Распределение редких элементов между оливином и расплавом: обобщение экспериментальных данных

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Знание коэффициентов распределения элементов (D) между минералами и расплавом необходимо для моделирования геохимических особенностей образования и эволюции магм. Основным источником данных являются эксперименты по равновесию минералов и силикатных расплавов. Существующая база данных постоянно расширяется, что позволяет уточнять значения коэффициентов распределения и выявлять наиболее важные факторы, влияющие на них. В данной работе проведен анализ имеющихся в литературе экспериментальных данных по распределению элементов между оливином и расплавом (использовано более 7000 экспериментов из 587 публикаций). На основании статистической обработки массива данных оценены зависимости D от состава расплава и оливина, а также P–T условий. Установлено, что для большинства несовместимых элементов вариации этих параметров оказывают пренебрежимо малое или умеренное влияние. Наиболее заметный эффект связан с концентрацией CaO в расплаве. Показано, что для уточнения оценок D важно использовать отношения значений для разных элементов. Отношения значений D часто не зависят от экспериментальных параметров и характеризуются значительно меньшей вариативностью по сравнению с значениями для отдельных элементов. Оценки D для базальтовых составов варьируют в пределах 6 порядков, от <10–5 (U, Th, La) до ~5–10 для Co и Ni. Низкие значения D (<0.1) для большинства элементов свидетельствуют о том, что отношения концентраций в расплавах слабо меняется даже при высоких степенях кристаллизации оливина из расплава. Проведено сравнение с данными по распределению элементов между высокобарными модификациями (Mg, Fe)2SiO4 (вадслеит и рингвудит) и силикатным расплавом, а также оливином и карбонатно-силикатным расплавом. В обоих случаях наблюдается близкое соответствие с данными по распределению между оливином и силикатным расплавом. Исключение составляют редкоземельные элементы. Значения D для систем вадслеит/рингвудит-расплав и оливин-карбонатный расплав примерно на порядок ниже, чем средние значения для пары оливин-силикатный расплав.

Об авторах

А. В. Гирнис

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: girnis@igem.ru
Россия, 119017, Москва, Староменетный пер., 35

