Распределение титана между цирконом и расплавом: экспериментальное исследование при высоких температурах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Выполнены эксперименты по распределению титана между цирконом и силикатным расплавом при 1300 и 1400°C и 1 атм общего давления. Кроме того, измерено содержание Ti в цирконах для нескольких серий опытов из работы (Borisov, Aranovich, 2019) и проведен критический анализ экспериментальной литературы. Показано, что при высоких температурах (1200–1450°C), независимо от давления, состава расплава и содержания воды, значения DTi находятся в интервале 0.02–0.04. На основании полученных данных еще раз показана невозможность кристаллизации циркона из высокотемпературных основных расплавов. Показано, что геотермометр “Ti in zircon” не описывает содержание Ti в наших экспериментальных цирконах и, скорее всего, не применим к сухим высокотитанистым расплавам при 1 атм общего давления.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Борисов

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aborisov@igem.ru
Россия, Москва

С. Е. Борисовский

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Email: aborisov@igem.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Аранович Л.Я., Бортников Н.С., Борисов А.А. Океанический циркон как петрогенетический индикатор // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 5–6. С. 685–700.
  2. Борисов А.А., Борисовский С.Е., Кошлякова А.Н. Микрозондовый анализ титана в цирконе: оценка вторичной флюоресценции // Петрология. 2023. Т. 31. № 5. С. 1–5.
  3. Бортников Н.С., Силантьев С.А., Беа Ф. и др. U-Pb-датирование, соотношение изотопов кислорода и гафния в цирконе пород внутренних океанических комплексов Срединно-Атлантического хребта: свидетельство взаимодействия молодой и древней коры в зоне спрединга дна океана // Докл. АН. 2019. Т. 489. № 5. С. 483–489.
  4. Остапенко Г.Т., Таращан А.Н., Мицюк Б.Н. Геотермобарометр рутил–кварц // Геохимия. 2007. № 5. С. 564–567.
  5. Belousova E.A., Griffin W.L., O’Reilly S.Y., Fisher N.I. Igneous zircon: trace element composition as an indicator of source rock type // Contrib. Mineral. Petrol. 2002. V. 143. P. 602–622.
  6. Belousova E.A., Jimenes J.M.G., Graham I. et al. The enigma of crustal zircon in upper-mantle rocks: clues from the Tumut ophiolite, southeast Australia // Geology. 2015. V. 43. P. 119–122.
  7. Bea F., Fershtater G.B., Montero P. et al. Recycling of continental crust into the mantle as revealed by Kytlym dunite zircons, Ural Mts, Russia // Terra Nova. 2001. V. 13. P. 407–412.
  8. Bea F., Bortnikov N., Cambeses A. et al. Zircon crystallization in low-Zr mafic magmas: Possible or impossible? // Chemical Geol. 2022. V. 602. Article 120898.
  9. Borisov A., Aranovich L. Zircon solubility in silicate melts: New experiments and probability of zircon crystallization in deeply evolved basic melts // Chemical Geol. 2019. V. 510. P. 103–112.
  10. Borisov A., Aranovich L. Rutile solubility and TiO2 activity in silicate melts: An experimental study // Chemical Geol. 2020. V. 556. Article 119817.
  11. Burnham A.D., Berry A.J. An experimental study of trace element partitioning between zircon and melt as a function of oxygen fugacity // Geochim. Cosmochim. Acta. 2012. V. 95. P. 196–212.
  12. Dickinson J.E., Hess J.C. Zircon saturation in lunar basalts and granites // Earth Planet. Sci. Lett. 1982. V. 57. P. 336–344.
  13. Crisp L.J., Berry A.J., Burnham A.D. et al. The Ti-in-zircon thermometer revised: The effect of pressure on the Ti site in zircon // Geochim. Cosmochim. Acta. 2023. V. 360. P. 241–258.
  14. Ferry J.M., Watson E.B. New thermodynamic models and revised calibrations for the Ti-in-zircon and Zr-in-rutile thermometers // Contrib. Mineral. Petrol. 2007. V. 154. P. 429–437.
  15. Hayden L.A., Watson E.B. Rutile saturation in hydrous siliceous melts and its bearing on Ti-thermometry of quartz and zircon // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. V. 258. P. 561–568.
