Инд. авторы:	Баталева Ю.В., Пальянов Ю.Н., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Баюков О.А.
Заглавие:	Роль пород, содержащих самородное железо, в образовании железистых карбонатно-силикатных расплавов: экспериментальное моделирование при р- т-параметрах литосферной мантии
Библ. ссылка:	Баталева Ю.В., Пальянов Ю.Н., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Баюков О.А. Роль пород, содержащих самородное железо, в образовании железистых карбонатно-силикатных расплавов: экспериментальное моделирование при р- т-параметрах литосферной мантии // Геология и геофизика. - 2015. - Т.56. - № 1-2. - С.188-203. - ISSN 0016-7886.
Внешние системы:	РИНЦ: 23063213;
Реферат:	eng: Experimental modeling of the processes of formation of ferric carbonate-silicate melts through the carbonate-oxide-metal interaction is performed in the system (Mg,Ca)CO3-SiO2-Al2O3-Fe0 at 6.3 and 7.5 GPa and within 1150-1650 ºC, using a multianvil high-pressure apparatus of «split-sphere» type (BARS). Two parallel reactions run in the subsolidus region (1150-1450 ºC): decarbonation, producing pyrope-almandine (Fe# = 0.40-0.75) and CO2 fluid, and redox interaction between carbonate and Fe0, resulting in the crystallization of iron carbide in assemblage with magnesiowüstite (Fe# = 0.75-0.85). It is shown that the reduction of carbonate or CO2 fluid by iron carbide and parallel redox interaction of magnesiowüstite tite with CO2 produce graphite in assemblage with Fe3+-containing magnesiowüstite. In the temperature range 1450-1650 ºC, generation of carbonate-silicate melts coexisting with pyrope-almandine, magnesiowüstite, magnetite, ferrospinel, and graphite takes place. The composition of the produced melts is as follows: SiO2 ≈ 10-15 wt.%, ∑Fe(FeO + Fe 2O 3) = = 36-43 wt.%, and Fe3+/∑Fe ≈ 0.18-0.23. These Fe3+-enriched carbonate-silicate melts/fluids are saturated with carbon and are the medium of graphite crystallization. Oxide and silicate phases (almandine, ferrospinel, and magnetite) coexisting with graphite are also characterized by high Fe3+/∑Fe values. It has been established that Fe3+-enriched carbonate-silicate melts can result from the interaction of Fe0-containing rocks with carbonated rocks. In the reduced mantle (with the presence of iron carbides or oxides), melts of this composition can be the source of carbon and the medium of graphite crystallization at once. After separation and ascent, these ferric carbonate-silicate melts can favor oxidizing metasomatism in the lithospheric mantle. rus: Экспериментальное моделирование процессов образования железистых карбонатно-силикатных расплавов при взаимодействии карбонат-оксид-металл проведено в системе (Mg,Ca)CO 3-SiO 2-Al 2O 3-Fe 0 при давлениях 6.3 и 7.5 ГПа, в интервале температур 1150-1650 °С, на беспрессовом многопуансонном аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» (БАРС). В субсолидусной области (1150-1450 °С) параллельно реализуются реакции декарбонатизации с образованием пироп-альмандина (Fe# = 0.40-0.75) и CO 2-флюида, а также редокс-взаимодействия карбоната и Fe 0, приводящие к кристаллизации карбида железа в ассоциации с магнезиовюститом (Fe# = 0.75-0.85). Установлено, что образование графита происходит при восстановлении карбоната или CO 2-флюида карбидом железа и в ходе редокс-взаимодействия магнезиовюстит + CO 2, в результате чего в ассоциации с графитом кристаллизуется Fe 3+-содержащий магнезиовюстит. В интервале 1450-1650 °С установлена генерация карбонатно-силикатных расплавов, сосуществующих с пироп-альмандином, магнезиовюститом, магнетитом, феррошпинелью и графитом. Состав полученных расплавов характеризуется концентрацией SiO 2 ≈ 10-15 мас. %, валовым содержанием оксидов железа 36-43 мас. % и значениями Fe 3+/∑Fe ≈ 0.18-0.23. Эти обогащенные Fe 3+ карбонатно-силикатные расплавы/флюиды насыщены углеродом и являются средой кристаллизации графита. Оксидные и силикатные фазы (альмандин, феррошпинель, магнетит), сосуществующие с графитом, также характеризуются очень высокими величинами Fe 3+/∑Fe. Установлено, что обогащенные Fe 3+ карбонатно-силикатные расплавы могут возникать при взаимодействии Fe 0-содержащих пород с карбонатизированными породами. В условиях восстановленной мантии (в присутствии карбидов или оксидов железа) расплавы подобного состава могут являться одновременно источником углерода и средой кристаллизации графита. После отделения и подъема эти железистые карбонатно-силикатные расплавы могут быть потенциальными агентами окислительного метасоматоза в условиях литосферной мантии.
