Геохимический цикл мышьяка в магматических системах в ходе суперконтинентных циклов

Почему важно скрытое на Земле «ядовитое» вещество

Мышьяк на поверхности широко известен как смертельный яд, но в недрах Земли он также служит тонким индикатором того, как работает наша планета. В этом исследовании поставлен глобальный вопрос: как мышьяк перемещался по недрам и коре Земли на протяжении миллиардов лет и что это говорит о формировании и распаде древних суперконтинентов и о возникновении ценных месторождений металлов, таких как золото? Используя десятки тысяч анализов горных пород и современные инструменты обработки данных, авторы выявляют длительные, медленные ритмы в цикле мышьяка, которые отражают тектоническое «сердцебиение» планеты.

Прослеживание мышьяка через «двигатель» Земли

Мышьяк не появляется в грунтовых водах или рудных месторождениях случайно. Он поднимается из глубин Земли в расплавленной породе, затем перераспределяется при извержениях, при работе гидротермальных флюидов, выветривании и осадконакоплении. Исследователи собрали глобальную базу данных более чем 20 000 магматических пород, тщательно отфильтрованных по возрасту и качеству химических данных, чтобы проследить средние уровни мышьяка во времени. Данные сглаживали по окнам в сотни миллионов лет, чтобы выделить долгосрочные тренды, и сопоставляли эти паттерны с независимыми записями магматической активности и цирконовыми кристаллами — «метками времени» формирования коры.

Глубинные и мелководные магмы, дрейф континентов

Чтобы понять, откуда происходили магмы, команда использовала простой химический коэффициент (Sr/Y), действующий как глубинный указатель. Высокие значения указывают на магмы, рождающиеся глубже в толстой коре или верхней мантии; низкие — на более мелкие источники. Они обнаружили, что магмы глубинного происхождения систематически содержат меньше мышьяка, тогда как более мелкие магмы, как правило, богаче им. Когда эти зависимые от глубины кривые содержания мышьяка сопоставляют со временем суперконтинентных циклов — эпох, когда континенты слипались в гиганты вроде Родинии или Пангея, а затем разрывались — проявляется ясный рисунок. В периоды сборки суперконтинента доминируют глубинные, бедные мышьяком магмы. Во время распада, при широкомасштабном рифтинге и рециклинге коры, в кору и на дно океанов поступают более мелководные, обогащённые мышьяком магмы.

Скрытые циклы и их эхо в осадках

Помимо общих подъёмов и спадов, запись по мышьяку показывает поразительно регулярный ритм. С помощью временных рядов — вейвлет‑анализа и локального сингулярного анализа — авторы обнаруживают повторяющийся цикл примерно в 436 миллионов лет в концентрациях мышьяка в магматических породах. При анализе совершенно независимого набора данных — мышьяка, запертого в зёрнах пирита осадочных пород — выявляется очень похожее периодическое поведение. Осадочные циклы мышьяка отстают от магматических примерно на 220 миллионов лет, как показал кросс‑корреляционный анализ. Это запаздывание отражает время, необходимое для того, чтобы мышьяк, высвобождённый глубокими магмами и вулканами, был выветрен, транспортирован и в конечном счёте захоронен в осадках, связывая активность недр Земли с долгосрочными изменениями в океанах и атмосфере.

Подсказки к месторождениям золота и других ресурсов

Мышьяк также оказался полезным маркером для драгоценных металлов. Обучив модель машинного обучения на глобальных геохимических данных, исследователи классифицировали магмы по континентальной и океанической средам и сравнили их содержания мышьяка во времени. Они обнаружили, что периоды, когда континентальные магмы были особенно обогащены мышьяком по сравнению с океаническими, совпадают с крупными эпизодами орогенной золотообразующей активности — образованием огромных структурно управляемых золотых месторождений во время горообразования. Поскольку мышьяк легко входит в состав определённых сульфидных минералов, которые могут содержать золото, магмы с высоким содержанием мышьяка могут указывать на «плодородные» условия для образования богатых рудных систем.

Что это значит для нашей планеты

Проще говоря, работа показывает, что мышьяк ведёт себя как планетарный метроном, отсчитывая время суперконтинентного цикла. Когда континенты сливаются, доминируют глубинные, «чище» магмы, и вновь образованные породы, как правило, бедны мышьяком. Когда континенты расходятся, более мелководные, рециклированные магмы, обогащённые материалом коры, порождают породы и флюиды с повышенным содержанием мышьяка, что со временем влияет на осадки и потенциально на грунтовые воды. Эти повторяющиеся импульсы, длящихся сотни миллионов лет, подчёркивают, насколько тесно связаны глубокая «машина» Земли и поверхностные среды и минеральные ресурсы. Для неспециалистов ключевое послание таково: распределение одного следового элемента — мышьяка — фиксирует подъёмы и падения суперконтинентов, формирует места залегания некоторых золотых месторождений и помогает учёным реконструировать долгосрочную эволюцию нашей живой планеты.

Цитирование: Cheng, Q., Zhou, Y., Yang, J. et al. Geochemical cycling of arsenic in magmatic systems across supercontinent cycles. Sci Rep 16, 6813 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37782-7

Ключевые слова: мышьяк, суперконтинентный цикл, магматические процессы, элементы-примеси, золотая минерализация