Особенности встречной химической диффузии петрогенных компонентов (SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, FeO) и Аниона CO₃²⁻ при взаимодействии базальтовых и кимберлитовых расплавов при Р–Т ПАРАМЕТРАХ верхней мантии (экспериментальное исследование)

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Получены новые результаты экспериментальных исследований особенностей встречной химической диффузии главных петрогенных компонентов (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO) и аниона CO₃²⁻ при взаимодействии базальтовых и кимберлитовых расплавов при давлениях на уровне мантии. Исследования проводились методом диффузионных пар с использованием оригинальной установки высокого давления типа разрезная сфера “БАРС” при 5.5 ГПа и 1850оС. Показано, что скорость встречной химической диффузии всех основных компонентов расплавов (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO) и аниона CO₃²⁻ практически идентична при взаимодействии модельных базальтовых и кимберлитовых карбонатсодержащих расплавов и примерно на порядок величины больше скорости диффузии этих компонентов при взаимодействии таких расплавов при умеренных давлениях (100 МПа). Равные скорости диффузии CaO и аниона CO₃²⁻ свидетельствуют о сохранении минального характера диффузии карбоната CaCO3 из кимберлитового в базальтовый (модельный и природный) расплав и при столь высоком давлении. Диффузионная картина существенно меняется при взаимодействии расплава природного магнезиального базальта и модельного кимберлита, как это имело место при взаимодействии таких расплавов при умеренных давлениях. При этом, наряду с минальной диффузией кальцита в магнезиальный базальт, скорости диффузии остальных компонентов расплавов становятся существенно выше. Установлена слабая экспоненциальная концентрационная зависимость всех диффундирующих компонентов, которая близка к Di = const и которая имела место при взаимодействии таких расплавов при умеренных давлениях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Э. С. Персиков

Институт экспериментальной минералогии имени Д.С. Коржинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sokola@igm.nsc.ru
Россия, Черноголовка, Московская обл.

П. Г. Бухтияров

Институт экспериментальной минералогии имени Д.С. Коржинского РАН

Email: persikov@iem.ac.ru
Россия, Черноголовка, Московская обл.

А. Г. Сокол

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева СО РАН

Email: pavel@iem.ac.ru
Россия, Новосибирск

А. Н. Некрасов

Институт экспериментальной минералогии имени Д.С. Коржинского РАН

Email: alex@iem.ac.ru
Россия, Черноголовка, Московская обл.

Д. М. Султанов

Институт экспериментальной минералогии имени Д.С. Коржинского РАН

Email: Dilshod.Soultanov@iem.ac.ru
Россия, Черноголовка, Московская обл.

