Новая версия уравнения для расчета насыщенных содержаний воды в силикатных расплавах
- Авторы: Гнучев Я.Ю.1, Бычков Д.А.1, Коптев-Дворников Е.В.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет
- Выпуск: Том 68, № 9 (2023)
- Страницы: 926-937
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0016-7525/article/view/134830
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016752523090042
- EDN: https://elibrary.ru/WNOVRM
- ID: 134830
Цитировать
Аннотация
На основании литературных источников сформирована выборка экспериментальных данных, содержащая результаты 394 закалочных опытов, характеризующих насыщенное содержание воды в широком диапазоне интенсивных параметров силикатных систем. Анализ основных опубликованных типов моделей растворимости воды в силикатном расплаве показал, что уравнение Gordon Moore с соавторами (1998) наилучшим образом описывает экспериментальные результаты. Перекалиброванное уравнение Moore с использованием расширенной экспериментальной выборки позволяет с неопределенностью, не превышающей ±0.01 мольной доли, либо ±0.2 мас. % предсказывать насыщенные содержания воды в силикатных расплавах в диапазонах: составов расплавов от базальтов до риолитов; давления от атмосферного до 15 кбар; температур от 550 до 1300°С.
Об авторах
Я. Ю. Гнучев
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет
Email: gnuchevyakov@mail.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы
Д. А. Бычков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет
Email: dmibychkov@gmail.com
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы
Е. В. Коптев-Дворников
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Геологический факультет
Автор, ответственный за переписку.
Email: ekoptevmail@gmail.com
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы
Список литературы
- Альмеев Р.Р., Арискин А.А. (1996) ЭВМ–моделирование расплавно-минеральных равновесий в водосодержащей базальтовой системе. Геохимия. (7), 624-636.
- Арискин А.А., Мешалкин С.С., Альмеев Р.Р., Бармина Г.С., Николаев Г.С. (1997) Информационно-поисковая система ИНФОРЭКС: анализ и обработка экспериментальных данных по колебанию состава изверженных пород. Петрология. 5(1), 32-41.
- Арискин А.А., Бармина Г.С. (2000) Моделирование фазовых равновесий при кристаллизации базальтовых магм. М.: Наука/Интерпериодика, 363.
- Арьяева Н.С., Коптев-Дворников Е.В., Бычков Д.А. (2016) Ликвидусный термобарометр для моделирования равновесия хромшпинелиды-расплав: метод вывода и верификация. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. (4), 30-39.
- Воробьев С. А. (2016) Информатика. Математическая обработка геолого-геохимических данных. Учебное пособие. Барнаул: Новый формат, 266.
- Кадик А.А., Лебедев Е.Б., Хитаров Н.И. (1971) Вода в магматических расплавах. М.: Наука, 268.
- 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.
- Коптев-Дворников Е.В., Арьяева Н.С., Бычков Д.А. (2012) Уравнение термобарометра для описания сульфид-силикатной ликвации в базитовых системах. Петрология. 20(5), 495-495.
- Коптев-Дворников Е.В., Бычков Д.А. (2019) Разработка ликвидусного термобарометра для моделирования равновесия оливин-расплав. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. (5), 62-74.
- Коптев-Дворников Е.В., Романова Е.С., Бычков Д.А. (2020) Ортопироксеновый термобарометр-композитометр для диапазона составов от магнезиальных базитов до дацитов. Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, 74-77.
- Миронов А.Г., Эпельбаум М.Б., Чехмир А.С. (1993) Экспериментальное определение относительной растворимости воды в гранитных и базальтовых расплавах при 900–1100°С и 2 кбар тритиевым авторадиографическим методом. Геохимия. (4), 487-498.
- Романова Е.С., Коптев-Дворников Е.В., Бычков Д.А. (2020) Пижонитовый ликвидусный термобарометр для диапазона составов расплавов от магнезиальных базитов до дацитов. Труды Всероссийского ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, 90-93.
- Хитаров Н.И., Кадик А.А., Лебедев Е.Б. (1986) Растворимость воды в расплавах базальта. Геохимия. (7), 763.
- Ariskin A.A., Barmina G.S., Meshalkin S.S., Nikolaev G.S., Almeev R.R. (1996) INFOREX–3.0: A database on experimental studies of phase equilibria in igneous rocks and synthetic systems: II. Data description and petrological applications. Comput. Geosci. 22(10), 1073-1082.
