Распределение редких элементов между оливином и расплавом: обобщение экспериментальных данных

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Знание коэффициентов распределения элементов (D) между минералами и расплавом необходимо для моделирования геохимических особенностей образования и эволюции магм. Основным источником данных являются эксперименты по равновесию минералов и силикатных расплавов. Существующая база данных постоянно расширяется, что позволяет уточнять значения коэффициентов распределения и выявлять наиболее важные факторы, влияющие на них. В данной работе проведен анализ имеющихся в литературе экспериментальных данных по распределению элементов между оливином и расплавом (использовано более 7000 экспериментов из 587 публикаций). На основании статистической обработки массива данных оценены зависимости D от состава расплава и оливина, а также P–T условий. Установлено, что для большинства несовместимых элементов вариации этих параметров оказывают пренебрежимо малое или умеренное влияние. Наиболее заметный эффект связан с концентрацией CaO в расплаве. Показано, что для уточнения оценок D важно использовать отношения значений для разных элементов. Отношения значений D часто не зависят от экспериментальных параметров и характеризуются значительно меньшей вариативностью по сравнению с значениями для отдельных элементов. Оценки D для базальтовых составов варьируют в пределах 6 порядков, от <10–5 (U, Th, La) до ~5–10 для Co и Ni. Низкие значения D (<0.1) для большинства элементов свидетельствуют о том, что отношения концентраций в расплавах слабо меняется даже при высоких степенях кристаллизации оливина из расплава. Проведено сравнение с данными по распределению элементов между высокобарными модификациями (Mg, Fe)2SiO4 (вадслеит и рингвудит) и силикатным расплавом, а также оливином и карбонатно-силикатным расплавом. В обоих случаях наблюдается близкое соответствие с данными по распределению между оливином и силикатным расплавом. Исключение составляют редкоземельные элементы. Значения D для систем вадслеит/рингвудит-расплав и оливин-карбонатный расплав примерно на порядок ниже, чем средние значения для пары оливин-силикатный расплав.

Об авторах

А. В. Гирнис

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: girnis@igem.ru
Россия, 119017, Москва, Староменетный пер., 35

