ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКЦИЙ ДЕКАРБОНАТИЗАЦИИ, СОПРЯЖЕННЫХ С ОБРАЗОВАНИЕМ Mg, Fe-ГРАНАТОВ И CO2-ФЛЮИДА ПРИ МАНТИЙНЫХ P,T-ПАРАМЕТРАХ
Ю.В. Баталева1, И.Д. Новоселов1,2, А.Н. Крук1, О.В. Фурман1,2, В.Н. Реутский1, Ю.Н. Пальянов1,2
1Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, 630090, Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, Россия
bataleva@igm.nsc.ru
2Новосибирский государственный университет, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1, Россия
Ключевые слова: Декарбонатизация, CO-флюид, мантийные карбонаты, гранат, высокобарический эксперимент, экспериментальное моделирование
Страницы: 794-809
Аннотация
Впервые проведено экспериментальное моделирование реакций декарбонатизации при мантийно-коровых взаимодействиях, сопряженных с образованием Mg, Fe-гранатов и СО2-флюида, в широком интервале давлений и температур верхней мантии. Экспериментальные исследования проведены на многопуансонном аппарате высокого давления «разрезная сфера» (БАРС) в системах MgCO3-Al2O3-SiO2 и (Mg, Fe)CO3-Al2O3-SiO2 в интервалах давлений 3.0-7.5 ГПа и температур 950-1450 °C ( t = 10-60 ч). В экспериментах использована специально сконструированная буферированная ячейка высокого давления с гематитовым контейнером, предотвращающим диффузию водорода в платиновую ампулу. Экспериментально установлено, что в системе MgCO3-SiO2-Al2O3 декарбонатизация по схематической реакции MgCO3 + SiO2 + Al2O3→ Mg3Al2Si3O12 +CO2 происходит при 1100 ± 20 °С (3.0 ГПа), 1150 ± 20 °С (6.3 ГПа) и 1400 ± 20 °С (7.5 ГПа). В системе (Mg, Fe)CO3-Al2O3-SiO2 реакция (Mg, Fe)CO3 + SiO2 + Al2O3→ (Mg, Fe)3Al2Si3O12 + CO2 реализуется при 1000 ± 20 °С (3.0 ГПа), 1150 ± 20 °С (6.3 ГПа) и 1400 ± 20 °С (7.5 ГПа). В результате рамановской спектроскопической характеризации полученных гранатов определено положение основных мод R , υ 2 и υ 1 в пиропе - 364, 562, 924-925 см-1 и пиропе-альмандине - 350-351, 556-558 и 918-919 см-1. С применением метода масс-спектрометрии продемонстрирована эффективная работа гематитового контейнера и установлено, что во всех экспериментах состав флюида соответствовал чистому CO2. Выполнена экспериментальная реконструкция положения кривых декарбонатизации, приводящих к формированию CO2-флюида в ассоциации с пиропом и пироп-альмандином в P,T -координатах, проведено их сопоставление с положением расчетных кривых и предшествующих экспериментальных данных. Установлено, что экспериментально воспроизведенные линии реакций с образованием ассоциаций пироп + CO2 или пироп-альмандин + CO2 сдвинуты в область более низких температур на 50-150 °С относительно расчетных. При рассмотрении полученных результатов применительно к устойчивости природных карбонатов различного состава при высоких давлениях и температурах установлено, что на глубинах ~90-190 км Mg, Fe-карбонаты вступают в реакции декарбонатизации при температурах 1000-1250 °C, а на глубинах ~225 км - при 1400 °C.
DOI: 10.15372/GiG2020115 |
