Scaglie di grafite (sopra) e CO 2 inclusioni fluide in quarzo (sotto) provenienti dai graniti del complesso del Limpopo (Sud Africa) risalenti alla tarda età Archea (2,68 Ga). Attestazione:Oleg Safonov
I cratoni (dal greco "potenza" o "potenza") sono le aree della crosta continentale più antica della Terra, e sono conservati solo in pochi posti nel mondo. Secondo gli scienziati, il Kaapvaal Craton in Sud Africa e il Pilbara Craton in Australia (la più antica di queste strutture) erano le parti di Vaalbara, un supercontinente archeano.
La trasformazione delle parti inferiori dei cratoni sotto l'influenza del calore emesso dal mantello terrestre può portare alla formazione di rocce chiamate granuliti che incorniciano i cratoni come cinture. Però, sono ancora largamente discutibili i processi che portano i granuliti a risalire dalla parte inferiore della crosta alla superficie lungo i bordi del cratone. Le più antiche cinture di granulite si sono formate nell'Archeano (3 Ga anni fa), che è solo diverse centinaia di milioni di anni più giovane della vita sulla Terra. I granuliti più giovani hanno circa 0,5 miliardi di anni. Un'antica cintura di granulite (2,7 Ga) è situata presso il Kaapvaal Craton ai confini del Sudafrica, Zimbabwe, e Botswana, non lontano dal famoso fiume Limpopo. Il Complesso del Limpopo è considerato un laboratorio naturale per lo studio delle relazioni tra le strutture tettoniche più antiche della crosta continentale e quindi è di grande interesse per i geologi.
"Per la prima volta, abbiamo forti ragioni per ritenere che i magmi granitici nel complesso granulitico neo-archeano del Limpopo (Sud Africa) si siano formati nel corso dell'interazione tettonica di questo complesso con le rocce del Kaapvaal Craton mentre il complesso sorgeva dalla parte inferiore della crosta continentale, "dice Oleg Safonov, coautore dell'opera, Dottore in Geologia e Mineralogia, Professore del Dipartimento di Petrologia della Facoltà di Geologia, MSU, e Direttore dell'Istituto Korzhinskii di Mineralogia Sperimentale dell'Accademia Russa delle Scienze.
La granulite è una roccia metamorfica. Significa che si forma nel corso della trasformazione di altre rocce sotto l'influenza delle alte temperature. Nel caso di granuliti, queste temperature sono da 750 a 1000 °C. feldspati, quarzo, granato, pirosseni, a queste temperature si formano cordierite e altri minerali che conferiscono alla roccia la sua consistenza granulare.
Secondo uno dei modelli, un ruolo importante nella formazione dei granuliti è svolto dalla CO 2 -fluidi ricchi riscaldati a temperature troppo critiche. La grafite presente nelle rocce metamorfiche può aiutare a stabilire se questo modello è vero. Generalmente, la grafite si forma nel corso della modifica della materia organica o della decomposizione dei carbonati (sali dell'acido carbonico con CO 3 2- anione). Però, i granuliti si formano a livelli profondi dove non è presente materia organica, quindi il meccanismo di formazione della grafite è diverso:la grafite è il risultato dell'interazione di granuliti con flussi di mantello ricchi di CO 2 . Perciò, la presenza di grafite nelle granuliti è spesso considerata una prova di questo modello. La sua formazione dipende dalla pressione, temperatura, e altri parametri, e lo studio della grafite può dire molto su di loro.
I geologi hanno trovato campioni di grafite e inclusioni fluide nel quarzo (componenti volatili intrappolati nelle piccole cavità dei minerali nel corso della crescita dei cristalli) nelle rocce granitiche della fascia granulitica del Limpopo e li hanno analizzati.
I ricercatori hanno scoperto che le rocce granitiche che si sono intromesse nella fascia di granuliti di Limpopo hanno iniziato a cristallizzare alla temperatura di 900-940 °C e alla pressione di 7-9 kbar. L'analisi delle inclusioni fluide nel quarzo ha confermato che la CO 2 -fluidi ricchi hanno preso parte alla loro formazione. La deviazione del contenuto di isotopi C-13 dai valori standard è risultata essere da 6,52 a 8,65 permille (decimo di percento) per la grafite e da 2,5 a 5,58 permille per i fluidi in quarzo. Questa composizione isotopica del carbonio è solitamente prescritta ai flussi di fluidi profondi dal mantello, confermando ancora una volta la loro origine esterna. Questo, a sua volta, coincide con il modello della CO 2 -fluidi esterni profondi ricchi che partecipano alla formazione delle rocce granulitiche e dei graniti di accompagnamento. Però, dopo aver confrontato questi dati con la composizione isotopica del carbonio dalle rocce di antichi cratoni, gli scienziati hanno concluso che i fluidi sono migrati attraverso il complesso Limpopo dalle rocce cratoniche nel corso della collisione con il Kaapvaal Craton.
Mentre lo studio delle rocce nel complesso granulitico del Limpopo era di natura fondamentale, la conoscenza dei processi della loro formazione può essere utilizzata per la prospezione del minerale. "Le rocce degli antichi cratoni sono ricche fonti di vari componenti minerali. Sono trasportate da magmi e fluidi che si originano nel corso della trasformazione di queste rocce". commenta Oleg Safonov.
I dati sulla formazione del complesso granulitico sudafricano sono rilevanti anche per la Russia. Gli scienziati hanno in programma di confrontare le loro condizioni con i dati sulla formazione di granuliti nella cintura della Lapponia che si trova tra il cratone careliano e il cratone Inari al confine tra Russia e Finlandia.