Список литературы

  1. Персиков Э.С., Бухтияров П.Г., Некрасов Н.А. Взаимосвязь диффузии петрогенных (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO, TiO2) и летучих (Н2О) компонентов и вязкости расплавов системы обсидиан-дацит-андезит-базальт-Н2О (экспериментально-теоретическое исследование // Вест. ОНЗ РАН. 2011. Т. 3. NZ6076. doi: 10.2205/2011NZ000206
  2. Шарыгин И.С., Литасов К.Д., Шацкий А.Ф. и др. Экспериментальное исследование плавления кимберлита трубки Удачная-Восточная при 3.0–6.5 ГПа и 900–1500°С // Докл. АН. 2013. Т. 448. № 4. P. 452—457.
  3. Baker D.R. Chemical interdiffusion of dacite and rhyolite: anhydrous measurements at 1 atm and 10 kbar, application of transition state theory, and diffusion in zoned magma chambers // Contrib. Mineral. Petrol. 1990. V. 104. P. 407–423.
  4. Baker D.R. Interdiffusion of hydrous dacitic and rhyolitic melts and the efficacy of rhyolite contamination of dacitic enclaves // Contrib. Mineral. Petrol. 1991. V. 106. P. 462–473.
  5. Baker D.R. Tracer diffusion of network formers and multicomponent diffusion in dacitic and rhyolitic melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56. P. 617–634.
  6. Bowen N.L. Diffusion in silicate melts // J. Geol. 1921. V. 29. P. 295–317.
  7. Crank J. The Mathematics of Diffusion. Clarenton Press, 1975. 414 р.
  8. Dalton J.A., Presnall D.C. The continuum of primary carbonatitic-kimberlite melt compositions in equilibrium with lherzolite: data from the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2-CO2 at 6 GPa // J. Petrol. 1998. V. 39. P. 1953—1964.
  9. Dasgupta R., Hirschmann M.M. Melting in the Earth’s deep upper mantle caused by carbon dioxide // Nature. 2006. V. 440. P. 659–662.
  10. Dingwell D.B., Copurtial P., Giordano D., Nichols A.R.L. Viscosity of peridotite liquid // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 226. P. 127–138.
  11. Guo C., Zhang Y. Multicomponent diffusion in silicate melts: SiO2-TiO2-Al2O3-MgO-CaO-Na2O-K2O system // Geochim. Cosmochim. Acta. 2016. V. 195. P. 126–141.
  12. Kamenetsky V.S., Kamenetsky M.B., Weiss Y. et al. How unique is the Udachnaya-East kimberlite? Comparison with kimberlites from the Slave Craton (Canada) and SW Greenland // Lithos. 2009. V. 112S. P. 334–346.
  13. Kavanagh J.L., Sparks R.S.J. Temperature changes in ascending kimberlite magma // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 286. P. 404–413.
  14. Kopylova M.G., Matveev S., Raudseep M. Searching for parental kimberlite melt // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. P. 3616–3629.
  15. Kress V.C., Chiorso M.S. Multicomponent diffusion in basaltic melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 313–324.
  16. Le Maitre R.W. The сhemical variability of some common igneous rocks // J. Petrol. 1976. V. 117. № 4. P. 589—637.
  17. Liang Y. Multicomponent diffusion in molten silicates: theory, experiments, and geological applications // Rev. Mineral. Geochem. 2010. V. 72. P. 409–446. https://doi.org/10.2138/rmg.2010.72.9
  18. Michell R.H. Petrology of hypabyssal kimberlites: relevance to primary magma compositions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2008. V. 174. P. 1–8.
  19. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G. Viscosity of magmatic melts: Improved structural – chemical model // Chem. Geol. 2020. V. 556. doi: 10.1016/j.chemgeo.2020.119820
  20. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Sokol A.G. Viscosity of haploкimberlite and basaltic melts at high pressures // Chem. Geol. 2018. V. 497. P. 54–63. doi: 10.1016/j.chemgeo.2018.08
  21. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Nekrasov A.N. Experimental study of multicomponent chemical diffusion under the interaction of basalt and kimberlite melts at moderate pressure // Petrology. 2022. V. 30. № 3. P. 325–335. doi: 10.1134/S0869591122020060
  22. Price S.E., Russell J.K., Kopylova M.G. Primitive magma from the Jericho Pipe, N.W.T., Canada: constraints on primary kimberlite melt chemistry // J. Petrol. 2000. V. 47. P. 789—808.
  23. Richter F., Liang Y., Minarik W.G. Multicomponent diffusion and convection in molten MgO-Al2O3-SiO2 // Geochim. Cosmochim. Acta. 1998. V. 62. P. 1985–1991.
  24. Sokol A.G., Palyanov Y.N. Diamond formation in the system MgO-SiO2-H2O-C at 7.5 GPa and 1600°C // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 121. P. 33–43.
  25. Sparks R.S.J., Brooker R.A., Field M. et al. The nature of erupting kimberlite melts // Lithos. 2009. V. 112. P. 429–438.
  26. Sparks R.S.J., Baker L., Brown R.J. et al. Dynamical constraints of kimberlite volcanism // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2006. V. 155. P. 18—48.
  27. Watson E.B., Sneeringer M.A., Ross A. Diffusion of dissolved carbonate in magmas: experimental results and applications // Earth Planet. Sci. Lett. 1982. V. 61. P. 346–358.
  28. Watson E.B., Baker D.R. Chemical diffusion in magma: An overview of experimental results and geochemical applications. Physical chemistry in magma. Advances in physical geochemistry. Eds. L.L. Perchuk, I. Kushiro. Springer-Verlag, 1991. V. 9. P. 120–151.
  29. Watson E.B. Diffusion in volatile-bearing magmas, Volatiles in magmas // Rev. Mineral. Eds. M.R. Carrol, J.R. Holloway, Mineral. Soc. Amer. 1994. V. 30. P. 371–411.
  30. Wyllie P.J. The origin of kimberlite // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 6902—6910.
  31. Yoder H.S. Contemporaneous basaltic and rhyolitic magmas // Amer. Mineral. 1973. V. 5. P. 153–171.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема ячейки аппарата – разрезная сфера типа “БАРС” с диффузионным образцом. 1 – контейнер ZrO₂; 2 – цилиндрический графитовый нагреватель; 3 – термопара PtRh6/PtRh30; 4 – образец (диффузионная пара модельный базальт–модельный кимберлит, исходное гомогенное стекло); 5 – герметичная платиновая ампула (Pt); 6 – ZrO₂ трубка; 7 – MgO трубка; 8 – Mo контакт; 9 – исходная граница раздела двух стекол.

Скачать (122KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Методика нагрева диффузионного образца в опыте № 2 при 5.5 ГПа (горизонтальный участок на кривой – интервал диффузии).

Скачать (119KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Спектры комбинационного рассеяния в диапазоне 1020–1120 см−1 для диффузионной пары модельный кимберлит–базальт, иллюстрирующие карбонатные пики (CO₃²⁻) при 1073 см–1. Сплошная кривая – зона кимберлита, пунктирная кривая – диффузионная зона, граница Матано.

Скачать (130KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диффузионные профили главных компонентов и аниона CO₃²⁻ при взаимодействии модельных расплавов базальта и кимберлита, опыт № 2 при температуре 1850оС и 5.5 ГПа общего давления, длительность опыта 180 с (пунктирная линия на диаграмме – граница Матано (Crank, 1975)).

Скачать (371KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Диффузионные профили главных компонентов и аниона CO₃²⁻ при взаимодействии природного расплава магнезиального базальта и модельного кимберлита, опыт № 4 при температуре 1850оС и 5.5 ГПа общего давления, длительность опыта 300 с (пунктирная линия на диаграмме – граница Матано (Crank, 1975)).

Скачать (387KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Пример сравнения двух концентрационных зависимостей диффузии CaO и CO₃²⁻ при взаимодействии кимберлитового и базальтового расплавов (опыт № 4, сплошные линии, параллельные оси абсцисс: Dᵢ – const; пунктирная линия – экспоненциальная зависимость).

Скачать (240KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025