Экспериментальное изучение устойчивости паргасита NaCa2 (Mg4Al)[Si6Al2O22](OH)2 при T = 1000–1100°C и давлении до PH2O= 5 кбар

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлены материалы по экспериментальному изучению устойчивости паргасита. На примере кальциевого амфибола было проведено экспериментальное моделирование процессов, происходящих в условиях вулканического очага при давлениях до 5 кбар. Уточнена фазовая диаграмма паргасита. Выявлены протекающие реакции и их параметры. На основании полученных экспериментальных данных стабильность паргасита контролируется тремя реакциями. Первая – в области низкого водного давления менее 1 кбар – реакция дегидратации: Prg = Fo + Sp + Di + Ne + An + H2O. Вторая – в области водного давления более 1.2–1.5 кбар и температуре около 1100oC. Разложение паргасита контролируется инконгруэнтным плавлением: Prg = Fo + Sp + {Di + Ne + An}L + H2O. Третья – в том же интервале давлений, что и предыдущая, но при меньших температурах ~1050 oС. Эта реакция определяет ликвидус паргасита в расплаве и связана с взаимодействием амфибола и сосуществующего расплава: Prg + L = Fo + Sp + Di + {Ne + Pl}L + H2O. Предположительно, активность кремнезема расплава aSiO2 оказывает наибольшее влияние на ликвидус паргасита.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Девятова

Институт экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: deviatova@iem.ac.ru
Россия, 142432, Московская область, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 4

А. Н. Некрасов

Институт экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН

Email: deviatova@iem.ac.ru
Россия, 142432, Московская область, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 4

Г. В. Бондаренко

Институт экспериментальной минералогии им. академика Д.С. Коржинского РАН

Email: deviatova@iem.ac.ru
Россия, 142432, Московская область, г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 4

