Водосодержащее многоступенчатое плавление мантии контролирует обогащение золотом мафических магм Кермадекской дуги

Почему подводные вулканы важны для золота

Некоторые из самых богатых известных месторождений золота расположены не на суше, а на дне океана над зонами субдукции, где одна тектоническая плита ныряет под другую. Вдоль Кермадекской дуги у берегов Новой Зеландии подводные вулканы содержат необычно богатые золотом минерализованные тела, однако причины высокой концентрации золота в питающих эти вулканы магмах оставались неясными. В этом исследовании проблему решают, отобрав пробы молодого вулканического стекла со всей дуги и показав, что ключ к ответу скрыт глубоко в мантии, где водоносные, повторные события плавления концентрируют золото ещё до того, как магма достигает морского дна.

Скрытая конвейерная лента под морем

Кермадекская дуга простирается примерно на 1300 километров между Новой Зеландией и Тонгой. Здесь Тихоокеанская плита погружается под Австралийскую, запуская образование магмы и океанический вулканизм. Многие из этих подводных вулканов извергают горячие металлоносные флюиды, и некоторые содержат массивные сульфидные месторождения с необычно высоким содержанием золота по сравнению с рифтами срединно‑океанических хребтов. Авторы собрали 66 образцов свежего вулканического стекла — быстро закалённой магмы — с 17 вулканов дуги и прилегающего бассейна задней дуги Havre Trough. Поскольку эти стёкла образовались непосредственно из извергавшейся магмы, их химия сохраняет детальную запись о том, как плавилась мантия и как вели себя такие металлы, как золото, медь, серебро и селен по пути на поверхность.

Борьба золота с серой

Золото предпочитает связываться с серой и часто скрывается в крошечных сульфидных каплях глубоко в мантии. Когда эти сульфиды присутствуют, они, как правило, связывают золото, медь и серебро; когда же сульфидов нет или они исчерпаны, золото ведёт себя более как несовместимый элемент и концентрируется в расплаве. Сопоставив золото с другими элементами, любящими серу, в стеклах, авторы показали, что большинство кермадекских магм начинались как горячие, водонасыщенные расплавы, образовавшиеся при температурах выше точки плавления сульфидных капель. В таких условиях небольшие количества сульфидной жидкости быстро расходуются при больших степенях плавления, освобождая золото и медь в магму. По мере остывания магмы и кристаллизации ближе к поверхности образуются новые сульфиды и ферро‑титановые минералы, эффективнее уводящие медь, чем золото и серебро, что дополнительно предрасполагает некоторые магмы к питанию металлоносных гидротермальных систем.

Плавление мантии более одного раза

В кермадекских стеклах содержится до примерно шести нанограммов золота на грамм магмы, и они показывают соотношения золото/медь, существенно более высокие, чем в типичных базальтах срединно‑океанических хребтов или «плодородной» мантии. Простое однократное плавление обычного источника мантии вряд ли может дать такие значения. Скорее, химические закономерности указывают на мантию, которая подверглась плавлению, оставшись обеднённой по сульфидам и меди, а затем была переплавлена повторно в водонасыщенных, окисленных условиях. В первом этапе плавления сульфидная жидкость преимущественно удаляет медь по отношению к золоту из остаточной мантии. Когда эта частично обеднённая мантия переплавляется, получающиеся магмы наследуют более высокие соотношения золото/медь, хотя их суммарное содержание металлов остаётся в пределах того, что может дать плавление мантии. Наибольшее обогащение золотом отмечено в северном сегменте Кермадека, где геофизические и геохимические данные также указывают на особенно обеднённую мантию под передним краем дуги.

Ограниченная роль погружающейся плиты

Поскольку флюиды, выделяемые погружающейся плитой, могут переносить металлы, очевидной гипотезой было прямое поступление золота из опускающегося слэба в мантийный клин. Команда проверила это, сравнив золото с элементами, известными высокой подвижностью в слэб‑произведённых флюидах, такими как хлор, барий, уран и свинец. Золото показывает лишь слабые или непоследовательные связи с этими «флюидно‑мобильными» трассерами, и участки дуги, перекрытые толстой океанической платой, более богатой золотом, не дают систематически более золотоносных магм. В совокупности эти наблюдения свидетельствуют о том, что слэб‑флюиды в основном поставляют воду и способствуют окислению мантии — условиям, благоприятным для интенсивного плавления и высокой растворимости серы — а не доставляют существенные дополнительные количества самого золота.

От глубокого плавления к сокровищам морского дна

Исследование делает вывод, что замечательная золотая плодородность кермадекских магм контролируется прежде всего состоянием и историей мантии под дугой. Водонасыщенное, высокотемпературное, многоступенчатое плавление уже обеднённого и окисленного мантийного клина может порождать магмы с концентрациями золота и соотношениями золото/медь, достаточными для питания исключительных подводных месторождений, без необходимости значительных притоков золота непосредственно от погружающейся плиты или переработанных коровых сульфидов. Проще говоря, мантия под Кермадекской дугой была «зажарена» водосодержащим плавлением более одного раза, что удалило медь‑богатые сульфиды и оставило источник, который естественно даёт магмы, обогащённые золотом — исходный материал для некоторых из самых богатых скрытых рудных полей океана.

Цитирование: Timm, C., Portnyagin, M., de Ronde, C.E.J. et al. Hydrous multi-stage mantle melting controls gold enrichment in mafic Kermadec arc magmas. Commun Earth Environ 7, 281 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03338-w

Ключевые слова: зона субдукции, плавление мантии, золотые месторождения, дуга Кермадек, подводный вулканизм