Ключевые слова:	редокс-градиент; гранат; карбид железа; CO 2-флюид; графит; Карбонатно-силикатный расплав; high-pressure experiment; Redox gradient; garnet; iron carbide; CO2 fluid; graphite; Carbonate-silicate melt; высокобарический эксперимент;
Издано:	2015
Физ. характеристика:	с.188-203
Цитирование:	1. Баталева Ю.В., Пальянов Ю.Н., Сокол А.Г., Борздов Ю.М., Соболев Н.В. Условия образования Cr-пиропа и эсколаита в процессах мантийного метасоматоза: экспериментальное моделирование // ДАН, 2012, т. 442, № 1, с. 96-101. 2. Бобров А.В., Литвин Ю.А. Перидотит-эклогит-карбонатитовые системы при 7.0-8.5 ГПа: концентрационный барьер нуклеации алмаза и сингенезис его силикатных и карбонатных включений // Геология и геофизика, 2009, т. 50 (12), с. 1571-1587. 3. Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н., Калинин А.А., Соболев Н.В. Исследование кристаллизации алмаза в щелочных силикатных, карбонатных и карбонат-силикатных расплавах // ДАН, 1999, т. 366, № 4, с. 530-533. 4. Кадик А.А. Режим летучести кислорода в верхней мантии как отражение химической дифференциации планетарного вещества // Геохимия, 2006, № 1, с. 63-79. 5. Когарко Л.Н. Щелочной магматизм и обогащенные мантийные резервуары. Механизмы возникновения, время появления и глубины формирования // Геохимия, 2006, № 1, с. 1-10. 6. Нечаев Д.В., Хохряков А.Ф. Образование эпигенетических включений графита в кристаллах алмаза: экспериментальные данные // Геология и геофизика, 2013, т. 54(4), с. 523-532. 7. Пальянов Ю.Н., Cокол А.Г., Cоболев Н.В. Экспериментальное моделирование мантийных алмазообразующих процессов // Геология и геофизика, 2005, т. 46 (12), с. 1290-1303. 8. Рябчиков И.Д. Механизмы алмазообразования - восстановление карбонатов или частичное окисление углеводородов? // ДАН, 2009, т. 428, № 6, с. 797-800. 9. Рябчиков И.Д., Когарко Л.Н. Окислительно-восстановительный потенциал мантийных магматических систем // Петрология, 2010, т. 18, с. 257-269. 10. Соболев Н.В. Глубинные включения в кимберлитах и проблема состава верхней мантии. Новосибирск, Наука, 1974, 264 c. 11. Соболев Н.В., Ефимова Э.С., Поспелова Л.H. Самородное железо в алмазах Якутии и его парагенезис // Геология и геофизика, 1981 (12), с. 25-28. 12. Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н., Пальянова Г.А., Томиленко А.А. Кристаллизация алмаза во флюидных и карбонатно-флюидных системах при мантийных Р,Т параметрах. Часть 1. Состав флюида // Геохимия, 2004, № 9, с. 1-10. 13. Шацкий А.Ф., Борздов Ю.М., Сокол А.Г., Пальянов Ю.Н. Особенности фазообразования и кристаллизации алмаза в ультракалиевых карбонат-силикатных системах с углеродом // Геология и геофизика, 2002, т. 43 (10), с. 940-950. 14. Ballhaus C., Frost B.R. The generation of oxidized CO2-bearing basaltic melts from reduced CH4-bearing upper mantle sources // Geochim. Cosmochim. Acta, 1994, v. 58, № 22, p. 4931-4940. 15. Bataleva Yu.V., Palyanov Yu.N., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Palyanova G.A. Conditions for the origin of oxidized carbonate-silicate melts: implications for mantle metasomatism and diamond formation // Lithos, 2012, v. 128-131, p. 113-125. 16. Berman R.G. Thermobarometry using multiequilibrium calculations: a new technique with petrologic applications // Canad. Miner., 1991, v. 29, p. 833-855. 