Features of isomorphism of post-spinel phases: result of computer simulation of the composition of inclusions in lower mantle diamonds

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The mixing properties of solid solutions of post-spinel phases of the composition CaCr2O4–CaAl2O4, CaCr2O4–CaFe2O4, MgCr2O4–MgAl2O4 and MgCr2O4–MgFe2O4 in the temperature range 1873– 2223 K and pressures 18–25 GPa were studied using the method of semi-empirical modeling. With these PT parameters, the energies of formation of impurity defects of trivalent metal ions (aluminum and iron) in isomorphic sites were estimated. It is shown that (1) the studied binary solid solutions are characterized by complete miscibility, (2) the incorporation of the Fe3+ impurity ion into the post-spinel phases of MgCr2O4 and CaCr2O4 is less favorable in terms of energy than the incorporation of Al3+ ions over the entire range of pressures and temperatures under study. The results obtained were used to interpret the composition of post-spinel phases forming inclusions in lower mantle diamonds.

About the authors

V. V. Buchinskiy

Lomonosov Moscow State University

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Russian Federation, Moscow

E. I. Marchenko

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Russian Federation, Moscow

A. V. Iskrina

Lomonosov Moscow State University; D. S. Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy, Russian Academy of Sciences

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Russian Federation, Moscow; Chernogolovka, Moscow region

N. N. Eremin

Lomonosov Moscow State University

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru

Corresponding Member of the RAS

Russian Federation, Moscow

A. V. Bobrov

Lomonosov Moscow State University; D. S. Korzhinsky Institute of Experimental Mineralogy, Russian Academy of Sciences

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Russian Federation, Moscow; Chernogolovka, Moscow region

References

  1. Искрина А.В., Бобров А.В., Спивак А.В. Постшпинелевые фазы в мантии Земли // Геохимия. 2022. Т. 67. № 4. С. 303–317.
  2. Decker B.F., Kasper J.S. The structure of calcium ferrite // Acta Crystallographica. 1957. No. 10, P. 332–337.
  3. Giesber H.G., Pennington W.T., Kolis J.W. Redetermination of CaMn2O4 // Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications. 2001. V. 57. P. 329–330.
  4. Rogge M.P., Caldwell J.H., Ingram D.R., Green C.E., Geselbracht M.J., Siegrist T. A New Synthetic Route to Pseudo-Brookite-Type CaTi2O4 // Journal of Solid State Chemistry. 1998. V. 141. P. 338–342.
  5. Kaminsky F.V. The Earth’s Lower Mantle: Composition and Structure // Springer Geology. 2017. P. 340.
  6. Kesson S.E., Fitz Gerald J.D., Shelley J.M. Mineral chemistry and density of subducted basaltic crust at lower mantle pressures // Nature. 1994. V. 372. P. 767–769.
  7. Walter M.J., Kohn S.C., Araujo D., Bulanova G.P., Smith C.B., Gaillou E., Wang J., Steele A., Shirey S.B. Deep mantle cycling of oceanic crust: Evidence from diamonds and their mineral inclusions // Science. 2011. V. 334. P. 54–57.
  8. Kaminsky F.V., Wirth R., Schreiber A. A Microinclusion of Lower-Mantle Rock and Other Minerals and Nitrogen Lower-Mantle Inclusions in a Diamond // Canadian Mineralogist // 2015. V. 53(1). P. 83–104.
  9. Akaogi M., et al. High Pressure Transitions in the System MgAl2O4-CaAl2O4: A New Hexagonal Aluminous Phase with Implication for the Lower Mantle // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1999. V. 115(1). P. 67–77.
  10. Andrault D., Bolfan-Casanova N. High-pressure phase transformations in the MgFe2O4 and Fe2O3-MgSiO3 system // Phys. Chem. Min. 2001. V. 28. P. 211–217.
  11. Merlini M., Hanfland M., Gemmi M., Huotari S., Simonelly L., Strobel P. Letter: Fe3+ spin transition in CaFe2O4 at high pressure // American Mineralogist. 2010. V. 95. No. 1. P. 200–203.
  12. Yamanaka, T., Uchida A., Nakamoto Y. Structural transition of post‐spinel phases CaMn2O4, CaFe2O4, and CaTi2O4 under high pressures up to 80 GPa // Am. Mineral. 2008. V. 93(11–12). P. 1874–1881.
  13. Zhai S., Yin Y., et al. High-Pressure X-Ray Diffraction and Raman Spectroscopy of CaFe2O4-Type β-CaCr2O4 // Physics and Chemistry of Minerals. 2016. V. 43(4). P. 307–14.
  14. Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program (GULP) // Molecular Simulation. 2003. V. 29(5). P. 291–341.
  15. Pedone A., et al. A New Self-Consistent Empirical Interatomic Potential Model for Oxides, Silicates, and Silicas-Based Glasses // Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110(24). P. 11780–95.
  16. Eremin N.N., Deyanov R.Z., Urusov V.S. Choice of the Supercell with the Optimum Atomic Configuration in Simulation of Disordered Solid Solutions // Glass Physics and Chemistry. 2008. V. 34(1). P. 9–18.
  17. Jain A., et al. Commentary: The Materials Project: A Materials Genome Approach to Accelerating Materials Innovation // APL Materials. 2013. V. 1(1).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

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».