Features of counter chemical diffusion of petrogenic components (SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, FeO) and CO₃²⁻ Anion in the Interaction of Basalt and Kimberlite Melts At P–Т Parameters of the Upper Mantle (Experimental Study)

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

New results have been obtained from experimental studies of the characteristics of counter chemical diffusion of the main petrogenic components (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO) and the CO₃²⁻ anion during the interaction of basalt and kimberlite melts at mantle pressures. The studies were carried out by the diffusion pair method using an original high-pressure installation of the “BARS” type at a pressure of 5.5 GPa and a temperature 1850°C. It has been shown that the rate of counter chemical diffusion of all the main components of melts (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO) and the CO₃²⁻ anion is almost identical in the interaction of model basalt and kimberlite carbonate-containing melts, and is approximately 1 order of magnitude greater than the diffusion rate these components during the interaction of such melts at moderate pressures (100 MPa). The equal rates of diffusion of CaO and the CO₃²⁻ anion indicate that the diffusion of carbonate CaCO3 from the kimberlite into the basaltic (model and natural) melt remains of the minal nature even at such a high pressure. The diffusion pattern changes significantly during the interaction of a melt of natural magnesian basalt and model kimberlite, as was the case during the interaction of such melts at moderate pressures. In this case, along with the minal diffusion of calcite into magnesian basalt, the diffusion rates of the remaining components of the melts become significantly higher. A weak exponential concentration dependence of all diffusing components has been established, which is close to Di = const, and which occurred during the interaction of such melts at moderate pressures.

全文:

受限制的访问

作者简介

E. Persikov

Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: sokola@igm.nsc.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka, Moscow District

P. Bukhtiyarov

Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy RAS

Email: persikov@iem.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka, Moscow District

A. Sokol

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch Russian Academy of Sciences

Email: pavel@iem.ac.ru
俄罗斯联邦, Novosibirsk

A. Nekrasov

Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy RAS

Email: alex@iem.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka, Moscow District

D. Sultanov

Korzhinskii Institute of Experimental Mineralogy RAS

Email: Dilshod.Soultanov@iem.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka, Moscow District

