Стабильность карбонатов при субдукции: роль растворения в дегидратационном флюиде

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Растворение карбонатов в дегидратационном флюиде в ходе субдукции может существенно влиять на эффективность транспорта карбонатов в мантию и, в целом, определять глубинный цикл углерода. В этой работе количественные данные о растворимости арагонита в водном флюиде с разным содержанием NaCl получены экспериментально при давлениях и температурах, характерных для усредненной субдукционной геотермы. Установлено, что при давлении 3.0 ГПа и температуре 750°С растворимость арагонита в водном флюиде составляет 2.4±0.2 мас. %, что соответствует ранее сделанным оценкам. Впервые показано, что при давлении 5.5 ГПа и температуре 850°С растворимость арагонита кратно увеличивается, достигая 12.1±0.6 мас. %. Причем, увеличение концентрации NaCl в водном флюиде до 9 мас. % не оказывает влияния на растворимость арагонита в пределах погрешности измерений. Таким образом, водный флюид, образующийся при давлении более 5.5 ГПа в процессе дегидратации серпентинизированных пород океанической литосферы, может обеспечить растворение и вынос из слэба в окружающую мантию существенной доли субдуцируемых карбонатов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Крук

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. Г. Сокол

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. Ф. Хохряков

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Ю. Н. Пальянов

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru

член-корреспондент РАН

Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Plank T., Manning C. E. Subducting carbon // Nature. 2019. V. 574. P. 343–352. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1643-z
  2. Kelemen P. B., Manning C. E. Reevaluating carbon fluxes in subduction zones, what goes down, mostly comes up // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015. V. 112. P. E3997–E4006. https://doi.org/10.1073/pnas.1507889112
  3. Lan L., Kolesnikov A., Kozai Y., Iizuka R., Sunagawa I. CO 2 and carbonate mobility in subduction zones: An experimental study on carbonate solubility in aqueous fluids under deep subduction conditions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2023. V. 318. P. 96–114. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.01.002
  4. Frezzotti M. L., Selverstone J., Sharp Z. D., Compagnoni R. Carbonate dissolution during subduction revealed by diamond-bearing rocks from the Alps // Nature Geoscience. 2011. V. 4. P. 703–706. https://doi.org/10.1038/ngeo1246
  5. Newton R. C., Manning C. E. Experimental determination of calcite solubility in H2O-NaCl solutions at deep crust/ upper mantle pressures and temperatures: Implications for metasomatic processes in shear zones // American Mineralogist. 2002. V. 87(10). P. 1401–1409. https://doi.org/10.2138/am-2002-1016
  6. Caciagli N. C., Manning C. E. The solubility of calcite in water at 6–16 kbar and 500–800°C // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2003. V. 146. P. 275–285. https://doi.org/10.1007/s00410-003-0500-3
  7. Facq S., Daniel I., Montagnac G., Cardon H., Sverjensky D. A. In situ Raman study and thermodynamic model of aqueous carbonate speciation in equilibrium with aragonite under subduction zone conditions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014. V. 132. P. 375–390. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.02.017
  8. Alt J. C., Teagle D. A.H. The uptake of carbon during alteration of ocean crust // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1999. V. 63. P. 1527–1535. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00123-4
  9. Plank T. The chemical composition of subducting sediments / In: Holland HD, Turekian KK (Eds.). Treatise on geochemistry. Elsevier, Amsterdam. 2014. P. 607–629. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00319-3
  10. Hermann J., Spandler C., Hack A., Korsakov A. Aqueous fluids and hydrous melts in high-pressure and ultra-high pressure rocks: Implications for element transfer in subduction zones // Lithos. 2013. V. 156–159. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.08.008
  11. Sverjensky D. A., Huang F., Xie X. Beyond organics in the deep Earth: The role of oxygenated organic compounds in carbon cycling // Geochemical Perspectives. 2014. V. 3. P. 127–151. https://doi.org/10.7185/geochempersp.3.2
  12. Huang F., Sverjensky D. A. Extended Deep Earth Water model for predicting major element mantle metasomatism // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. V. 254. P. 192–230. https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.03.019
  13. Palyanov Y. N., Kupriyanov I. N., Khokhryakov A. F., Borzdov Y. M. High-pressure crystallization and properties of diamond from magnesium-based catalysts // CrystEngComm. 2017. V. 19. № 31. P. 4459–4475. https://doi.org/10.1039/C7CE01083D
  14. Sokol A. G., Khokhryakov A. F., Palyanov Y. N. Composition of primary kimberlite magma: constraints from melting and diamond dissolution experiments // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2015. V. 170. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s00410-015-1182-z
  15. Manning C. E., Frezzotti M. L. Subduction-zone fluids // Elements: An International Magazine of Mineralogy, Geochemistry, and Petrology. 2020. V. 16(6). P. 395–400. https://doi.org/10.2138/gselements.16.6.395
  16. Scambelluri M., Fiebig J., Malaspina N., Muntener O., Pettke T. Serpentinite subduction: Implications for fluid processes and trace-element recycling // Int. Geol. Rev. 2004. V. 46. P. 595–613. https://doi.org/10.2747/0020-6814.46.7.595
  17. Schmidt M., Poli S. Devolatilization during subduction // Treatise on geochemistry: V. 4: the crust. Elsevier, 2013. V. 4. P. 669–701. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00321-1
  18. Ulmer P., Trommsdorff V. Serpentine stability to mantle depths and subduction-related magmatism // Science. 1995. V. 268. P. 858–861. https://doi.org/10.1126/science.268.5212.858
  19. Сокол А. Г., Крук А. Н., Козьменко О. А., Пальянов Ю. Н. Стабильность карбонатов при субдукции: влияние режима дефлюидизации хлорсодержащего пелита // Доклады Российской Академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 509. № 1. С. 50–55. https://doi.org/10.31857/S2686739722602381
  20. Sokol A. G., Kozmenko O. A., Kruk A. N. Composition of supercritical fluid in carbonate-and chlorine-bearing pelite at conditions of subduction zones // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2023. V. 178(12). P. 90. https://doi.org/10.1007/s00410-023-02074-0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 2. Кристаллы новообразованного арагонита, полученные при 3.0 ГПа и 750°C (а, б) и при 5.5 ГПа и 850°C (в).

Скачать (126KB)
Метаданные
3. Рис. 3. Формы выделения закалочного арагонита, полученные при при 3.0 ГПа и 750°C (а, б) и при 5.5 ГПа и 850°C (в). (а) дендриты в объеме ампулы, (б, в) микрокристаллы на поверхности новообразованных кристаллов и растворенных фрагментов исходного арагонита.

Скачать (134KB)
Метаданные
4. Рис. 1. Фрагменты кристаллов арагонита после экспериментов при 3.0 ГПа и 750°C.

Скачать (122KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление полученных экспериментально значений растворимости арагонита (в пересчете на ppm углерода (С)) в водном флюиде при 3.0 ГПа и 750°C, а также при 5.5 ГПа и 850°C, со значениями, полученными расчетной моделью Deep Earth Water [3] Изолинии обозначают концентрацию ppm С.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».