К 50-летнему юбилею института экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского Российской академии наук

Аннотация

Подготовлен специальный выпуск журнала "Петрология", посвященный 50-летнему юбилею Института экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН. Представлен краткий обзор статей его сотрудников.

Полный текст

Настоящий выпуск журнала посвящен 50-летнему юбилею Института экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН. Институт был организован 1 августа 1969 г. по Распоряжению Президиума АН СССР № 753 и по сей день является ведущим научно-исследовательским институтом в России по экспериментальному и теоретическому изучению процессов в недрах Земли. В соответствии с принципами, заложенными организаторами Института, прежде всего академиками Д.С. Коржинским и В.А. Жариковым, ИЭМ РАН сочетает экспериментальные и теоретические исследования процессов минералообразования с изучением природных объектов, что дает возможность решать фундаментальные проблемы наук о Земле. Этот принцип лег в основу статей, представленных в предлагаемом выпуске журнала «Петрология».

Выпуск открывает статья А.Г. Симакина с соавторами «Экспериментальное исследование кристаллизации амфибола из высокомагнезиального андезитового расплава вулкана Шивелуч», в которой приведены результаты экспериментального исследования при 300 МПа и 940–980°С кристаллизации высокомагнезиального андезита. Работа во многом основана на тех принципах исследования магматических систем, которые были заложены в ИЭМ РАН проф. М.Б. Эпельбаумом. Представлены новые экспериментальные данные о кристаллизации клинопироксена и амфибола из водосодержащего андезитового расплава вулкана Шивелуч, Камчатка, полученные с применением устройства для быстрой закалки и в некоторых экспериментах в режиме колебаний температуры в процессе кристаллизации. Установлено, что даже при малых изменениях параметров (степени окисления железа, летучести кислорода) и состава расплава состав амфибола (прежде всего, содержание алюминия в октаэдрической позиции) существенно варьирует. Анализ экспериментальных и теоретических данных позволил авторам улучшить методику использования моноамфиболового барометра для определения глубин начала кристаллизации магм.

В статье Э.С. Персикова «Взаимосвязь относительной распространенности масс гранитов и риолитов в земной коре с закономерностями реологии гранитоидных магм» продемонстрированы закономерности вариации вязкости близликвидусных водосодержащих гранитоидных магм в широком диапазоне Р-Т параметров земной коры. Показано, что эти закономерности представляют количественную физико-химическую основу для объяснения относительной распространенности интрузивных и эффузивных пород кислого состава в земной коре. В работе использована авторская структурно-химическая модель достоверных прогнозов и расчетов вязкости магм в полном диапазоне составов кислые–ультраосновные при термодинамических параметрах земной коры и верхней мантии.

В статье А.Л. Перчука с соавторами «Взаимодействие субдукционного осадка с лерцолитом в экспериментах при 2.9 ГПа: эффекты метасоматоза и частичного плавления» приводятся результаты экспериментального моделирования преобразований супрасубдукционной мантии под действием восходящих потоков флюидов и расплавов, выделившихся из субдукционного осадка. Эксперименты демонстрируют, что перенос петрогенных компонентов жидкостями осуществляется в режимах пропитывающего, фокусированного и диффузионного потоков, определяющих как степень преобразования мантийного субстрата, так и минеральные парагенезисы. Результаты экспериментов показывают, что поднимающиеся флюиды и расплавы из субдукционного осадка не способны обеспечить значимый вынос углерода из метаосадочного слоя в породы мантии.

В статье О.Г. Сафонова с соавторами «Минеральные индикаторы реакций с участием солевых компонентов флюидов в глубокой литосфере» приведен обзор многочисленных экспериментальных и петрологических исследований, проведенных в ИЭМ РАН за 50 лет. Рассматривается роль солевых компонентов в составе флюидов, как важнейших агентов метасоматоза и парциального плавления вещества коры и верхней мантии. В основу работы легли идеи, высказанные в свое время академиком Д.С. Коржинским и в значительной мере развитые профессором Л.Л. Перчуком. Приведенные в статье петрологические примеры ассоциаций и реакционных структур минералов в породах гранулитовой и амфиболитовой фации метаморфизма нижней-средней коры, перидотитах и эклогитах верхней мантии указывают на большое разнообразие реакций, контролируемых присутствием солевых компонентов в водно-углекислых флюидах.

Тематику роли флюидов, содержащих солевую составляющую, при высокотемпературном метаморфизме продолжает статья Л.И. Ходоревской «Гранитизация и высокотемпературный метасоматоз в породах основного состава: сопоставление экспериментальных и природных данных», в которой изложены новые данные, дополняющие результаты экспериментального моделирования процессов гранитизации и высокотемпературного метасоматоза в породах основного состава, начатого в ИЭМ РАН совместно с академиком В.А. Жариковым. Продемонстрированы особенности поведения Fe, Ca, Mg при разложении минералов метабазитов в присутствии водных и водно-солевых флюидов в зависимости от содержания Na-хлоридной составляющей во флюидной фазе. Результаты экспериментов приложены к природным ассоциациям гранитизированных метабазитов в высокотемпературных метаморфических комплексах.