- Baker L.L., Rutherford M.J. (1996) The effect of dissolved water on the oxidation state of silicic melts. Geochim. Cosmochim. Acta. 60(12), 2179-2187.
- Behrens H., Jantos N. (2001) The effect of anhydrous composition on water solubility in granitic melts. Am. Mineral. 86(1–2), 14-20.
- Berndt J., Liebske C., Holtz F., Freise M., Nowak M., Ziegenbein, Hurkuck W., Koepke J. (2002) A combined rapid-quench and H2-membrane setup for internally heated pressure vessels: Description and application for water solubility in basaltic melts. Am. Mineral. 87(11–12), 1717-1726.
- Botcharnikov R.E., Koepke J., Holtz F., McCammon C., Wilke M. (2005) The effect of water activity on the oxidation and structural state of Fe in a ferro-basaltic melt. Geochim. Cosmochim. Acta. 69(21), 5071-5085.
- Carroll M.R., Blank J.G. (1997) The solubility of H2O in phonolitic melts. Am. Mineral. 82(5–6), 549-556.
- Clemens J.D., Holloway J.R., White A.J.R. (1986) Origin of an A-type granite: Experimental constraints. Am. Mineral. 71(3/4), 317-324.
- Crisp L.J., Berry A.J. (2022) A new model for zircon saturation in silicate melts. Contrib. Mineral. Petrol. 177(7), 71.
- Devine J.D., Gardner J.E., Brack H.P., Layne G.D., Rutherford M.J. (1995) Comparison of microanalytical methods for estimating H2O contents of silicic volcanic glasses. Am. Mineral. 80(3–4), 319-328.
- Devine J.D., Gardner J.E., Brack H.P., Layne G.D., Rutherford M.J. (1995) Comparison of microanalytical methods for estimating H2O contents of silicic volcanic glasses. Am. Mineral. 80(3–4), 319-328.
- Dixon J.E., Stolper E.M., Holloway J.R. (1995) An experimental study of water and carbon dioxide solubilities in mid-ocean ridge basaltic liquids. Part 1: Calibration and solubility models. J. Petrol. 36(6), 1607-1631.
- Erdmann M., Fischer L.A., France L., Zhang C., Godard M., Koepke J. (2015) Anatexis at the roof of an oceanic magma chamber at IODP Site 1256 (equatorial Pacific): an experimental study. Contrib. Mineral. Petrol. 169(4), 1-28.
- Feig S.T., Koepke J., Snow J.E. (2010) Effect of oxygen fugacity and water on phase equilibria of a hydrous tholeiitic basalt. Contrib. Mineral. Petrol. 160(4), 551-568.
- Hamilton D.L., Burnham C.W., Osborn E.F. (1964) The solubility of water and effects of oxygen fugacity and water content on crystallization in mafic magmas. J. Petrol. 5(1), 21-39.
- Herzberg C., O’Hara M.J. (2002) Plume-associated ultramafic magmas of Phanerozoic age. J. Petrol. 43(10), 1857-1883.
- Herzberg C., O’Hara M.J. (2002) Plume-associated ultramafic magmas of Phanerozoic age. J. Petrol. 43(10), 1857-1883.
- Liu Y., Zhang Y., Behrens H. (2005) Solubility of H2O in rhyolitic melts at low pressures and a new empirical model for mixed H2O–CO2 solubility in rhyolitic melts. J. Volcanol. Geotherm. Res. 143(1–3), 219-235.
- Martel C., Pichavant M., Holtz F., Scaillet B., Bourdier J.L., Traineau H. (1999) Effects of fO2 and H2O on andesite phase relations between 2 and 4 kbar. J. Geophys. Res.: Solid Earth. 104(B12), 29453-29470.
- Métrich N., Rutherford M.J. (1998) Low-pressure crystallization paths of H2O–saturated basaltic–hawaiitic melts from Mt Etna: Implications for open–system degassing of basaltic volcanoes. Geochim. Cosmochim. Acta. 62(7), 1195-1205.
- Moore G., Righter K., Carmichael I.S.E. (1995) The effect of dissolved water on the oxidation state of iron in natural silicate liquids. Contrib. Mineral. Petrol. 120(2), 170-179.