Список литературы

  1. Гиорсо М. С., Кармайкл И. С.Е. (1992) Моделирование магматических систем: петрологическое приложение. Термодинамическое моделирование в геологии (минералы, флюиды, расплавы) Ред.: Кармайкл И., Ойгстер Х. М.: Мир. 487–518.
  2. Жариков В. А. (1976) Основы физико-химической петрологии. М.: Изд-во МГУ, 420 с.
  3. Кадик А. А., Максимов А. П., Иванов Б. В. (1986) Физико-химические условия кристаллизации и генезис андезитов (на примере Ключевской группы вулканов). М.: Наука, 158 с.
  4. Колосков А. В., Ананьев В. В., Пузанков М. Ю. (2014) Амфибол в четвертичных гавайитах Кекукнайского вулканического массива (Камчатка) как показатель декомпрессионной эволюции расплавов повышенной щелочности. Записки ВМО. (2), 94–115.
  5. Нагаев Э. Л. (1992) Малые металлические частицы. Успехи физических наук. 162(9), 49–124.
  6. Плечов П. Ю., Цай А. Е., Щербаков В. Д., Дирксен О. В. (2008) Роговые обманки в андезитах извержения 30 марта 1956 г. вулкана Безымянный и условия их опацитизации. Петрология. 16(1), 21–37.
  7. Путилин Ю. М., Белякова Ю. А., Голенко В. П. (1987) Синтез минералов (асбест, слюда, гранат). М.: Недра. 256 с.
  8. Ходоревская Л. И., Аранович Л. Я. (2016) Экспериментальное исследование взаимодействия амфибола с флюидом H2O–NaCl при 900оС, 500 МПа: к процессам плавления и массопереноса в гранулитовой фации. Петрология. 24(3), 235–254.
  9. Allen J. C., Boettcher A. L., Marland G. (1975) Amphiboles in andesite and basalt: I. Stability as a function of P-T-fO2. Am. Mineral.: J. Earth Planetary Materials. 60 (11–12), 1069–1085.
  10. Boyd F. R. (1959) Hydrothermal investigations of amphiboles. Researches in geochem. 1, 377–396.
  11. Browne, B. L., Gardner, J. E. (2006). The influence of magma ascent path on the texture, mineralogy, and formation of hornblende reaction rims. Earth Planet. Sci. Lett. 246(3–4), 161–176.
  12. Buckley V. J. E., Sparks R. S. J., Wood, B. J. (2006) Hornblende dehydration reactions during magma ascent at Soufrière Hills Volcano, Montserrat. Contrib. Mineral. Petrol. 151(2), 121–140.
  13. Buffat P., Borel J. P. (1976) Size effect on the melting temperature of gold particles. Phys. Rev. A. 13(6), 2287–2298.
  14. Barboni, M., Bussy, F. (2013). Petrogenesis of magmatic albite granites associated to cogenetic A-type granites: Na-rich residual melt extraction from a partially crystallized A-type granite mush. Lithos. 177, 328–351.
  15. Cannon J. F. (1974). Behavior of the elements at high pressures. J. Phys. Chem. Ref. Data. 3(3), 781–824.
  16. De Angelis S. H., Larsen J., Coombs M., Dunn A., Hayden L. (2015) Amphibole reaction rims as a record of pre-eruptive magmatic heating: an experimental approach. Earth Plan. Sci. Lett. 426, 235–245.
  17. Della Ventura G., Hawthorne F. C., Robert J.-L., Delbove F., Welch M. F., Raudsepp M. (1999) Short-range order of cations in synthetic amphiboles along the richterite-pargasite join. Eur. J. Mineral. 11, 79–94.
  18. Ellis D. J., Thompson A. B. (1986) Subsolidus and partial melting reactions in the quartz-excess CaO + MgO + Al2O3 + SiO2 + H2O system under water-excess and water-deficient conditions to 10 kb: some implications for the origin of peraluminous melts from mafic rocks. J. Petrol. 27(1) 91–121.
  19. Eggler D. H. (1972) Amphibole stability in H2O-undersaturated calc-alkaline melts. Earth Plan. Sci. Lett. 15(1), 28–34.
  20. Frost D. J. (2006) The stability of hydrous mantle phases. Rev. Mineral. Geochem. 62(1), 243–271.
  21. Garcia M. O., Jacobson S. S. (1979) Crystal clots, amphibole fractionation and the evolution of calc-alkaline magmas. Contrib. Mineral. Petrol. 69(4), 319–327.
  22. Gilbert, M. C. (1966) Synthesis and stability relations of the hornblende ferropargasite. Am. J. Sci. 264(9), 698–742.
  23. Gilbert M. C., Helz R. T., Popp R. K., Spear F. S. (1982) Experimental studies of amphibole stability. Rev. Mineral. 9B. 229–353.
  24. Ghiorso, M. S., Sack, R. O. (1995). Chemical mass transfer in magmatic processes IV. A revised and internally consistent thermodynamic model for the interpolation and extrapolation of liquid-solid equilibria in magmatic systems at elevated temperatures and pressures. Contrib. Mineral. Petrol. 119, 197–212.
  25. Green D. H., Ringwood A. E. (1967) The genesis of basaltic magmas. Contrib. Mineral. Petrol. 15, 103–190.
  26. Grove T. L., Elkins-Tanton L. T., Parman S. W., Chatterjee N., Müntener O., Gaetani G. A. (2003) Fractional crystallization and mantle-melting controls on calc-alkaline differentiation trends. Contrib. Mineral. Petrol. 145(5), 515–533.
  27. Gupta A. K., Chattopadhyay S., Chattopadhyay B., Arima M. (2006) Experimental study of the system diopside-nepheline-sanidine at 0.1, 1 and 2 GPa [P (H2O) = P (Total)]: Its significance in the genesis of alkali-rich basic and ultrabasic rocks. Lithos. 86(1–2), 91–109.
  28. Jenkins D. M., Bozhilov K. N., Ishida K. (2003) Infrared and TEM characterization of amphiboles synthesized near the tremolite-pargasite join in the ternary system tremolite-pargasite-cummingtonite. Am. Mineral. 88(7), 1104–1114.
  29. Johannes W. (1978) Melting of plagioclase in the system Ab–An–H2O and Qz–Ab–An–H2O at PH20 = 5 kbars, an equilibrium problem. Contrib. Mineral. Petrol. 66 (3), 295–303.
  30. Johannes W., Holtz F. (1996) Petrogenesis and Experimental Petrology of Granitic Rocks. Minerals and Rocks Series. Berlin: Springer-Verlag. 22, xiii + 335 p.
