Les cratons (du grec "pouvoir" ou "pouvoir") sont les zones de la plus ancienne croûte continentale de la Terre, et ne sont conservés que dans quelques endroits dans le monde. Selon les scientifiques, le Kaapvaal Craton en Afrique du Sud et le Pilbara Craton en Australie (la plus ancienne de ces structures) étaient les parties de Vaalbara, un supercontinent archéen.

La transformation des parties inférieures des cratons sous l'influence de la chaleur émise par le manteau terrestre peut conduire à la formation de roches appelées granulites qui encadrent les cratons comme des ceintures. Cependant, les processus qui font remonter les granulites de la partie inférieure de la croûte à la surface le long des bords du craton sont encore largement discutables. Les plus anciennes ceintures de granulites se sont formées à l'Archéen (il y a 3 ans Ga), qui n'a que quelques centaines de millions d'années de moins que la vie sur Terre. Les granulites les plus jeunes ont environ 0,5 milliard d'années. Une ancienne ceinture de granulites (2,7 Ga) est située au Kaapvaal Craton aux frontières de l'Afrique du Sud, Zimbabwe, et le Botswana, non loin de la célèbre rivière Limpopo. Le Complexe du Limpopo est considéré comme un laboratoire naturel pour l'étude des relations entre les plus anciennes structures tectoniques de la croûte continentale et présente donc un grand intérêt pour les géologues.

"Pour la première fois, nous avons de bonnes raisons de supposer que les magmas granitiques du complexe granulite néo-archéen du Limpopo (Afrique du Sud) se sont formés au cours de l'interaction tectonique de ce complexe avec les roches du craton de Kaapvaal alors que le complexe montait de la partie inférieure de la croûte continentale, " dit Oleg Safonov, un co-auteur de l'ouvrage, Docteur en géologie et minéralogie, Professeur du Département de Pétrologie de la Faculté de Géologie, MSU, et directeur de l'Institut Korzhinskii de minéralogie expérimentale de l'Académie des sciences de Russie.

La granulite est une roche métamorphique. Cela signifie qu'il se forme au cours de la transformation d'autres roches sous l'influence de températures élevées. Dans le cas des granulites, ces températures sont de 750 à 1000 °C. Feldspaths, quartz, grenat, pyroxènes, la cordiérite et d'autres minéraux se forment à ces températures donnant à la roche sa texture granuleuse.

Selon l'un des modèles, un rôle important dans la formation des granulites est joué par le CO 2 - les fluides riches chauffés à des températures trop critiques. Le graphite présent dans les roches métamorphiques peut aider à établir si ce modèle est vrai. D'habitude, le graphite se forme au cours de la modification de la matière organique ou de la décomposition de carbonates (sels d'acide carbonique avec du CO 3 ^2- anion). Cependant, les granulites se forment à des niveaux profonds où aucune matière organique n'est présente, le mécanisme de formation du graphite est donc différent - le graphite est le résultat de l'interaction de granulites avec des écoulements mantelliques riches en CO 2 . Par conséquent, la présence de graphite dans les granulites est souvent considérée comme une évidence pour ce modèle. Sa formation dépend de la pression, Température, et d'autres paramètres, et l'étude du graphite peut en dire long sur eux.

Les géologues ont trouvé des échantillons de graphite et des inclusions fluides dans du quartz (composants volatils piégés dans les petites cavités de minéraux au cours de la croissance cristalline) dans les roches granitiques de la ceinture de granulites du Limpopo et les ont analysés.

Les chercheurs ont découvert que les roches granitiques pénétrant dans la ceinture de granulites du Limpopo ont commencé à cristalliser à une température de 900 à 940 °C et à une pression de 7 à 9 kbar. L'analyse des inclusions fluides dans le quartz a confirmé que le CO 2 -des fluides riches ont participé à leur formation. L'écart de la teneur en isotopes C-13 par rapport aux valeurs standard s'est avéré être de 6,52 à 8,65 pour mille (dix pour cent) pour le graphite et de 2,5 à 5,58 pour mille pour les fluides dans le quartz. Cette composition isotopique du carbone est généralement prescrite aux écoulements fluides profonds du manteau, confirmant à nouveau leur origine externe. Cette, à son tour, coïncide avec le modèle de CO 2 -des fluides externes profonds riches participant à la formation des roches granulites et des granites d'accompagnement. Cependant, après avoir comparé ces données avec la composition isotopique du carbone des roches des anciens cratons, les scientifiques ont conclu que les fluides avaient migré à travers le complexe du Limpopo depuis les roches cratoniques au cours de la collision avec le craton de Kaapvaal.

Alors que l'étude des roches du complexe de granulites du Limpopo était de nature fondamentale, la connaissance des processus de leur formation peut être utilisée pour la prospection du minerai. "Les roches des anciens cratons sont de riches sources de divers composants du minerai. Elles sont transportées par des magmas et des fluides qui proviennent de la transformation de ces roches." commente Oleg Safonov.

Les données sur la formation du complexe de granulite sud-africain sont également pertinentes pour la Russie. Les scientifiques prévoient de comparer leurs conditions avec les données sur la formation de granulites dans la ceinture de Laponie située entre le craton de Carélie et le craton d'Inari à la frontière entre la Russie et la Finlande.