- Moore G., Vennemann T., Carmichael I.S.E. (1998) An empirical model for the solubility of H2O in magmas to 3 kilobars. Am. Mineral. 83(1–2), 36-42.
- Müntener O., Kelemen P.B., Grove T.L. (2001) The role of H2O during crystallization of primitive arc magmas under uppermost mantle conditions and genesis of igneous pyroxenites: an experimental study. Contrib. Mineral. Petrol. 141(6), 643-658.
- Mutch E.J.F., Blundy J.D., Tattitch B.C., Cooper F.J., Brooker R.A. (2016) An experimental study of amphibole stability in low-pressure granitic magmas and a revised Al-in-hornblende geobarometer. Contrib. Mineral. Petrol. 171(10), 1-27.
- Newman S., Lowenstern J.B. (2002) VolatileCalc: a silicate melt–H2O–CO2 solution model written in Visual Basic for excel. Comput. Geosci. 28(5), 597-604.
- Papale P., Moretti R., Barbato D. (2006) The compositional dependence of the saturation surface of H2O + CO2 fluids in silicate melts. Chem. Geol. 229(1–3), 78-95.
- Parat, F., Holtz, F., René, M., Almeev, R. (2010) Experimental constraints on ultrapotassic magmatism from the Bohemian Massif (durbachite series, Czech Republic). Contrib. Mineral. Petrol. 159(3), 331-347.
- Parman S.W., Grove T.L., Kelley K.A., Plank T. (2011) Along-arc variations in the pre-eruptive H2O contents of Mariana arc magmas inferred from fractionation paths. J. Petrol. 52(2), 257-278.
- Pichavant M., Martel C., Bourdier J.L., Scaillet B. (2002) Physical conditions, structure, and dynamics of a zoned magma chamber: Mount Pelée (Martinique, Lesser Antilles Arc). J. Geophys. Res.: Solid Earth. 107(B5), ECV-1.
- Pineau F., Shilobreeva S., Kadik A., Javoy M. (1998) Water solubility and D/H fractionation in the system basaltic andesite–H2O at 1250 C and between 0.5 and 3 kbars. Chem. Geol. 147(1–2), 173-184.
- Scaillet B., Evans B.W. (1999) The 15 June 1991 eruption of Mount Pinatubo. I. Phase equilibria and pre-eruption P–T–fO2–fH2O conditions of the dacite magma. J. Petrol. 40(3), 381-411.
- Scaillet B., Macdonald R. (2006) Experimental constraints on pre-eruption conditions of pantelleritic magmas: evidence from the Eburru complex, Kenya Rift. Lithos. 91(1–4), 95-108.
- Schmidt B.C., Behrens H. (2008) Water solubility in phonolite melts: Influence of melt composition and temperature. Chem. Geol. 256(3–4), 259-268.
- Shaw H.R. (1963) Obsidian-H2O viscosities at 1000 and 2000 bars in the temperature range 700° to 900°C. J. Geophys. Res. 68(23), 6337-6343.
- Shishkina T.A., Botcharnikov R.E., Holtz F., Almeev R.R., Portnyagin M.V. (2010) Solubility of H2O-and CO2-bearing fluids in tholeiitic basalts at pressures up to 500 MPa. Chem. Geol. 277(1–2), 115-125.
- Silver L.A., Ihinger P.D., Stolper E. (1990) The influence of bulk composition on the speciation of water in silicate glasses. Contrib. Mineral. Petrol. 104(2), 142-162.
- Sisson T.W., Grove T.L. (1993) Temperatures and H2O contents of low-MgO high-alumina basalts. Contrib. Mineral. Petrol. 113(2), 167-184.
- Winther K.T., Newton R.C. (1991) Experimental melting of hydrous low-K tholeiite: evidence on the origin of Archaean cratons. Bull. Geol. Soc. Den. 39, 213-228.
- Yamashita S. (1999) Experimental study of the effect of temperature on water solubility in natural rhyolite melt to 100 MPa. J. Petrol. 40(10), 1497-1507.
- Zhang Y., Xu Z., Zhu M., Wang H. (2007) Silicate melt properties and volcanic eruptions. Rev. Geophys. 45(4).