  31. Holloway J. R. (1973) The system pargasite-H2O-CO2: a model for melting of a hydrous mineral with a mixed-volatile fluid I. Experimental results to 8 kbar. Geochim. Cosmochim. Acta. 37(3), 651–666.
  32. Holtz F., Pichavant M., Barbey P., Johannes W. (1992) Effects of H2O on liquidus phase relations in the haplogranite system at 2 and 5 kbar. Am. Mineral. 77(11–12), 1223–1241.
  33. Kimura, M., Mikouchi, T., Suzuki, A., Miyahara, M., Ohtani, E., Goresy, A. E. (2009) Kushiroite, CaAlAlSiO6: A new mineral of the pyroxene group from the ALH 85085 CH chondrite, and its genetic significance in refractory inclusions. Am. Mineral. 94(10), 1479–1482.
  34. Kozu S., Yoshiki B. (1927) Die Dissoziationstemperatur von brauner Horblende und ihre rashe Expansion bei dieser Temperatur. Sci. Rep. Tohoku Univ. Ser. 3(2), 7.
  35. Kuno H. (1950) Petrology of Hakone volcano and the adjacent areas, Japan. Geol. Society of Am. Bull. 61(9), 957–1020.
  36. Krawczynski M. J., Grove T. L., Behrens H. (2012) Amphibole stability in primitive arc magmas: effects of temperature, H2O content, and oxygen fugacity. Contrib. Mineral. Petrol. 164, 317–319.
  37. Lafuente B., Downs R. T., Yang H., Stone N. (2015) The power of databases: the RRUFF project. In: Highlights in Mineralogical Crystallography, Armbruster T., Danisi R. M., eds. Berlin, Germany, W. De Gruyter. 1–30.
  38. Leake B. E., Woolley, A. R., Arps, C. E., Birch, W. D., Gilbert, M. C., Grice, J. D., Youzhi, G. (1997) Nomenclature of amphiboles; report of the Subcommittee on Amphiboles of the International Mineralogical Association Commission on new minerals and mineral names. Mineral. Mag. 61(405), 295–310.
  39. Lykins R. W., Jenkins D. M. (1992) Experimental determination of pargasite stability relations in the presence of orthopyroxene. Contrib. Mineral. Petrol. 112(2), 405–413.
  40. Manning, C. E., Antignano, A., Lin, H. A. (2010). Premelting polymerization of crustal and mantle fluids, as indicated by the solubility of albite + paragonite + quartz in H2O at 1 GPa and 350–620oC. Earth Plan. Sci. Lett. 292(3–4), 325–336.
  41. Martin R. F. (2007) Amphiboles in the igneous environment. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 67(1), 323–358.
  42. Merrill R. B., Wyllie P. J. (1975) Kaersutite and kaersutite eclogite from Kakanui, New Zealand – water-excess and water-deficient melting to 30 kilobars. Geol. Soc. Am. Bull. 86(4), 555–570.
  43. Morimoto, N., Fabries, J., Ferguson, A. K., Ginzburg, I. V., Ross, M., Seifert, F. A., … & Gottardi, G. (1988) Nomenclature of pyroxenes. Miner. Mag. 52(367), 535–550.
  44. Murphy M. D., Sparks R. S. J., Barclay J., Carroll M. R., Brewer T. S. (2000) Remobilization of andesite magma by intrusion of mafic magma at the Soufriere Hills Volcano, Montserrat, West Indies. J. Petrol. 41(1), 21–42.
  45. Mysen B. O., Virgo D., Popp R. K., Bertka C. M. (1998) The role of H2O in Martian magmatic systems. Am. Miner. 83(9–10), 942–946.
  46. Pati J. K., Arima M., Gupta A. K. (2000) Experimental study of the system diopside–albite–nepheline at P (H2O) = P (Total) = 2 and 10 kbar and at P (Total) = 28 kbar. Can. Mineral. 38(5), 1177–1191.
  47. Rutherford M. J., Devine J. D. (2003) Magmatic conditions and magma ascent as indicated by hornblende phase equilibria and reactions in the 1995–2002 Soufriere Hills magma. J. Petrol. 44(8), 1433–1453.
  48. Rutherford M. J., Hill P. M. (1993) Magma ascent rates from amphibole breakdown: an experimental study applied to the 1980–1986 Mount St. Helens eruptions J. Geophys. Research: Solid Earth. 98(B11), 19667–19685.
  49. Shaw, C. S., Eyzaguirre, J. (2000). Origin of megacrysts in the mafic alkaline lavas of the West Eifel volcanic field, Germany. Lithos. 50(1–3), 75–95.
  50. Schairer J. F., Yoder H. S. (1960) The nature of residual liquids from crystallization, with data on the system nepheline-diopside-silica Am. J. Sci. A. 258, 273–283.
  51. Sharma A. (1996) Experimentally derived thermochemical data for pargasite and reinvestigation of its stability with quartz in the system Na2O–CaO–MgO–Al2O3–SiO2–H2O. Contrib. Mineral. Petrol. 125(2), 263–275.
  52. Shmulovich, K., Graham, C., & Yardley, B. (2001). Quartz, albite and diopside solubilities in H2O–NaCl and H2O–CO2 fluids at 0.5–0.9 GPa. Contrib. Mineral. Petrol. 141, 95–108.
  53. Spear F. S. (1981) An experimental study of hornblende stability and compositional variability in amphibolite. Am. J. Sci. 281(6), 697–734.
  54. Thompson A. B. (1982) Dehydration melting of pelitic rocks and the generation of H2O -undersaturated granitic liquids. Am. J. Sci. 282(10), 1567–1595.
  55. Wyllie P. J., Tuttle O. F. (1961) Experimental investigation of silicate systems containing two volatile components; Part 2, The effects of NH3 and HF, in addition to H2O on the melting temperatures of albite and granite Am. J. Sci. 259(2), 128–143.
  56. Yoder H. S., Tilley C. E. (1962) Origin of basalt magmas: an experimental study of natural and synthetic rock systems. J. Petrol. 3(3), 342–532.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фазовая диаграмма паргасита NaCa2(Mg4Al)[Si6Al2O22](OH)2 по литературным данным. 1 – Holloway, 1973; Boyd 1959; Lykins, Jenkins 1992; 2, 3 – опыты серии 1: 2 – подход по температуре снизу; 3 – сверху, описание в тексте; Cpx – клинопироксен; Opx – ортопироксен; L – расплав; обозначения минералов см. табл. 3.