参考

  1. Персиков Э.С., Бухтияров П.Г., Некрасов Н.А. Взаимосвязь диффузии петрогенных (SiO2, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, FeO, TiO2) и летучих (Н2О) компонентов и вязкости расплавов системы обсидиан-дацит-андезит-базальт-Н2О (экспериментально-теоретическое исследование // Вест. ОНЗ РАН. 2011. Т. 3. NZ6076. doi: 10.2205/2011NZ000206
  2. Шарыгин И.С., Литасов К.Д., Шацкий А.Ф. и др. Экспериментальное исследование плавления кимберлита трубки Удачная-Восточная при 3.0–6.5 ГПа и 900–1500°С // Докл. АН. 2013. Т. 448. № 4. P. 452—457.
  3. Baker D.R. Chemical interdiffusion of dacite and rhyolite: anhydrous measurements at 1 atm and 10 kbar, application of transition state theory, and diffusion in zoned magma chambers // Contrib. Mineral. Petrol. 1990. V. 104. P. 407–423.
  4. Baker D.R. Interdiffusion of hydrous dacitic and rhyolitic melts and the efficacy of rhyolite contamination of dacitic enclaves // Contrib. Mineral. Petrol. 1991. V. 106. P. 462–473.
  5. Baker D.R. Tracer diffusion of network formers and multicomponent diffusion in dacitic and rhyolitic melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 1992. V. 56. P. 617–634.
  6. Bowen N.L. Diffusion in silicate melts // J. Geol. 1921. V. 29. P. 295–317.
  7. Crank J. The Mathematics of Diffusion. Clarenton Press, 1975. 414 р.
  8. Dalton J.A., Presnall D.C. The continuum of primary carbonatitic-kimberlite melt compositions in equilibrium with lherzolite: data from the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2-CO2 at 6 GPa // J. Petrol. 1998. V. 39. P. 1953—1964.
  9. Dasgupta R., Hirschmann M.M. Melting in the Earth’s deep upper mantle caused by carbon dioxide // Nature. 2006. V. 440. P. 659–662.
  10. Dingwell D.B., Copurtial P., Giordano D., Nichols A.R.L. Viscosity of peridotite liquid // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 226. P. 127–138.
  11. Guo C., Zhang Y. Multicomponent diffusion in silicate melts: SiO2-TiO2-Al2O3-MgO-CaO-Na2O-K2O system // Geochim. Cosmochim. Acta. 2016. V. 195. P. 126–141.
  12. Kamenetsky V.S., Kamenetsky M.B., Weiss Y. et al. How unique is the Udachnaya-East kimberlite? Comparison with kimberlites from the Slave Craton (Canada) and SW Greenland // Lithos. 2009. V. 112S. P. 334–346.
  13. Kavanagh J.L., Sparks R.S.J. Temperature changes in ascending kimberlite magma // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. V. 286. P. 404–413.
  14. Kopylova M.G., Matveev S., Raudseep M. Searching for parental kimberlite melt // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71. P. 3616–3629.
  15. Kress V.C., Chiorso M.S. Multicomponent diffusion in basaltic melts // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. V. 59. P. 313–324.
  16. Le Maitre R.W. The сhemical variability of some common igneous rocks // J. Petrol. 1976. V. 117. № 4. P. 589—637.
  17. Liang Y. Multicomponent diffusion in molten silicates: theory, experiments, and geological applications // Rev. Mineral. Geochem. 2010. V. 72. P. 409–446. https://doi.org/10.2138/rmg.2010.72.9
  18. Michell R.H. Petrology of hypabyssal kimberlites: relevance to primary magma compositions // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2008. V. 174. P. 1–8.
  19. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G. Viscosity of magmatic melts: Improved structural – chemical model // Chem. Geol. 2020. V. 556. doi: 10.1016/j.chemgeo.2020.119820
  20. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Sokol A.G. Viscosity of haploкimberlite and basaltic melts at high pressures // Chem. Geol. 2018. V. 497. P. 54–63. doi: 10.1016/j.chemgeo.2018.08
  21. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Nekrasov A.N. Experimental study of multicomponent chemical diffusion under the interaction of basalt and kimberlite melts at moderate pressure // Petrology. 2022. V. 30. № 3. P. 325–335. doi: 10.1134/S0869591122020060
  22. Price S.E., Russell J.K., Kopylova M.G. Primitive magma from the Jericho Pipe, N.W.T., Canada: constraints on primary kimberlite melt chemistry // J. Petrol. 2000. V. 47. P. 789—808.
  23. Richter F., Liang Y., Minarik W.G. Multicomponent diffusion and convection in molten MgO-Al2O3-SiO2 // Geochim. Cosmochim. Acta. 1998. V. 62. P. 1985–1991.
  24. Sokol A.G., Palyanov Y.N. Diamond formation in the system MgO-SiO2-H2O-C at 7.5 GPa and 1600°C // Contrib. Mineral. Petrol. 2008. V. 121. P. 33–43.
  25. Sparks R.S.J., Brooker R.A., Field M. et al. The nature of erupting kimberlite melts // Lithos. 2009. V. 112. P. 429–438.
  26. Sparks R.S.J., Baker L., Brown R.J. et al. Dynamical constraints of kimberlite volcanism // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2006. V. 155. P. 18—48.
  27. Watson E.B., Sneeringer M.A., Ross A. Diffusion of dissolved carbonate in magmas: experimental results and applications // Earth Planet. Sci. Lett. 1982. V. 61. P. 346–358.
  28. Watson E.B., Baker D.R. Chemical diffusion in magma: An overview of experimental results and geochemical applications. Physical chemistry in magma. Advances in physical geochemistry. Eds. L.L. Perchuk, I. Kushiro. Springer-Verlag, 1991. V. 9. P. 120–151.
  29. Watson E.B. Diffusion in volatile-bearing magmas, Volatiles in magmas // Rev. Mineral. Eds. M.R. Carrol, J.R. Holloway, Mineral. Soc. Amer. 1994. V. 30. P. 371–411.
  30. Wyllie P.J. The origin of kimberlite // J. Geophys. Res. 1980. V. 85. P. 6902—6910.
  31. Yoder H.S. Contemporaneous basaltic and rhyolitic magmas // Amer. Mineral. 1973. V. 5. P. 153–171.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic diagram of the apparatus cell – a split sphere of the “BARS” type with a diffusion sample. 1 – ZrO₂ container; 2 – cylindrical graphite heater; 3 – PtRh6/PtRh30 thermocouple; 4 – sample (diffusion pair model basalt – model kimberlite, initial homogeneous glass); 5 – sealed platinum ampoule (Pt); 6 – ZrO₂ tube; 7 – MgO tube; 8 – Mo contact; 9 – initial interface between two glasses.

下载 (122KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Method of heating the diffusion sample in experiment No. 2 at 5.5 GPa (the horizontal section on the curve is the diffusion interval).

下载 (119KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Raman spectra in the range of 1020–1120 cm−1 for the model kimberlite–basalt diffusion pair, illustrating carbonate peaks (CO₃²⁻) at 1073 cm−1. Solid curve – kimberlite zone, dotted curve – diffusion zone, Matano boundary.

下载 (130KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Diffusion profiles of the main components and the CO₃²⁻ anion during the interaction of model basalt and kimberlite melts, experiment No. 2 at a temperature of 1850°C and 5.5 GPa total pressure, experiment duration 180 s (the dotted line on the diagram is the Matano boundary (Crank, 1975)).

下载 (371KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Diffusion profiles of the main components and the CO₃²⁻ anion during the interaction of natural magnesian basalt melt and model kimberlite, experiment No. 4 at a temperature of 1850°C and 5.5 GPa total pressure, experiment duration 300 s (the dotted line on the diagram is the Matano boundary (Crank, 1975)).

下载 (387KB)
索引源数据
7. Fig. 6. An example of comparison of two concentration dependences of CaO and CO₃²⁻ diffusion during the interaction of kimberlite and basalt melts (experiment No. 4, solid lines parallel to the abscissa axis: Dᵢ – const; dotted line – exponential dependence).

下载 (240KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

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».