Experimental Modeling of the Process of Formation of Native Metals (Fe) in the Earth's Crust in the Restorative Conditions
- Авторлар: Persikov E.S.1, Bukhtiyarov P.G.1, Aranovich L.Y.1,2, Shaposhnikova O.Y.1, Nekrasov A.N.1
-
Мекемелер:
- Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences
- Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences
- Шығарылым: Том 33, № 5 (2025)
- Беттер: 5-17
- Бөлім: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0869-5903/article/view/354611
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869590325050017
- ID: 354611
Дәйексөз келтіру
Аннотация
The work presents the results of the experimental modeling of the process of formation of native Fe in the earth's crust when the basalt melts interacting with fluid (H2, H2+CH4) at temperatures (1100-1250°C), fluid pressure (1-100 MPa) in strongly restored conditions - fO2 = 10-12-10-14 bar. The experiments were carried out using the installation of a high gas pressure equipped with a unique device that provides long-term experiments at high temperatures and fluid pressure. In the experiments, natural samples of magmatic rocks were used: the magnesian basalt of the northern breakthrough of the volcano Tolbachik (Kamchatka), as well as a magnesian basalt, enriched with nickel and cobalt oxides. Based on the experimental modeling, the following features of the process of interaction between the recovery fluid with basalt melts are established: 1. Despite the high restoration potential of the H2 system or the mixture (H2+CH4) - a magmatic melt, hydrogen oxidation reactions and the complete restoration of metals oxides in the melting do not go to the end. The cessation of redox reactions in the basalt melt occurs due to the formation of H2O in the melt, buffering the restoration potential of hydrogen or mixture (H2+CH4). 2. Initially, the homogeneous magmatic melt becomes heterogeneous: the formed H2O dissolves in the melt and, partially, in the fluid phase, while melts of more sour composition and small metal isolations of the liquidation structure are formed. 3. The process of metal-silicate liquidation in magmatic melts in their interaction with a restorative fluid can be carried out at real temperatures of the magmas in nature (≤1250°C), significantly lower corresponding melting temperatures of iron and its alloys with nickel and cobalt. 4. Carbon, which is formed in experiments due to pyrolysis CH4, dissolves in the metal phase. Thus, the mechanism responsible for the presence of carbon in a native basalt in nature is experimentally substantiated. 5. The structure and sizes of experimentally installed metal isolations are well consistent with natural data on finds of native metals, primarily iron and its alloys with nickel and cobalt, in magmatic rocks of various composition and genesis.
Негізгі сөздер
Авторлар туралы
E. Persikov
Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: persikov@iem.ac.ru
Chernogolovka, Moscow District, Russia
P. Bukhtiyarov
Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences
Email: pavel@iem.ac.ru
Chernogolovka, Moscow District, Russia
L. Aranovich
Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences; Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences
Email: lyaranov@igem.ru
Chernogolovka, Moscow District, Russia; Moscow, Russia
O. Shaposhnikova
Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences
Email: zakrev@iem.ac.ru
Chernogolovka, Moscow District, Russia
A. Nekrasov
Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy of the Russian Academy of Sciences
Email: alex@iem.ac.ru
Chernogolovka, Moscow District, Russia
Әдебиет тізімі
- Аранович Л.Я. Флюидно-минеральные равновесия и термодинамические свойства смешения флюидных систем // Петрология. 2013. Т. 21. С. 588-599.
- Аранович Л.Я., Персиков Э.С., Бухтияров П.Г. и др. Некоторые особенности процесса взаимодействия железа с метаном при температуре 900°C и давлении 100 МПа // Докл. АН. Науки о Земле. 2023. Т. 512. С. 60-65.
- Баженов И.К., Индукаев Ю.В., Яхно А.В. Самородное железо в габбро-долеритах р. Курейки (Красноярский край) // Зап. ВМО. 1959. Ч. 88. Вып. 2. С. 180-184.
- Большое трещинное Толбачинское извержение (1975-1976 гг., Камчатка). М.: Наука, 1984. 637 с.
- Борисов А.А. Форма выделений металлического железа в экспериментальных стеклах: не верь глазам своим? // Петрология. 2021. T. 29. C. 104-109.
- Галактионова Н.В. Водород в металлах. М.: Металлургия, 1967. 303 с.
- Данилов М.А., Юшкин Н.П. Первая находка олигоценовой лавы с самородным железом на севере Русской платформы // Докл. АН СССР. 1979. Т. 249. No 6. С. 1430-1432.
- Куровская Н.А., Луканин О.А., Игнатьев Ю.А. и др. Влияние летучести водорода на растворимость и формы нахождения N-C-H-O летучих в базальтовых расплавах при 1.5 ГПа и 1400°С // Тр. ВЕСЭМПГ. 2018. С. 121-124.
- Левашов В.К., Томшин М.Д., Глушков В.М. Новое местонахождение самородного железа на Сибирской платформе // Самородное металлообразование в магматическом процессе. Якутск: ЯНЦ СОРАН, 1991. С. 4-9.
- Олейников Б.В., Округин А.В., Томшин М.Д. и др. Самородное металлообразование в платформенных базитах. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1985. 124 с.
- Персиков Э.С., Бухтияров П.Г., Польской С.Ф., Чехмир А.С. Взаимодействие водорода с магматическими расплавами. Эксперимент в решении актуальных задач геологии. М.: Наука, 1986. С. 48-70.
- Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1989. 287 с.
- Рябов В.В., Павлов А.Л., Лопатин Г.Г. Самородное железо сибирских траппов. Новосибирск: Наука СО РАН, 1985. 167 с.
- Томшин М.Д., Салихов Р.Ф., Матушкин А.И. и др. Самородное железо в долеритах Айхальского силла (первая находка в Якутии) // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2019. Т. 24. No 9. С. 50-63.
- Томшин М.Д., Копылова А.Г., Васильева А.Е. Самородное железо в траппах Сибири // Петрология. 2023. Т. 31. No 2. С. 202-216.
- Шаповалов А.Н. Теория металлургических процессов. Новотроицк: Изд-во НФ НИТУ "МИСиС", 2015. 91 с.
Қосымша файлдар

