszcza, zlokalizowana pomiędzy skorupą a astenosferą (głębokość ok. 100 km) nazywana
jest płaszczem litosferycznym. Zbudowany jest on z perydotytów - skał ubogich w krzem i bogatych w
magnez i żelazo. Dotychczasowe badania skał płaszcza wykazują, że pomimo dość ubogiego składu
mineralnego (zazwyczaj 2 do 5 minerałów), skały płaszcza zapisują w swym składzie chemicznych
skomplikowaną historię geologiczną. Na historię płaszcza składają się: procesy zubażania w składniki łatwo
topliwe (topienie) i doprowadzanie do skały nowych związków chemicznych (metasomatyzm). W wyniku
wielokrotnych procesów topienia i metasomatozy pierwotnie homogeniczny płaszcz litosferyczny Ziemi stał
się silnie niejednorodny.
Znaczące głębokości zalegania płaszcza litosferycznego Ziemi nie pozwalają na bezpośrednie badanie
budujących go skał. Możliwe jest natomiast przeprowadzenie badań niewielkich fragmentów skał płaszcza (do
kilku centymetrów średnicy) wyniesionych na powierzchnię przez wznoszące się magmy bazaltoidowe – tzw.
ksenolity.
Na terenie zachodniej i centralnej Europy ostatni epizod wulkanizmu bazaltoidowego rozpoczął się na
początku ery kenozoicznej (ok. 60 mln lat temu). Wulkanizm ten jest pośrednio wywołany przez trwającą do
dzisiaj kolizję płyty Afrykańskiej i Eurazjatyckiej. W niektórych z wystąpień skał wulkanicznych z tego rejonu
znajdują się ksenolity skał płaszcza.
Celem projektu było określenie budowy litologicznej płaszcza litosferycznego podściełającego Europę
centralną. W ramach projektu wykonano badania ksenolitów z około dwudziestu lokalizacji na Dolnym Śląsku
i w Niemczech (Turyngia, Saksonia i Bawaria). W większości lokalizacji występowały ksenolity
perydotytowe, głównie ubogie lub całkowicie pozbawione klinopiroksenu. W skałach z Wilczej Góry i
Grodźca koło Złotoryi stwierdzono obecność podrzędnych ilości amfibolu i biotytu bogatego w magnez.
Minerały budujące badane skały charakteryzują się dużą zmiennością zawartości magnezu i żelaza – od
wartości uznawanych za typowe dla skał płaszcza Ziemi aż po wartości typowe dla skorupy. Skały o niższych
zawartościach magnezu często charakteryzują się strukturą kumulatową (powstała w wyniku grawitacyjnego
opadania kryształów na dno komory magmowej), co sugeruje, że pochodzą one z dolnej skorupy Ziemi.
Niska zawartość klinopiroksenu w ksenolitach oraz skład chemiczny innych faz (ortopiroksenu, spinelu)
jasno wskazują, że płaszcza Ziemi pod badanym rejonem został silnie wytopiony - ok. 20 do 35% objętości
skał płaszcza zostało stopione i odprowadzone (jako magma) z płaszcza. Jest to najwyższy stopień wytopienia
skał płaszcza litosferycznego stwierdzony w Europie.
Większość zubożonych (wytopionych) perydotytów reagowała następnie z różnorakimi związkami
chemicznymi, które migrowały w płaszczu Ziemi, najczęściej w formie stopów. Efektem tych reakcji była
kolejna zmiana składu chemicznego skał płaszcza lub nawet krystalizacja nowych faz mineralnych
(metasomatyzm). Przeprowadzone w ramach projektu badania wykazały, iż najczęściej występującymi
stopami (tzw. medium metasomatycznym) reagującymi ze skałami płaszcza były stopy podobne do bazaltów,
ale również rzadko spotykane stopy węglanowe (karbonatyty). Należy jednak zaznaczyć, że w każdej z
opracowanych lokalizacji stwierdzono nieco inne skład medium lub mechanizm reakcji. Lokalnie (Wilcza
Góra, Grodziec) stwierdzono reakcję ze stopem bazaltowym zawierającym wodę, której efektem była
krystalizacja amfibolu. W dwóch próbkach zidentyfikowano reakcję ze stopem toleiowym – typem bazaltu
charakterystycznym dla środowiska oceanicznego który jest bardzo rzadki w środowisku kontynentalnym.
Pomimo różnic w składzie chemicznym skał ze zbadanych lokalizacji, wszystkie próbki wykazują wspólne
cechy (wysoki stopień wytopienia, metasomatyzm stopami krzemianowymi, wzbogacenie w żelazo) które
odróżniają je od płaszcza pod Zachodnią Europą (np. Masyw Centralny, Rów Renu), które wykazują dużo
niższy stopień wytopienia oraz inny typ metasomatyzu.
Centralna i zachodnia część kontynentu europejskiego zbudowana jest ze stosunkowo niewielkich
fragmentów skorupy, które w przeszłości geologicznej
stanowiły oddzielne mikrokontynenty,
prawdopodobnie posiadające własny płaszcz litosferyczny. Płyty kontynentalne zderzały się ze sobą tworząc
jeden ląd. Nasze badania sugerują, iż różnice pomiędzy dawnymi mikropłytami kontynentalnymi są widoczne
również w skałach płaszcza. Ostateczne potwierdzenie tego faktu i wyznaczenie granic pomiędzy domenami
w płaszczu pod Europą wymagają jednak dalszych badań, które już zostały podjęte.