Список литературы

  1. Френкель М.Я., Ярошевский А.А., Арискин А.А., Бармина Г.С., Коптев-Дворников Е.В., Киреев Б.С. (1988) Динамика внутрикамерной дифференциации базитовых магм. М.: Наука. 214 с.
  2. Allan N.L., Du Z., Lavrentiev M.Y., Blundy J.D., Purton J.A., van Westrenen W. (2003) Atomistic simulation of mineral–melt trace-element partitioning. Phys. Earth Planet. Int. 139, 93-111.
  3. Bau M. (1996) Controls on the fractionation of isovalent trace elements in magmatic and aqueous systems: evidence from Y/Ho, Zr/Hf, and lanthanide tetrad effect. Contrib. Mineral. Petrol. 123, 323-333.
  4. Beattie P. (1993) On the occurrence of apparent non-Henry’s Law behaviour in experimental partitioning studies. Geochim. Cosmochim Acta. 57, 47-55.
  5. Beattie P. (1994) Systematics and energetics of trace-element partitioning between olivine and silicate melts: implications for the nature of mineral/melt partitioning. Chem. Geol. 117, 57-71.
  6. Beattie P., Ford C., Russell D. (1991) Partition coefficients for olivine-melt and orthopyroxene-melt systems. Contrib. Mineral. Petrol. 109, 212-224.
  7. Bedard J.H. (2005) Partitioning coefficients between olivine and silicate melts. Lithos. 83, 394-419.
  8. Blundy J., Dalton J. (2000) Experimental comparison of trace element partitioning between clinopyroxene and melt in carbonate and silicate systems, and implications for mantle metasomatism. Contrib. Mineral. Petrol. 139, 356-371.
  9. Blundy J.D., Wood B.J. (1994) Prediction of crystal–melt partition coefficients from elastic moduli. Nature. 372, 452-454.
  10. Blundy J., Wood B. (2003) Partitioning of trace elements between crystals and melts. Earth Planet. Sci. Lett. 210, 383-397.
  11. Borisov A., Pack A., Kropf A., Palme H. (2008) Partitioning of Na between olivine and melt: An experimental study with application to the formation of meteoritic Na2O-rich chondrule glass and refractory forsterite grains. Geochim. Cosmochim. Acta. 72, 5558-5573.
  12. Canil D. (1997) Vanadium partitioning and the oxidation state of Archean komatiite magmas. Nature. 389, 842-845.
  13. Canil D., Fedortchouk Y. (2001) Olivine–liquid partitioning of vanadium and other trace elements, with applications to modern and ancient picrites. Can. Mineral. 39, 319-330.
  14. Colson R.O., Mckay G.A., Taylor L.A. (1988) Temperature and composition dependencies of trace element partitioning: Olivine/melt and low-Ca pyroxene/melt. Geochim. Cosmochim. Acta. 52, 539-553.
  15. Condamine P., Couzinie S., Fabbrizio A., Devidal J.-L., Medard E. (2022) Trace element partitioning during incipient melting of phlogopite-peridotite in the spinel and garnet stability fields. Geochim. Cosmochim. Acta. 327, 53-78.
  16. Di Stefano F., Mollo S., Blundy J., Scarlato P., Nazzari M., Bachmann O. (2019) The effect of CaO on the partitioning behavior of REE, Y and Sc between olivine and melt: Implications for basalt–carbonate interaction processes. Lithos. 326–327, 327-340.
  17. Dupuy C., Liotard J.M., Dostal J. (1992) Zr/Hf fractionation in intraplate basaltic rocks: carbonate metasomatism in the mantle source. Geochim. Cosmochim. Acta. 56, 2417-2423.
  18. Girnis A.V., Bulatov V.K., Brey G.P., Gerdes A., Höfer H.E. (2013) Trace element partitioning between mantle minerals and silico-carbonate melts at 6–12 GPa and applications to mantle metasomatism and kimberlite genesis. Lithos. 160–161, 183-200.
  19. Green D.H., Wallace M.E. (1988) Mantle metasomatism by ephemeral carbonatite melts, Nature. 336, 459-462.
  20. Green T.H. (1994) Experimental studies of trace-element partitioning applicable to igneous petrogenesis–Sedona 16 years later. Chem. Geol. 117, 1-36.
  21. Guo J., Green T.H. (1989) Barium partitioning between alkali feldspar and silicate liquid at high temperature and pressure. Contrib. Mineral. Petrol. 102, 328-335.
  22. Hanson B., Jones J.H. (1998) The systematics of Cr3+ and Cr2+ partitioning between olivine and liquid in the presence of spinel. Am. Mineral. 83, 669-684.
  23. Harrison W.J. (1981) Partition coefficients for REE between garnets and liquids: implications of non-Henry’s law behaviour for models of basalt origin and evolution. Geochim. Cosmochim Acta. 45, 1529-1544.
  24. Harrison W.J., Wood B.J. (1980) An Experimental investigation of the partitioning of REE between garnet and liquid with reference to the role of defect equilibria. Contrib. Mineral. Petrol. 72, 145-155.
  25. Horn I., Foley S.F., Jackson S.E., Jenner G.A. (1994) Experimentally determined partitioning of high field strength- and selected transition elements between spinel and basaltic melt. Chem. Geol. 117, 193-218.
  26. Irber W. (1999) The lanthanide tetrad effect and its correlation with K/Rb, Eu/Eu*, Sr/Eu, Y/Ho, and Zr/Hf of evolving peraluminous granite suites. Geochim. Cosmochim. Acta. 63, 489-508.
  27. Irving A.J. (1978) A review of experimental studies of crystal/liquid trace element partitioning. Geochim. Cosmochim. Acta. 42, 743-770.
  28. Jacobs M.H.G., Schmid-Fetzer R., van den Berg A.P. (2019) Thermophysical properties and phase diagrams in the system MgO–SiO2–FeO at upper mantle and transition zone conditions derived from a multiple-Einstein method. Phys. Chem. Minerals. 46, 513-534.
  29. Jones J.H. (1984) Temperature- and pressure-independent correlations of olivine-liquid partition coefficients and their application to trace element partitioning. Contrib. Mineral. Petrol. 88, 126-132.
  30. Kagi H., Dohmoto Y., Takano S., Masuda A. (1993) Tetrad effect in lanthanide partitioning between calcium sulfate crystal and its saturated solution. Chem. Geol. 107, 71-82.
  31. Le Bas, M.J., Le Maitre, R.N., Streckeisen, A. and Zanettin, B. (1986) A Chemical
  32. Classification of Volcanic Rock Based on Total Silica Diagram. Journal of Petrology, 27, 745-750.
  33. Le Bas, M.J., Le Maitre, R.N., Streckeisen, A. and Zanettin, B. (1986) A Chemical Classification of Volcanic Rock Based on Total Silica Diagram. Journal of Petrology, 27, 745-750.
  34. Le Bas M.J., Le Maitre R.N., Streckeisen A., Zanettin B. (1986) A Chemical classification of volcanic rocks based on the total alkali-silica diagram. J. Petrol. 27, 745-750.
  35. Li C., Ripley E.M. (2010) The relative effects of composition and temperature on olivine-liquid Ni partitioning: Statistical deconvolution and implications for petrologic modeling. Chem. Geol. 275, 99-104.
  36. Mallmann G., O’Neill H.St.C. (2013) Calibration of an empirical thermometer and oxybarometer based on the partitioning of Sc, Y and V between olivine and silicate melt. J. Petrol. 54, 933-949.
  37. Masuda A., Kawakami O., Dohmoto Y., Takenaka T. (1987) Lanthanide tetrad effects in nature: Two mutually opposite types W and M. Geochem. J. 21, 119-124.
  38. Mibe K., Orihashi Y., Nakai S., Fujii T. (2006) Element partitioning between transition-zone minerals and ultramafic melt under hydrous conditions. Geophys. Res. Lett. 33, L16307. https://doi.org/10.1029/2006GL026999
  39. Navrotsky A. (1978) Thermodynamics of element partitioning: (1) Systematics of transition metals in crystalline and molten silicates and (2) defect chemistry and “the Henry’s law problem”. Geochim. Cosmochim. Acta. 42, 887-902.
  40. Nielsen, R.L. (1988) A model for the simulation of combined major and trace element liquid lines of decent. Geochim. Cosmochim. Acta. 52, 27-38.
  41. Nielsen R.L. (1992) BIGD.FOR: A Fortran program to calculate trace-element partition coefficients for natural mafic and intermediate composition magmas. Comput. Geosci. 18, 773-788.
  42. Prowatke S., Klemme S. (2006) Rare earth element partitioning between titanite and silicate melts: Henry’s law revisited. Geochim. Cosmochim. Acta. 70, 4997-5012.
  43. Roeder P.L., Emslie R.F. (1970) Olivine–liquid equilibrium. Contrib. Mineral. Petrol. 29, 275-289.
  44. Rudnick R.L., McDonough W.F., Chappell B.W. (1993) Carbonatite metasomatism in the northern Tanzanian mantle: petrographic and geochemical characteristics. Earth Planet. Sci. Lett. 114, 463-475.
  45. Veksler I.V., Dorfman A.M., Kamenetsky M., Dulski P., Dingwell D.B. (2005) Partitioning of lanthanides and Y between immiscible silicate and fluoride melts, fluorite and cryolite and the origin of the lanthanide tetrad effect in igneous rocks. Geochim. Cosmochim. Acta. 69, 2847-2860.
  46. Wood B.J., Blundy J.D. (2014) Trace element partitioning: The influences of ionic radius, cation charge, pressure, and temperature. Treatise on Geochemistry 2nd. ed. 3, 421-448.
  47. Woodland A.B., Bulatov V.K., Brey G.P., Girnis A.V., Höfer H.E., Gerdes A. (2018) Subduction factory in an ampoule: Experiments on sediment–peridotite interaction under temperature gradient conditions. Geochim. Cosmochim. Acta. 223, 319-349.
  48. Yaxley G.M., Crawford A.J., Green D.H. (1991) Evidence for carbonatite metasomatism in spinel peridotite xenoliths from western Victoria, Australia. Earth Planet. Sci. Lett. 107, 305-317.

Дополнительные файлы


© А.В. Гирнис, 2023

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».