  16. Hofmann A.E., Baker M.B., Eile J.M. An experimental study of Ti and Zr partitioning among zircon, rutile, and granitic melt // Contrib. Mineral. Petrol. 2013. V. 166. P. 235–253.
  17. Luo Y., Ayers J.C. Experimental measurements of zircon/melt trace-element partition coefficients // Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. P. 3656–3679.
  18. Nielsen R.L. BIGD.FOR: A FORTRAN program to calculate trace-element partition coefficients for natural mafic and intermediate composition magmas // Computers Geosci. 1992. V. 18. P. 773–788.
  19. Osborne Z.R., Thomas J.B., Nachlas W.O et al. An experimentally calibrated thermobarometric solubility model for titanium in coesite (TitaniC) // Contrib. Mineral. Petrol. 2019. V. 174. Article 34.
  20. Osborne Z.R., Thomas J.B., Nachlas W.O. et al. TitaniQ revisited: expanded and improved Ti-in-quartz solubility model for thermobarometry // Contrib. Mineral. Petrol. 2022. V. 177. Article 31.
  21. Ruan M., Wang J., Xiong X., Li L. Zr solubility in mantle minerals at zircon saturation: Implications for zircon genesis in ultramafic rocks // Solid Earth Sci. 2023. V. 8. P. 283–294.
  22. Ryerson F.J., Watson E.B. Rutile saturation in magmas: implications for Ti-Nb-Ta depletion in island-arc basalts // Earth Planet. Sci. Lett. 1987. V. 86. P. 225–239.
  23. Thomas J.B., Bodnar R.J., Shimizu N., Sinha A.K. Determination of zircon/melt trace element partition coefficients from SIMS analysis of melt inclusions in zircon // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. V. 66. P. 2887–2901.
  24. Thomas J.B., Watson E.B., Spear F.S. et al. TitaniQ under pressure: the effect of pressure and temperature on the solubility of Ti in quartz // Contrib. Mineral. Petrol. 2010. V. 160. P. 743–759.
  25. Wark D.A., Watson E.B. TitaniQ: a titanium-in- quartz geothermometer // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 152. P. 743–754.
  26. Watson E.B., Wark D.A., Thomas J.B. Crystallization thermometers for zircon and rutile // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. V. 151. P. 413–433.
  27. Zhang C., Li X., Almeev R.R. et al. Ti-in-quartz thermobarometry and TiO2 solubility in rhyolitic melts: New experiments and parametrization // Earth Planet. Sci. Lett. 2020. V. 538. Article 116213.
  28. Zhang H.L, Cottrell E., Solheid P.A. et al. Determination of Fe3+/ΣFe of XANES basaltic glass standards by Mössbauer spectroscopy and its application to the oxidation state of iron in MORB // Chemical Geol. 2018. V. 479. P. 166–175.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Растворимость циркона в силикатном расплаве при 1301 (а) и 1399°C (б), в зависимости от выдержки эксперимента, в трех сериях с различным исходным содержанием TiO2. При 1301°C метастабильный циркон в расплаве, обр. T25, существует в самом непродолжительном опыте, но исчезает при более длительных выдержках.

Скачать (147KB)
3. Рис. 2. Влияние содержания TiO2 в расплаве на растворимость циркона в силикатных расплавах новых экспериментальных серий.

Скачать (73KB)
4. Рис. 3. Содержания TiO2 в силикатных расплавах и соответствующих цирконах во временных сериях при 1301 (а) и 1399°C (б). Средние значения величины DTi (циркон/расплав) показаны пунктирными линиями. См. детали в тексте.

Скачать (178KB)
5. Рис. 4. Содержание TiO2 в силикатных расплавах и соответствующих цирконах в некоторых экспериментальных сериях из (Borisov, Aranovich, 2019), измеренные или перемеренные в настоящем исследовании. Средние значения величины DTi (циркон/расплав) показаны пунктирными линиями.

Скачать (166KB)
6. Рис. 5. Зависимость DTi (циркон/расплав) от температуры. В интервале 1200–1450°C значения DTi остаются постоянными в пределах ошибки.

Скачать (65KB)
7. Рис. 6. Зависимость DTi (циркон/расплав) от температуры по (Hofmann et al., 2013).

Скачать (90KB)
8. Рис. 7. Зависимость DTi (тридимит/расплав) от выдержки эксперимента.

Скачать (67KB)

© Российская академия наук, 2024