Kratoner (från grekiskans "makt" eller "mäktige") är områdena av den äldsta kontinentala skorpan på jorden, och finns endast bevarade på ett fåtal platser runt om i världen. Enligt forskare, Kaapvaal Craton i Sydafrika och Pilbara Craton i Australien (den äldsta av dessa strukturer) var delarna av Vaalbara, en arkeisk superkontinent.

Omvandlingen av de nedre delarna av kratonerna under påverkan av värme som avges av jordens mantel kan leda till bildning av stenar som kallas granuliter som ramar in kratoner som bälten. Dock, de processer som gör att granuliter rör sig uppåt från den nedre delen av skorpan till ytan längs kratongränserna är fortfarande till stor del diskutabel. De äldsta granulitbältena bildades i Archean (3 Ga år sedan), som bara är flera hundra miljoner år yngre än livet på jorden. De yngsta granuliterna är cirka 0,5 miljarder år gamla. Ett gammalt (2,7 Ga) granulitbälte ligger vid Kaapvaal Craton vid gränsen till Sydafrika, Zimbabwe, och Botswana, inte långt från den berömda floden Limpopo. Limpopo-komplexet anses vara ett naturligt laboratorium för studier av relationer mellan de äldsta tektoniska strukturerna i den kontinentala jordskorpan och är därför av stort intresse för geologer.

"För första gången, vi har starka skäl att anta att granitmagmas i det neo-arkiska granulitkomplexet i Limpopo (Sydafrika) har bildats under loppet av tektonisk interaktion mellan detta komplex och klipporna i Kaapvaal-kratonen när komplexet reste sig från den nedre delen av den kontinentala skorpan, " säger Oleg Safonov, en medförfattare till verket, doktor i geologi och mineralogi, Professor vid geologiska fakultetens petrologiska institution, MSU, och direktör för Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy vid Ryska vetenskapsakademin.

Granulit är en metamorf bergart. Det betyder att det bildas under omvandlingen av andra bergarter under påverkan av höga temperaturer. När det gäller granuliter, dessa temperaturer är 750 till 1000 °C. Fältspat, kvarts, granat, pyroxener, Cordierit och andra mineraler bildas under dessa temperaturer som ger bergarten dess granulära textur.

Enligt en av modellerna, en viktig roll i bildandet av granuliter spelas av CO ₂ -rika vätskor uppvärmda till överkritiska temperaturer. Grafit som finns i metamorfa bergarter kan hjälpa till att fastställa om denna modell är sann. Vanligtvis, grafit bildas vid modifiering av organiskt material eller sönderdelning av karbonater (salter av kolsyra med CO ₃ ^2- anjon). Dock, granuliter bildas på djupa nivåer där inget organiskt material finns, så grafitbildningsmekanismen är annorlunda - grafit är resultatet av interaktion mellan granuliter och mantelflöden rika på CO ₂ . Därför, förekomsten av grafit i granuliter anses ofta vara ett bevis för denna modell. Dess bildning beror på tryck, temperatur, och andra parametrar, och studiet av grafit kan berätta mycket om dem.

Geologer hittade grafitprover och vätskeinneslutningar i kvarts (flyktiga komponenter som fångades i de små håligheterna av mineraler under kristalltillväxt) i granitbergarter i Limpopo granulitbälte och analyserade dem.

Forskarna fann att granitstenar trängde in i Limpopo granulitbälte började kristallisera vid en temperatur på 900 till 940 °C och ett tryck på 7 till 9 kbar. Analysen av vätskeinneslutningar i kvarts bekräftade att CO ₂ -rika vätskor deltog i deras bildning. Avvikelsen mellan C-13-isotopinnehållet från standardvärdena visade sig vara 6,52 till 8,65 promille (tiondels procent) för grafit och 2,5 till 5,58 promille för vätskorna i kvarts. Denna isotopsammansättning av kol ordineras vanligtvis till djupa vätskeflöden från manteln, bekräftar sitt yttre ursprung ännu en gång. Detta, i tur och ordning, sammanfaller med CO -modellen ₂ -rika djupa yttre vätskor som deltar i bildandet av granulitstenar och medföljande graniter. Dock, efter att ha jämfört dessa data med den isotopiska sammansättningen av kol från klipporna i forntida kratoner, forskarna drog slutsatsen att vätskorna migrerade genom Limpopo-komplexet från de kratoniska klipporna i samband med kollisionen med Kaapvaal-kratonen.

Medan studien av stenarna i Limpopo granulitkomplex var av fundamental natur, kunskapen om processerna för deras bildning kan användas för malmprospektering. "Stenar från forntida kratoner är rika källor till olika malmkomponenter. De bärs av magma och vätskor som har sitt ursprung under omvandlingen av dessa bergarter." kommenterar Oleg Safonov.

Uppgifterna om bildandet av det sydafrikanska granulitkomplexet är också relevanta för Ryssland. Forskarna planerar att jämföra sina förhållanden med data om bildningen av granuliter i Lapplandsbältet som ligger mellan Karelska kratonen och Enarekratonen vid gränsen mellan Ryssland och Finland.