17. Bulanova G.P. The formation of diamond // J. Geochem. Explor., 1995, v. 53, p. 1-23. 18. Cottrell E., Kelley K.A. The oxidation state of Fe in MORB glasses and the oxygen fugacity of the upper mantle // Earth Planet. Sci. Lett., 2011, v. 305, p. 270-282. 19. Creighton S., Stachel T., Matveev S., Höfer H., McCammon C., Luth R.W. Oxidation of the Kaapvaal lithospheric mantle driven by metasomatism // Contr. Miner. Petrol., 2009, v. 157, p. 491-504. 20. Dasgupta R. Ingassing, storage, and outgassing of terrestrial carbon through geologic time // Rev. Miner. Geochem., 2013, v. 75, p. 183-229. 21. Dasgupta R., Hirschmann M.M. The deep carbon cycle and melting in Earth’s interior // Earth Planet. Sci. Lett. (Frontiers), 2010, v. 298, p. 1-13. 22. Finger L.W. The uncertainty in calculated ferric iron content of a microprobe analysis? // Carnegie Inst. Wash., Yearbook 71, 1972, p. 600-603. 23. Foley S.F. A reappraisal of redox melting in the Earth’s mantle as a function of tectonic setting and time // J. Petrol., 2011, v. 52, p. 1363-1391. 24. Frost D.J., McCammon C.A. The redox state of Earth’s mantle // Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 2008, v. 36, p. 389-420. 25. Frost D.J., Liebske C., Langenhorst F., McCammon C.A., Tronnes R.G., Rubie D.C. Experimental evidence for the existence of iron-rich metal in the Earth’s lower mantle // Nature, 2004, v. 428, p. 409-412. 26. Greenwood N.N., Howe A.T. Mossbauer studies of Fe1-xO. Part I. The defect structure of quenched samples // J. Chem. Soc., 1972, p. 110-116. 27. Haggerty S.E. Upper mantle mineralogy // J. Geodynam., 1995, v. 20, № 4, p. 331-364. 28. Harris J.W. Diamond geology // Properties of natural and synthetic diamond / Ed. J.E. Field. London, Academic Press, 1992, p. 345-389. 29. Harte B., Richardson S.H. Mineral inclusions in diamonds track the evolution of a Mesozoic subducted slab beneath West Gondwanaland // Gondwana Res., 2012, v. 21, № 1, p. 236-245. 30. Hirschmann M.M. Ironing out the oxidation of Earth’s mantle // Science, 2009, v. 325, № 5940, p. 545-546. 31. Hirschmann M.M., Dasgupta R. The H/C ratios of Earth’s near-surface and deep reservoirs, and consequences for deep Earth volatile cycles // Chem. Geol., 2009, v. 262, p. 4-16. 32. Höfer H.E., Lazarov M., Brey G.P., Woodland A.B. Oxygen fugacity of the metasomatizing melt in a polymict peridotite from Kimberley // Lithos, 2009, v. 112S, p. 1150-1154. 33. Jacob D.E., Kronz A., Viljoen K.S. Cohenite, native iron and troilite inclusions in garnets from polycrystalline diamond aggregates // Contr. Miner. Petrol., 2004, v. 146, № 5, p. 566-576. 34. Kaminsky F.V., Wirth R. Iron carbide inclusions in lower-mantle diamond from Juina, Brazil // Canad. Miner., 2011, v. 49, № 2, p. 555-572. 35. Kelley K.A., Cottrell E. Water and the oxidation state of subduction zone magmas // Science, 2009, v. 325, № 5940, p. 605-607. 36. Khokhryakov A.F., Nechaev D.V., Sokol A.G., Palyanov Y.N. Formation of various types of graphite inclusions in diamond: Experimental data // Lithos, 2009, v. 112, p. 683-689. 37. Klein-BenDavid O., Logvinova A.M., Schrauder M., Spetius Z.V., Weiss Y., Hauri E.H., Kaminsky F.V., Sobolev N.V., Navon O. High-Mg carbonatitic microinclusions in some Yakutian diamonds; a new type of diamond-forming fluid // Lithos, 2009, v. 112, p. 648-659. 