Influence of Ca,Mg-carbonate melts compositions on the solubility of sulfur under PТ-parameters of the lithospheric mantle

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Experimental studies aimed at the estimation of the solubility of sulfur in Mg,Ca-carbonate melts under lithospheric mantle conditions (MgCO3–S, CaMg(CO3)2–S, CaCO3–S and (Mg,Ca)CO3–S systems, Ca# (CaO/(CaO+MgO) (molar)) = 0, 0.2, 0.5, 0.8 and 1.0; pressure 6.3 GPa, 1450–1550°C, 20 hours). It was experimentally demonstrated that melts of alkaline earth carbonates are capable of dissolving from 1.9 to 6.5 wt.% S, while for the first time it was established that the solubility of sulfur directly depends on both temperature and the CaO/MgO ratio in the melt. In particular, it has been demonstrated that the solubility of sulfur in a melt of Ca-carbonate is 6–7 times higher than in a melt of Mg-carbonate. The obtained results indicate that sulfur-enriched melts of alkaline earth carbonates can be considered as potential metasomatic agents, not only capable of transporting sulfur and carbon, but also being potential media for graphite crystallization and diamond growth.

About the authors

O. V. Furman

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

Email: bataleva@igm.nsc.ru
Novosibirsk, Russia

Yu. V. Bataleva

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

Email: bataleva@igm.nsc.ru
Novosibirsk, Russia

E. V. Zdrokov

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

Email: bataleva@igm.nsc.ru
Novosibirsk, Russia

Y. M. Borzdov

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

Email: bataleva@igm.nsc.ru
Novosibirsk, Russia

Y. N. Palyanov

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

Author for correspondence.
Email: bataleva@igm.nsc.ru
Novosibirsk, Russia

References

  1. O’Reilly S.Y., Griffin W.L. Mantle metasomatism. In: Harlov D.E., Austrheim H., editors. Metasomatism and the chemical transformation of rock: the role of fluids in terrestrial and extraterrestrial processes. Lecture notes in earth system sciences. London: Springer, Springer Nature, 2013. P. 471–533.
  2. Shirey S.B., Smit K.V., Pearson G.D., Walter M.J., Aulbach S., Brenker F.E., Bureau H., Burnham A.D., Cartigny P., Chacko T., Frost D.J., Hauri E.H., Jacob D.E., Jacobsen S.D., Kohn S.C., Luth R.W., Mikhail S., Navon O., Nestola F., Nimis P., Palot M., Smith E.M., Stachel T., Stagno V., Steele A., Stern R.A., Thomassot E., Thomson A.R., Weiss Y. Diamonds and the mantle geodynamics of carbon. In: Orcutt B., Daniel I., Dasgupta R., eds. Deep Carbon. Cambridge: Cambridge University Press, 2019. P. 89–128.
  3. Когарко Л.Н. Щелочной магматизм и обогащенные мантийные резервуары. Механизмы возникновения, время появления и глубины формирования // Геохимия. 2006. № 1. С. 1–10.
  4. Giuliani A., Phillips D., Fiorentini M.L., Kendrick M.A., Maas R., Wing B.A., Woodhead J.D., Bui T.H., Kamenetsky V.S. Mantle oddities: A sulphate fluid preserved in a MARID xenolith from Bultfontein kimberlite (South Africa) // Earth and Planetary Science Letters. 2013. V. 376. P. 74–86.
  5. Zajacz Z. The effect of melt composition on the partitioning of oxidized sulfur between silicate melts and magmatic volatiles // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2015. V. 158. P. 223–244.
  6. Palme H., O’Neill H.S.C. Cosmochemical estimates of mantle composition / In: Carlson, R.W. (ed.) Treatise on Geochemistry. V. 3: The Mantle and Core. Elsevier, 2014. P. 1–39.
  7. Liu Y., Samaha N.-T., Baker D.R. Sulfur concentration at sulfide saturation (SCSS) in magmatic silicate melts // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007. V. 71. P. 1783–1799.
  8. Woodland A.B., Girnis A.V., Bulatov V.K., Brey G.P., Hofer H.E. Experimental study of sulfur solubility in silicate–carbonate melts at 5-10.5 GPa // Chemical Geology. 2019. V. 505. P. 12–22.
  9. Chowdhury P., Dasgupta R. Sulfur extraction via carbonated melts from sulfide-bearing mantle lithologies – Implications for deep sulfur cycle and mantle redox // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2020. V. 269. P. 376–397.
  10. Kamenetsky M.B., Sobolev A.V., Kamenetsky V.S., Maas R., Danyushevsky L.V., Thomas R., Pokhilenko N.P., Sobolev N.V. Kimberlite melts rich in alkali chlorides and carbonates: a potential metasomatic agent in the mantle // Geology. 2004. V. 32. P. 845–848.
  11. Zedgenizov D.A., Ragozin A.L., Shatsky V.S., Araujo D., Griffin W.L., Kagi H. Mg and Fe-rich carbonate-silicate high-density fluids in cuboid diamonds from the Internationalnaya kimberlite pipe (Yakutia) // Lithos. 2009. V. 112S. P. 638–647.
  12. Sharygin I.S., Litasov K.D., Shatskiy A., Golovin A.V., Ohtani E., Pokhilenko N.P. Melting phase relations of the Udachnaya-East Group-I kimberlite at 3.0–6.5 GPa: Experimental evidence for alkali-carbonatite composition of primary kimberlite melts and implications for mantle plumes // Gondwana Research. 2015. V. 28. P. 1391–1414.
  13. Martin A.M., Righter K., Treiman A.H. Experimental constraints on the destabilization of basalt+ calcite+anhydrite at high pressure–high temperature and implications for meteoroid impact modeling // Earth and Planetary Science Letters. 2012. V. 331–332. P. 291–304.
  14. Баталева Ю.В., Фурман О.В., Борздов Ю.М., Пальянов Ю.Н. Экспериментальное исследование растворимости серы в Ca,Mg-карбонатном расплаве при P,T-параметрах литосферной мантии // Геология и геофизика. 2023. Т. 64. № 4. C. 479–493.
  15. Sobolev N.V., Kaminsky F.V., Griffin W.L., Yefimova E.S., Win T.T., Ryan C.G., Botkunov A.I. Mineral inclusions in diamonds from the Sputnik kimberlite pipe, Yakutia // Lithos. 1997. V. 39. № 20. P. 135–157.
  16. Pal’yanov Yu.N., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Khokhryakov A.F., Sobolev N.V. Diamond formation from mantle carbonate fluids // Nature. 1999. V. 400. P. 417–418.
  17. Palyanov Y., Kupriyanov I., Khokhryakov A., Borzdov Y. High-pressure crystallization and properties of diamond from magnesium-based catalysts // CrystEngComm. 2017. № 19. P. 4459–4475.
  18. Palyanov Y.N., Borzdov Y.M., Bataleva Y.V., Sokol A.G., Palyanova G.A., Kupriyanov I.N. Reducing role of sulfides and diamond formation in the Earth’s mantle // Earth and Planetary Science Letters. 2007. № 260 (1–2). P. 242–256.
  19. Bataleva Y.V., Palyanov Y.N., Borzdov Y.M., Novoselov I.D., Bayukov O.A. An effect of reduced S-rich fluids on diamond formation under mantle-slab interaction // Lithos. 2019. V. 336–337. P. 27–39.
  20. Yaxley G.M., Anenburg M., Tappe S., Decree S., Guzmic T. Carbonatites: Classification, Sources, Evolution, and Emplacement // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2022. V. 50. № 1. P. 261–293.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».