Список литературы

  1. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А., Бармина Г.С., Коптев-Дворников Е.В., Киреев Б.С. (1988) Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука. 214 с.
  2. Allan N.L., Du Z., Lavrentiev M.Y., Blundy J.D., Purton J.A., van Westrenen W. (2003) Atomistic simulation of mineral–melt trace-element partitioning. Phys. Earth Planet. Int. 139, 93-111.
  3. Bau M. (1996) Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol. 123, 323-333.
  4. Beattie P. (1993) On the occurrence of apparent non-Henry’s Law behaviour in experimental partitioning studies. Geochim. Cosmochim Acta. 57, 47-55.
  5. Beattie P. (1994) Systematics and energetics of trace-element partitioning between olivine and silicate melts: implications for the nature of mineral/melt partitioning. Chem. Geol. 117, 57-71.
  6. Beattie P., Ford C., Russell D. (1991) Partition coefficients for olivine-melt and orthopyroxene-melt systems. Contrib. Mineral. Petrol. 109, 212-224.
  7. Bedard J.H. (2005) Partitioning coefficients between olivine and silicate melts. Lithos. 83, 394-419.
  8. Blundy J., Dalton J. (2000) Experimental comparison of trace element partitioning between clinopyroxene and melt in carbonate and silicate systems, and implications for mantle metasomatism. Contrib. Mineral. Petrol. 139, 356-371.
  9. Blundy J.D., Wood B.J. (1994) Prediction of crystal–melt partition coefficients from elastic moduli. Nature. 372, 452-454.
  10. Blundy J., Wood B. (2003) Partitioning of trace elements between crystals and melts. Earth Planet. Sci. Lett. 210, 383-397.
  11. Borisov A., Pack A., Kropf A., Palme H. (2008) Partitioning of Na between olivine and melt: An experimental study with application to the formation of meteoritic Na2O-rich chondrule glass and refractory forsterite grains. Geochim. Cosmochim. Acta. 72, 5558-5573.
  12. Canil D. (1997) Vanadium partitioning and the oxidation state of Archean komatiite magmas. Nature. 389, 842-845.
  13. Canil D., Fedortchouk Y. (2001) Olivine–liquid partitioning of vanadium and other trace elements, with applications to modern and ancient picrites. Can. Mineral. 39, 319-330.
  14. Colson R.O., Mckay G.A., Taylor L.A. (1988) Temperature and composition dependencies of trace element partitioning: Olivine/melt and low-Ca pyroxene/melt. Geochim. Cosmochim. Acta. 52, 539-553.
  15. Condamine P., Couzinie S., Fabbrizio A., Devidal J.-L., Medard E. (2022) Trace element partitioning during incipient melting of phlogopite-peridotite in the spinel and garnet stability fields. Geochim. Cosmochim. Acta. 327, 53-78.
  16. Di Stefano F., Mollo S., Blundy J., Scarlato P., Nazzari M., Bachmann O. (2019) The effect of CaO on the partitioning behavior of REE, Y and Sc between olivine and melt: Implications for basalt–carbonate interaction processes. Lithos. 326–327, 327-340.
  17. Dupuy C., Liotard J.M., Dostal J. (1992) Zr/Hf fractionation in intraplate basaltic rocks: carbonate metasomatism in the mantle source. Geochim. Cosmochim. Acta. 56, 2417-2423.
  18. Girnis A.V., Bulatov V.K., Brey G.P., Gerdes A., Höfer H.E. (2013) Trace element partitioning between mantle minerals and silico-carbonate melts at 6–12 GPa and applications to mantle metasomatism and kimberlite genesis. Lithos. 160–161, 183-200.
  19. Green D.H., Wallace M.E. (1988) Mantle metasomatism by ephemeral carbonatite melts, Nature. 336, 459-462.
  20. Green T.H. (1994) Experimental studies of trace-element partitioning applicable to igneous petrogenesis–Sedona 16 years later. Chem. Geol. 117, 1-36.
  21. Guo J., Green T.H. (1989) Barium partitioning between alkali feldspar and silicate liquid at high temperature and pressure. Contrib. Mineral. Petrol. 102, 328-335.
  22. Hanson B., Jones J.H. (1998) The systematics of Cr3+ and Cr2+ partitioning between olivine and liquid in the presence of spinel. Am. Mineral. 83, 669-684.
  23. Harrison W.J. (1981) Partition coefficients for REE between garnets and liquids: implications of non-Henry’s law behaviour for models of basalt origin and evolution. Geochim. Cosmochim Acta. 45, 1529-1544.
  24. Harrison W.J., Wood B.J. (1980) An Experimental investigation of the partitioning of REE between garnet and liquid with reference to the role of defect equilibria. Contrib. Mineral. Petrol. 72, 145-155.
