Peritectic reaction of olivine in the diamond-forming system carbonate-silicate-(C-O-H) at 6 GPa

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Influence of the supercritical C-O-H-fluid (7.5 wt.%) onto melting phase relations of the multicomponent multiphase diamond-forming system olivine-jadeite-diopside-(Mg-Fe-Ca-Na-carbonates)-(C-O-H) in experiments at 6 GPa and 700–1200 °C (the upper mantle conditions) has been studied. The peritectic reaction of olivine and jadeite-bearing melt with garnet formation has been retained as a key mechanism of the ultrabasic-basic evolution of diamond-forming melts. The CO2-fluid and silicate components react forming carbonate phases. The H2O-fluid together with carbonates has essentially lowered temperatures of the liquidus and solidus boundaries. The phase of supercritical water fluid and water-bearing carbonate nesquehonite (Nes) MgCO3·3H2O were identified with the Raman-spectroscopy method after crystallization of the completely mixed silicate-carbonate-(C-O-H-fluid) melt.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Kuzyura

D.S. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy of the RAS

Author for correspondence.
Email: shushkanova@iem.ac.ru
Russian Federation, Academician Osipyan str., 4, Chernogolovka, Moscow district, 142432

A. V. Spivak

D.S. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy of the RAS

Email: shushkanova@iem.ac.ru
Russian Federation, Academician Osipyan str., 4, Chernogolovka, Moscow district, 142432

Yu. A. Litvin

D.S. Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy of the RAS

Email: shushkanova@iem.ac.ru
Russian Federation, Academician Osipyan str., 4, Chernogolovka, Moscow district, 142432

References

  1. Zaharov A. M. (1964) State diagrams of quadruple systems. M.: Metallurgiya, 240 pp.
  2. Kadik A. A. (2003) Mantle-derived reduced fluids: relationship to the chemical differentiation of planetary matter. Geochem. Int., 41 (9), 844–855.
  3. Litvin Ju.A. (1991) Physical and chemical studies of the melting of the Earth's deep matter. M.: Nauka, 312 pp.
  4. Litvin Yu.A., Spivak A. V., Kuzyura A. V. (2016) Fundamentals of mantle-carbonatite concept of diamond genesis. Geochim. Int., 50 (10), 839–857. doi: 10.1134/S0016702916100086
  5. Litvin Yu.A., Kuzyura A. V., Limanov E. V. (2019) The role of garnetization of olivine in the olivine-diopside-jadeite system in the ultramafic-mafic evolution of upper-mantle magmatism (experiment at 6 GPa). Geochim. Int., 57 (10), 1045–1065. doi: 10.1134/S0016702919100070
  6. Litvin Yu.A., Kuzyura A. V. (2021) Peritectic reaction of olivine in the olivine-jadeite-Diopside-garnet-(C-O-H) system at 6 GPa as the key mechanism of the magmatic evolution in the upper mantle. Geochim. Int., 59 (9), 813–839. doi: 10.1134/S0016702921080048
  7. Litvin Yu.A., Shushkanova A. V., Bovkun A. V., Varlamov D. A., Limanov E. V., Garanin V. K. (2020) Genesis of diamondiferous rocks from upper-mantle xenoliths in kimberlite. Geochem. Int., 58 (3), 245–270. doi: 10.1134/S0016702920030088
  8. Marakushev A. A. (1984) Peridotite nodules in kimberlites as indicators of the deep structure of the lithosphere. Reports of Soviet geologists at the XXYII session of the International Geological Congress. Petrology. M.: Nauka, pp. 153–160 [in Russian].
  9. Palatnik L. S., Landau A. I. (1961) Phase equilibria of multicomponent systems. Kharkov, HGU publication, 406 pp.
  10. Ragozin A. L., Karimova A. A., Litasov K. D., Zedgenizov D. A., V. S. Shackii V. S. (2014) Water content in minerals of mantle xenoliths from kimberlites of the Udachnaya volcanic pipe (Yakutia). Geology and geophysics, 55 (4), 549–567 [in Russian]. doi: 10.15372/GiG20140402
  11. Sobolev N. V. (1974) Deep inclusions in kimberlites and the problem of upper mantle composition. Novosibirsk, Nauka, 264 pp. [in Russian]
  12. Tomilenko A. A., Chepurov A. I., Palyanov Ju.N., Pohilenko N. P., Shebanin A. P. (1997) Volatile components in the upper mantle from fluid inclusion studies. Geology and geophysics, 38 (1), 276–285 [in Russian].
  13. Abramson E. H., Bollengier O., Brown J. M. (2017) The water-carbon dioxide miscibility surface to 450°C and 7 GPa. Amer. J. Sci., 317 (9), 967–989. doi: 10.2475/09.2017.01
  14. Green D. H., Falloon T. J., Taylor W. R. (1987) Mantle-derived magmas – role of variable source peridotite and variable C-H-O fluid compositions. Magmatic Processes: Physicochemical Principles. A volume in honor of Hatten S. Yoder, Jr. (Mysen B. O., Ed.). The Geochemical Society Special Publication No. 1. University Park: Pennsilvania, pp. 139–154.
  15. Dawson J. B. (1980) Kimberlites and their Xenoliths. Berlin, Springer-Verlag. XII, 252 pp.
  16. Hosoya T., Kubo T., Ohtani E., Sano A., Funakoshi K. (2005) Water controls the fields of metastable olivine in cold subducting slabs. Geophys. Res. Lett., 321 (17) L17305 doi: 10.1029/2005GL023398
  17. Izraeli E. S., Harris J. H., Navon O. (2001) Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid. Earth Planet. Sci. Lett., 187 (3–4), 323–332. doi: 10.1016/S0012-821X(01)00291-6
  18. Koziol A. M., Newton R. C. (1998) Experimental determination of the reaction: Magnesite + enstatite = forsterite + CO2 in the range 6–25 kbar and 700–1100°C. Am. Mineral., 83, 213–219. doi: 10.2138/am-1998-3-403
  19. Litvin Yu.A. (2017) Genesis of diamonds and associated phases. Springer Mineralogy, 137 pp.
  20. Logvinova A. M., Wirth R., Fedorova E. N., Sobolev N. V. (2008) Nanometre-sized mineral and fluid inclusions in cloudy Siberian diamonds: new insight on diamond formation. Eur. J. Mineral., 20 (3), 317–331. doi: 10.1127/0935-1221/2008/0020-1815
  21. Navon O., Hutcheon I. D., Rossman G. R., Wasserburg G. J. (1988) Mantle derived fluids in diamond micro-inclusions. Nature, 355 (6193), 784–789. doi: 10.1038/335784a0
  22. Ohtani E., Litasov K. D. (2006) The Effect of Water on Mantle Phase Transitions. Reviews in Mineralogy & Geochemistry, 62 (1), 397–420. doi: 10.2138/rmg.2006.62.17
  23. Rhines F. N. (1956) Phase diagrams in metallurgy: their developments and application. N. Y.-Toronto-L.: McGraw-Hill Book Company, 348 pp.
  24. Schrauder M., Navon O. (1994) Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana. Geochim. Cosmochim. Acta, 58 (2), 761–771. doi: 10.1016/0016-7037(94)90504-5
  25. Weiss Ya., Kessel R., Griffin W. L., Kiflavi I., Kleim-BenDavid O., Harris J. W., Bell D. R., Navon O. (2009) A new model for the evolution of diamond-forming fluids: Evidence from microinclusion-bearing diamonds from Kankan, Guinea. Lithos, 112 (1–3), 660–674. doi: 10.1016/j.lithos.2009.05.038
  26. Zedgenizov D. A., Rege S., Griffin W. L., Kagi H., Shatsky V. S. (2007) Composition of trapped fluids in cuboid diamonds from the Udachnaya kimberlite: LAM–ICPMS analysis. Chem. Geol., 240 (1–2), 151–162. doi: 10.1016/j.chemgeo.2007.02.003