Скачать (114KB)
Метаданные
3. Рис. 2. BSE-фотографии продуктов опытов серии 1 после нагревания паргаситапри PH2O = 2 кбар, 4 ч: а) 1000oС (p28); б) 1087oС (р37); обозначения минералов см. табл. 3.

Скачать (594KB)
Метаданные
4. Рис. 3. a) Составы полученных амфиболов на классификационной диаграмме (ф. е.): 1 – миналы; 2 – опыты с паргаситом серий 1 и 2; Миналы: Act – актинолит, Arf – арфедсонит, Eck – экерманит, Ed – эденит, Hbl – роговая обманка, Hst – гастингсит, Gln – глаукофан, Ktf – катофорит, Prg – паргасит, Trm – тремолит, Rbk –рибекит, Rсt – рихтерит, Ts – чермакит. б) КР-спектры неориентированных кристаллов паргасита после нагревания при PH2O = 2 кбар: а – паргасит RRUFF; б – 1000oС, (p28); в –1075oС, (p36); г –1070oС, (p55); д –1087oС, (p37).

Скачать (226KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а, б) Диаграммы состав-парагенезис (ат. %). Продукты опытов серии 1, на рис. 4а только составы стекол. 1 – исходный паргасит, 2 – парагенезис c паргаситом, 3 – без паргасита, 4 – составы стекол опыта р90. Фазы: Ab – альбит, An – анортит, G1, G2 – стекла с расчетным плагиоклазом и анортитовые, Qz – кварц, Wo – волластонит, обозначения минералов см. табл. 3, 5.

Скачать (149KB)
Метаданные
6. Рис. 5. BSE-фотографии продуктов опытов серии 2. Взаимодействие паргасита с a) AbDi при 1050оС, 4 ч (p101); б) Ne при 1060оС, 24 ч (р105); Gl1,2,3 – стекла зон реакционной каймы, Gо – реликтовое стекло AbDi-состава, обозначения минералов см. табл. 3.

Скачать (582KB)
Метаданные
7. Рис. 6. а) Фазовая диаграмма паргасита. Литературные данные: 1 – дегидратация и инконгруэнтное плавление паргасита (Boyd, 1959; Holloway, 1973); 2 –водонасыщенные эвтектики Ab–Qz (Holtz et al., 1992); Ne–Ab, Ne–Ab–Di и сухое плавление Ne–Ab–Di (Schairer, Yoder,1960; Pati et al., 2000); 3 – предполагаемое плавление Ne–An–Di системы: сухое и изоплета 2 мас. % Н2О; 4 – предполагаемое водонасыщенное плавление Ne–Pl–Di; б) Фазовая диаграмма паргасита с учетом полученных нами данных. 1 – данные Бойда (1959) и Холлоуэя (1973); 2 – наши данные; L – расплав, H2Oamph – плавление по изоплете содержания воды в амфиболе (~2 мас. %); обозначения минералов см. табл. 3.

Скачать (190KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схематическая Р, Т-диаграмма Na2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O (NCMASН) системы по экспериментальным данным; () – фаза отсутствует. Обозначения минералов см. табл. 3.

Скачать (104KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».