В статье Ю.Б. Шаповалова с соавторами «Жидкостая несмесимость и проблемы рудогенеза (по экспериментальным данным)» представлены результаты экспериментального исследования фазовых отношений и распределения элементов между силикатными и солевыми (карбонатными, фосфатными, фторидными, хлоридными) расплавами, между двумя несмесимыми силикатными расплавами, а также во флюидно-магматических системах в присутствии фторидов щелочных металлов в интервале температур 800–1250°С и давлений 100–550 МПа. В основу работы легли идеи и модели, предложенные академиком А.А. Маракушевым. Полученные коэффициенты разделения компонентов между несмесимыми расплавами демонстрируют эффективность экстракции целого ряда элементов (Y, РЗЭ, Sr, Rb, Cs, Ba, Ti, Nb, Zr, Ta, W, Mo, Pb) в процессах жидкостной несмесимости в количестве, необходимом для формирования рудных месторождений.

К сожалению, фиксированный объем выпуска журнала не смог вместить все принятые к публикации статьи сотрудников ИЭМ РАН. Три статьи, входящие в число посвященных 50-летию ИЭМ РАН, будут опубликованы в следующем номере (Петрология, 2019, № 6).

Н.С. Горбачев с соавторами в статье «Экспериментальное изучение системы перидотит-базальт-флюид: фазовые соотношения при докритических и надкритических Р-Т условиях» приводят результаты экспериментов при давлениях до 4 ГПа и температурах до 1400°С по частичному плавлению водосодержащих перидотита и базальта, а также перидотит-базальтовой ассоциации в присутствии щелочного водно-карбонатного флюида. В водосодержащем перидотите критические соотношения между расплавами и флюидами наблюдались в интервале давлений 3.7–4.0 ГПа и температур 1000–1300°С, при плавлении водосодержащего базальта – при 1000°С и 3.7 ГПа, в системе перидотит-базальт-водно-карбонатный флюид – при 4 ГПа и 1400°C. Реакционные соотношения минералов рестита перидотита в продуктах опытов свидетельствуют о высокой химической активности надкритических жидкостей. Мантийные резервуары со сверхкритическими жидкостями являются источником обогащенных несовместимыми элементами магм, что вызывает метасоматоз, ведущий к рефертилизации перидотита за счет обогащения реститовых минералов несовместимыми элементами.

В статье Ю.Б. Шаповалова с коллегами «Физико-химические условия образования редкометальных месторождений во фторсодержащих гранитоидных системах по экспериментальным данным» рассматривается проблема происхождения редкометальных месторождений в гранитах с учетом результатов количественных экспериментальных исследований, которые позволяют вносить определенные ограничения в интерпретацию геологических материалов и построение генетических моделей. Материалы, изложенные в статье, основываются и продолжают экспериментальные и теоретические исследования, которые проводились в течение многих лет в ИЭМ РАН коллективом автором под руководством и при участии проф. Г.П. Зарайского. Обсуждается роль как магматических, так и гидротермально-метасоматических факторов при образовании различных типов редкометальных месторождений. Представлены результаты изучения по распределению Ta и Nb в процессах флюидно-магматического взаимодействия, по распределению W, Ta, Nb и Sn при силикатно-солевом расслоении, а также данные состава и свойств модельного магматогенного флюида и величины растворимости рудных тантал-ниобиевых минералов во фторидных, хлоридных и карбонатно-щелочных гидротермальных флюидах.

В статье В.Ю. Чевычелова «Распределение летучих компонентов (Cl, F, CO₂) в водонасыщенных флюидно-магматических системах различного состава» обобщены результаты экспериментальных исследований поведения Cl, F, CO₂ и H₂O во флюидно-магматических системах кислого, среднего, основного и щелочного составов в интервале давлений 10–500 МПа и температур 700–1250°С. Раскрыты закономерности растворимости указанных летучих компонентов в расплавах, эффекты взаимного влияния этих компонентов на растворимость в расплавах, продемонстрированы процессы гидролиза при взаимодействии расплавов с хлоридными флюидами. Особое внимание уделено распределению Cl и F между расплавами, флюидами и кристаллическими фазами, а также петрогенных компонентов (Ca, Na, K, Fe, Al, Si) в системах гранитный расплав–водно-солевой флюид. Результаты экспериментов составляют количественную основу для понимания процессов дегазации в ходе эволюции магм различного состава, а также позволяют оценить масштаб выноса Cl и F в земную атмосферу в процессе вулканической деятельности.

О.Г. Сафонов Ответственный редактор выпуска