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Diagram of the experimental cell of the “anvil with a hole - toroid” apparatus: 1 – cell made of lithographic limestone Algeti, Georgia; 2 – heat-resistant sleeve holder (powder mixture MgO and hexagonal BN) for an ampoule with the test substance; 3 - platinum ampoule; 4 – experimental substance; 5 – graphite sleeve- heater.

Download (50KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Experimental phase relations during melting in the polythermal section of Ol (=Fo80Fa20)- Omp (= Jd62Di38) ultrabasite-basite diamond- forming system Ol-Jd-Di-(C-O-H) at 6 GPa. The black dots indicate the starting lineups. Phase symbols: L – melt, Ol – olivine, Grt – garnet, Cpx – clino- pyroxene, Omp – omphacite, Carb* – all carbonates, (H2O) – aqueous-fluid solution. P is a quasi- invariant peritectic of L+Ol+Omp+Grt. Analytical data in the table.

Download (146KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM-photographs of experimental samples: a, g – model 3326; b, c – model 3309; d – model 3325; e – model 3292. a–c – reaction garnet in a carbonate-silicate crystallized melt, d, d – clinopyroxene grains in local equilibrium with carbonate-silicate melt, e – peridotite association Ol+Cpx+L.

Download (850KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Structure of the liquidus of the diamond-forming system [Ol-Jd-Di-(Mg-Fe-Ca-Na-carbonates)]92.5(C-O-N)7.5 when 6 GPa. Phase symbols: Jd – jadeite + see captions to Fig. 2. Black circles with numbers are the points of experiments projected onto the diagram.

Download (122KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. SEM-photographs of experimental samples demonstrating the reactivity of a supercritical fluid H2O solution: a – model 3312; b – model 3291; c – model 3297; d – model 3298. Coe is a coesite, almost black here.

Download (550KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Identification of phases of a geode-like structure by Raman spectroscopy (model 3291): (a) – SEM image of the sample; (b) – Raman spectra of andradite (Adr), olivine (Ol), garnet (Grt), clinopyroxene (Cpx), mixtures of ne- squegonite and andradite (Nes+Adr); (c) – Raman spectrum of a mixture of nesquegonite with andradite, peaks are clearly distinguished OH groups; on the left, for comparison, the spectrum of nesquegonite from the database is presented – RRUFF ID: R050639.

Download (450KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».