  25. Horn I., Foley S.F., Jackson S.E., Jenner G.A. (1994) Experimentally determined partitioning of high field strength- and selected transition elements between spinel and basaltic melt. Chem. Geol. 117, 193-218.
  26. Irber W. (1999) The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites. Geochim. Cosmochim. Acta. 63, 489-508.
  27. Irving A.J. (1978) A review of experimental studies of crystal/liquid trace element partitioning. Geochim. Cosmochim. Acta. 42, 743-770.
  28. Jacobs M.H.G., Schmid-Fetzer R., van den Berg A.P. (2019) Thermophysical properties and phase diagrams in the system MgO–SiO2–FeO at upper mantle and transition zone conditions derived from a multiple-Einstein method. Phys. Chem. Minerals. 46, 513-534.
  29. Jones J.H. (1984) Temperature- and pressure-independent correlations of olivine-liquid partition coefficients and their application to trace element partitioning. Contrib. Mineral. Petrol. 88, 126-132.
  30. Kagi H., Dohmoto Y., Takano S., Masuda A. (1993) Tetrad effect in lanthanide partitioning between calcium sulfate crystal and its saturated solution. Chem. Geol. 107, 71-82.
  31. Le Bas, M.J., Le Maitre, R.N., Streckeisen, A. and Zanettin, B. (1986) A Chemical
  32. Classification of Volcanic Rock Based on Total Silica Diagram. Journal of Petrology, 27, 745-750.
  33. Le Bas, M.J., Le Maitre, R.N., Streckeisen, A. and Zanettin, B. (1986) A Chemical Classification of Volcanic Rock Based on Total Silica Diagram. Journal of Petrology, 27, 745-750.
  34. Le Bas M.J., Le Maitre R.N., Streckeisen A., Zanettin B. (1986) A Chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. J. Petrol. 27, 745-750.
  35. Li C., Ripley E.M. (2010) The relative effects of composition and temperature on olivine-liquid Ni partitioning: Statistical deconvolution and implications for petrologic modeling. Chem. Geol. 275, 99-104.
  36. Mallmann G., O’Neill H.St.C. (2013) Calibration of an empirical thermometer and oxybarometer based on the partitioning of Sc, Y and V between olivine and silicate melt. J. Petrol. 54, 933-949.
  37. Masuda A., Kawakami O., Dohmoto Y., Takenaka T. (1987) Lanthanide tetrad effects in nature: Two mutually opposite types W and M. Geochem. J. 21, 119-124.
  38. Mibe K., Orihashi Y., Nakai S., Fujii T. (2006) Element partitioning between transition-zone minerals and ultramafic melt under hydrous conditions. Geophys. Res. Lett. 33, L16307. https://doi.org/10.1029/2006GL026999
  39. Navrotsky A. (1978) Thermodynamics of element partitioning: (1) Systematics of transition metals in crystalline and molten silicates and (2) defect chemistry and “the Henry’s law problem”. Geochim. Cosmochim. Acta. 42, 887-902.
  40. Nielsen, R.L. (1988) A model for the simulation of combined major and trace element liquid lines of decent. Geochim. Cosmochim. Acta. 52, 27-38.
  41. Nielsen R.L. (1992) BIGD.FOR: A Fortran program to calculate trace-element partition coefficients for natural mafic and intermediate composition magmas. Comput. Geosci. 18, 773-788.
  42. Prowatke S., Klemme S. (2006) Rare earth element partitioning between titanite and silicate melts: Henry’s law revisited. Geochim. Cosmochim. Acta. 70, 4997-5012.
  43. Roeder P.L., Emslie R.F. (1970) Olivine–liquid equilibrium. Contrib. Mineral. Petrol. 29, 275-289.
  44. Rudnick R.L., McDonough W.F., Chappell B.W. (1993) Carbonatite metasomatism in the northern Tanzanian mantle: petrographic and geochemical characteristics. Earth Planet. Sci. Lett. 114, 463-475.
  45. Veksler I.V., Dorfman A.M., Kamenetsky M., Dulski P., Dingwell D.B. (2005) Partitioning of lanthanides and Y between immiscible silicate and fluoride melts, fluorite and cryolite and the origin of the lanthanide tetrad effect in igneous rocks. Geochim. Cosmochim. Acta. 69, 2847-2860.
  46. Wood B.J., Blundy J.D. (2014) Trace element partitioning: The influences of ionic radius, cation charge, pressure, and temperature. Treatise on Geochemistry 2nd. ed. 3, 421-448.
  47. Woodland A.B., Bulatov V.K., Brey G.P., Girnis A.V., Höfer H.E., Gerdes A. (2018) Subduction factory in an ampoule: Experiments on sediment–peridotite interaction under temperature gradient conditions. Geochim. Cosmochim. Acta. 223, 319-349.
  48. Yaxley G.M., Crawford A.J., Green D.H. (1991) Evidence for carbonatite metasomatism in spinel peridotite xenoliths from western Victoria, Australia. Earth Planet. Sci. Lett. 107, 305-317.

Дополнительные файлы


© А.В. Гирнис, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах