Том 33, № 5 (2025)

Представлены результаты экспериментального моделирования процесса образования самородного Fe в земной коре при взаимодействии базальтовых расплавов с флюидом (H₂, H₂+CH₄) при температурах 1100–1250°C, давлениях флюида 1–100 МПа в сильно восстановительных условия – fO₂ = 10−12–10−14 бар. Эксперименты проведены с использованием установки высокого газового давления, снабженной уникальным устройством, которое обеспечивает проведение длительных экспериментов при высоких температурах и давлениях восстановительного флюида. В опытах использованы природные образцы магматических пород: магнезиальный базальт северного прорыва вулкана Толбачик (Камчатка), а также этот магнезиальный базальт, обогащенный оксидами никеля и кобальта. На основе экспериментального моделирования установлены следующие особенности процесса взаимодействия восстановительного флюида с базальтовыми расплавами. 1. Несмотря на высокий восстановительный потенциал системы H₂ или смеси (H₂+CH₄) – магматический расплав, реакции окисления водорода и полного восстановления оксидов металлов переменной валентности в расплаве не идут до конца. Прекращение окислительно-восстановительных реакций в базальтовом расплаве происходит за счет образования в расплаве H₂O, буферирующей восстановительный потенциал водорода или смеси (H₂+CH₄). 2. Первоначально гомогенный магматический расплав становится гетерогенным: образовавшаяся Н₂О растворяется в расплаве и частично во флюидной фазе, при этом образуются расплавы более кислого состава и мелкие металлические обособления ликвационной структуры. 3. Процесс металл-силикатной ликвации в магматических расплавах при их взаимодействии с восстановительным флюидом может осуществляется при реальных температурах магм в природе (≤1250°C), значительно меньших соответствующих температур плавления железа и его сплавов с никелем и кобальтом. 4. Углерод, который образуется в опытах за счет пиролиза СН4, растворяется в металлической фазе. Тем самым экспериментально обоснован механизм, ответственный за присутствие углерода в самородном железе в природе. 5. Структура и размеры экспериментально установленных металлических обособлений хорошо согласуются с природными данными о находках самородных металлов, прежде всего железа и его сплавов с никелем и кобальтом, в магматических породах различного состава и генезиса.

Изучены парагенезисы криолитсодержащих гранитов редкометального Катугинского месторождения и проведено их сопоставление с экспериментальными результатами по фтор-литийсодержащей гранитной системе. Согласно эксперименту, кристаллизация криолита начинается из солевого расплава, равновесного с алюмосиликатным, при 700°С и 1 кбар. В температурном интервале 500-600°С при давлении 1 кбар происходит кристаллизация криолита совместно с кварцем из алюмосиликатного расплава. Редкоземельные элементы распределяются во фтор-литийсодержащей гранитной системе преимущественно в пользу солевого щелочно-алюмофторидного расплава. Показано, что образование криолита и сопутствующих минералов редких земель возможно на магматической стадии образования Катугинского месторождения вследствие силикатно-солевой несмесимости в гранитных расплавах на поздних стадиях дифференциации.

Крупные монокристаллы природного циркона были подвергнуты ударной нагрузке до давлений 13.6 и 51.3 ГПа с использованием плоской схемы нагружения. После нагружения до 13.6 ГПа структурных трансформаций в цирконе не выявлено. При нагружении до 51.3 ГПа происходит переход циркона в более плотную фазу с шеелитоподобной структурой – рейдит. Исследование образцов рейдита с использованием методов рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния, фото- и катодолюминесцентной спектроскопии показало, что переход сопровождается сегрегацией ряда катионов-примесей (например РЗЭ) на планарные дефекты. Принципиально важно осуществление сегрегации в условиях лабораторного эксперимента без продолжительного отжига материала после прохождения ударной волны. Возможным механизмом сегрегации трехвалентных примесей замещения в цирконе является локальное нарушение баланса зарядов в ходе реконструкционного фазового перехода циркон–рейдит, сопровождающегося значительной перестройкой топологии полиэдров и вторых координационных сфер (пара Si–Zr). В результате происходит вытеснение части примесных атомов в энергетически невыгодные межузельные позиции с высокими скоростями диффузии даже при сравнительно низких температурах.