Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

К вопросу о природе частичного плавления эклогитов: результаты экспериментов при 5 ГПа с участием H₂O-CO₂-KCl флюида

Бутвина В.Г., Сафонов О.Г., Литвин Ю.А.

ИЭМ РАН, Черноголовка

Экспериментальному изучению частичного плавления эклогитов посвящен ряд работ (Hirschmann et al., 2003; Kessel et al., 2005; Dasgupta et al., 2006). Однако в основном данные работы проводились при параметрах, соответствующих параметрам коровых условий или условиям границы кора-мантия (давление до 3-4 ГПа).

В настоящей работе при 5 ГПа и 1200-1300°С с участием водно-углекисло-солевого флюида сделаны первые попытки экспериментально изучить плавление эклогитов разного состава. Были взяты следующие составы эклогитов: 1) (Prp₈₀Grs₂₀)₅₀(Di₆₀Jd₄₀)₅₀; 3) природный биминеральный эклогит из кимберлитовой тр. ╚Удачная╩. В качестве ╚поставщика╩ h₂o-cO₂ флюида использовалась щавелевая кислота.

В результате плавления эклогитов под воздействием водно-углекислого флюида без участия солевых компонентов выявлены следующие закономерности: количество расплава закономерно увеличивается с ростом содержания флюида в системе. В соответствии с изменением фазового состава продуктов экспериментов закономерно изменяются составы расплавов. Эти закономерности вполне можно объяснить следующей схемой - эклогит начинает плавиться с образованием богатого кремнеземом расплава, обогащенного натрием, что говорит о пироксеновой составляющей в этом расплаве, с увеличением степени плавления и количества расплавленного граната, расплавы становятся более глиноземистыми, обогащаются Са, Mg компонентами, но становятся менее щелочными. Составы расплавов на треугольной диаграмме (SiO₂+Al₂O₃+TiO₂) √ (K₂O+Na₂O) √ (MgO+FeO+CaO) образуют закономерный тренд. Согласно этому тренду, составы расплавов, которые наблюдаются в продуктах плавления эклогитов - то есть существенно более кислые расплавы, могут формироваться лишь при очень низких степенях плавления, которые в данном случае отвечают низкому содержанию флюида в системе. Однако просто плавление эклогита под воздействием только водно-углекислого флюида не могут объяснить все уникальные особенности составов расплавов в эклогитовых ксенолитах, в частности высокое содержание щелочности с преобладанием калия над натрием.

Следующий этап экспериментов заключался в исследовании плавления эклогита под воздействием водно-углекислого флюида с добавлением хлорида калия. В результате поставленных экспериментов были сделаны следующие выводы:

1.      Добавление KCl во флюид, равновесный с продуктами частичного плавления эклогита, способствует развитию процесса плавления. Это обусловлено, вероятно, значительной растворимостью хлоридного компонента (до 4.5-5 мас.% Cl) в силикатном расплаве.

2.      Возрастание концентрации К-хлоридного компонента в системе и результирующее отделение несмесимой жидкости от силикатного расплава способствует обогащению силикатного расплава калием и разделению его с хлором благодаря тому, что обменные реакции типа Na-силикатный расплав + K-хлоридный расплав = К-силикатный расплав + Na-хлоридный расплав смещаются вправо. Эти обменные реакции, вероятно, смещаются еще больше вправо, если в системе увеличивается концентрация водно-углекислого флюида. Таким образом, в равновесии с несмесимой хлоридной жидкостью концентрация Cl в силикатном расплаве уменьшается с увеличением концентрации водно-углекислого флюида в системе.

3.      Эксперименты показывают, что для того, чтобы сформировать богатые К, содержащие Cl силикатные расплавы, при плавлении эклогитов, необходимо присутствие несмесимой хлоридной жидкости, это означает, что в системе должно быть значительное количество хлорида калия, порядка 10 мас.%.

Литература

Dasgupta R.,Hirschmann M.M., Stalker K. Immiscible transition from carbonate-rich to silicate-rich melts in the 3 GPa melting interval of eclogite-CO2 and genesis silica-undersaturated ocean island lavas // J. Petrol. 2006. V. 47. P. 647-671.

Hirschmann M.M., Kogiso T., Baker M.B., Stolper E.M. Alkalic magmas generated by partial melting of garnet pyroxenite // Geology. 2003. V. 31. P. 481-485.

Kessel R., Ulmer P., Pettke T., Schmidt M.W., Thompson A.B. The water-basalt system at 4-6 GPa: phase relations and second critical endpoint in a K-free eclogite at 700 to 1400°C // Earth Planet. Sci. Lett. 2005. V. 237. P. 873-892.