Океанические острова представляют собой важный объект геохимических исследований, поскольку их происхождение и состав отражают глубинные процессы мантии Земли и динамику магматизма в океанических бассейнах. Эти образования возникают преимущественно в зонах внутриплитного вулканизма, часто ассоциированного с мантийными плюмами, и характеризуются специфическими химическими и изотопными признаками, отличающими их от континентальных и срединно-океанических пород.
Основой формирования океанических островов являются мантийные плюмы — восходящие потоки горячего вещества из глубин мантии, достигающие основания литосферы и инициирующие частичное плавление. Образующийся базальтовый магматизм создает цепи вулканов, постепенно смещающихся вследствие движения литосферных плит. Наиболее известные примеры — Гавайский архипелаг, острова Тобаго и Реюньон.
В геохимическом отношении источники магм океанических островов отличаются от типичных мантийных резервуаров, питающих срединно-океанические хребты. Они демонстрируют признаки гетерогенности и участия переработанного субдукционного материала, что выражается в разнообразии изотопных соотношений стронция, неодима, свинца и гафния.
В зависимости от изотопных и элементных характеристик выделяют несколько эндемичных типов магматизма океанических островов:
Эти типы отражают сложное смешение глубинных компонентов, что свидетельствует о мозаичном строении мантии и существовании древних геохимических доменов.
Магмы океанических островов преимущественно базальтовые, богатые Fe, Mg и Ti, но степень их дифференциации варьирует в зависимости от глубины плавления и состава источника. Высокие концентрации несовместимых элементов (Nb, Ta, La, Ce, Th) указывают на участие обогащённых мантийных расплавов. Соотношения Nb/U и Ce/Pb часто используются как диагностические индикаторы для разграничения плюмовых и субдукционных источников.
Фракционирование элементов редкоземельной группы (РЗЭ) демонстрирует выраженные различия между типами магм. HIMU-базальты имеют повышенные La/Yb и (La/Sm)N, указывая на плавление при участии гранатсодержащей мантии, тогда как EM-типы показывают более равномерное распределение РЗЭ, свойственное плавлению на меньших глубинах.
Изотопные системы Sr–Nd–Pb–Hf служат основным инструментом реконструкции происхождения мантийных резервуаров. Сочетание высоких ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и низких εNd типично для EM-компонентов, тогда как HIMU характеризуется низкими значениями ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и сильно отрицательными εNd.
Геохимическая модель предполагает существование в мантии древних, частично переработанных компонентов, образовавшихся в результате субдукции осадочных и океанических пород миллиарды лет назад. Эти остатки повторно вовлекаются в плавление при подъёме плюмов, что объясняет наблюдаемую изотопную вариабельность.
Петрологические исследования указывают, что ранние стадии эволюции магм океанических островов характеризуются кристаллизацией оливина и клинопироксена, с последующим выделением плагиоклаза и Fe-Ti-оксидов. На поздних стадиях возможны процессы ассимиляции океанической коры и дифференциации до трахитовых и фонолитовых составов.
Минералогические включения в базальтах — шпинель, гранат, клинопироксен с высокими содержаниями Ti и Cr — служат индикаторами условий давления и температуры, при которых происходило плавление и кристаллизация.
Океанические острова играют важную роль в геохимическом цикле Земли. Они способствуют возврату глубинного вещества на поверхность и формированию новых океанических коровых участков. Плюмовые магмы транспортируют из мантии редкие элементы, летучие компоненты (CO₂, H₂O, S) и радиогенные изотопы, влияющие на состав атмосферы и океана в геологической истории.
Кроме того, океанические острова служат естественными лабораториями для изучения динамики мантии, так как они фиксируют пространственно-временные изменения химического состава магм при движении литосферных плит над стационарными плюмами.
Геофизические и геохимические данные указывают, что источники океанических островов расположены преимущественно в нижней мантии, на границе ядро–мантия. Эта зона, известная как D”, характеризуется высокой температурой и возможным накоплением рециклированных материалов. Подъём плюмов из этих глубин способствует перемешиванию мантии и переносу вещества через весь планетарный масштаб.
Изучение геохимии океанических островов тем самым раскрывает фундаментальные процессы внутренней эволюции Земли, миграции вещества и энергии, а также механизмы сохранения древних мантийных доменов в условиях планетарной конвекции.