38. Klein-BenDavid O., Pearson D.G., Nowell G.M., Ottley C., McNeill J.C.R., Cartigny P. Mixed fluid sources involved in diamond growth constrained by Sr-Nd-Pb-C-N isotopes and trace elements // Earth Planet. Sci. Lett., 2010, v. 289, p. 123-133. 39. Knoche R., Sweeney R.J., Luth R.W. Carbonation and decarbonation of eclogites: the role of garnet // Contr. Miner. Petrol., 1999, v. 135, p. 332-339. 40. Kopylova M., Navon O., Dubrovinsky L., Khachatryan G. Carbonatitic mineralogy of natural diamond-forming fluids // Earth Planet. Sci. Lett., 2010, v. 291, p. 126-137. 41. Luth R.W. Carbon and carbonates in mantle // Mantle petrology: field observation and high pressure experimentation: a tribute to Francis R. (Joe) Boyd / Eds. Y. Fei, M.C. Bertka, B.O. Mysen. Geochem. Soc., Spec. Publ., 1999, № 6, p. 297-316. 42. Malaspina N., Scambelluri M., Poli S., van Roermund H.L.M., Langenhorst F. The oxidation state of mantle wedge majoritic garnet websterites metasomatised by C-bearing subduction fluids // Earth Planet. Sci. Lett., 2010, v. 298, № 3-4, p. 417-426. 43. Manning P.G., Jones W., Birchall T. Mossbauer spectral studies of iron-enriched sediments from Homilton Harbor, Ontario // Canad. Miner., 1980, v. 18, p. 29l-299. 44. McCammon C.A., Price D.C. Mossbauer spectra of FexO (x > 0.95) // Phys. Chem. Miner., 1985, v. 11, p. 250-254. 45. McCammon C.A., Kopylova M.G. A redox profile of the Slave mantle and oxygen fugacity control in the cratonic mantle // Contr. Miner. Petrol., 2004, v. 148, p. 55-68. 46. Palyanov Yu.N., Sokol A.G. The effect of composition of mantle fluids/melts on diamond formation processes // Lithos, 2009, v. 112S, p. 690-700. 47. Palyanov Yu.N., Borzdov Yu.M., Bataleva Yu.V., Sokol A.G., Palyanova G.A., Kupriyanov I.N. Reducing role of sulfides and diamond formation in the Earth’s mantle // Earth Planet. Sci. Lett., 2007, v. 260, № 1-2, p. 242-256. 48. Palyanov Yu.N., Borzdov Yu.M., Khokhryakov A.F., Kupriyanov I.N., Sokol A.G. Effect of nitrogen impurity on diamond crystal growth processes // Crys. Growth Des., 2010, v. 10, p. 3169-3175. 49. Palyanov Yu.N., Bataleva Yu.V., Sokol A.G., Borzdov Yu.M., Kupriyanov I.N., Reutsky V.N., Sobolev N.V. Mantle-slab interaction and redox mechanism of diamond formation // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2013, v. 110, № 51, p. 20408-20413. 50. Rohrbach A., Schmidt M.W. Redox freezing and melting in the Earth’s deep mantle resulting from carbon-iron redox coupling // Nature, 2011, v. 472, p. 209-214. 51. Rohrbach A., Ballhaus C., Golla-Schindler U., Ulmer P., Kamenetsky V.S., Kuzmin D.V. Metal saturation in the upper mantle // Nature, 2007, v. 449, p. 456-458. 52. Rohrbach A., Ballhaus C., Ulmer P., Golla-Schindler U., Schönbohm D. Experimental evidence for a reduced metal-saturated upper mantle // J. Petrol., 2011, v. 52, № 4, p. 717-731. 53. Schrauder M., Navon O. Solid carbon dioxide in natural diamond // Nature, 1993, v. 365, № 6441, p. 42-44. 54. Schrauder M., Navon O. Hydrous and carbonatitic mantle fluids in fibrous diamonds from Jwaneng, Botswana // Geochim. Cosmochim. Acta, 1994, v. 58, p. 761-771. 55. Shirey S.B., Cartigny P., Frost D.G., Keshav S., Nestola F., Nimis P., Pearson D.G., Sobolev N.V., Walter M.J. Diamonds and the geology of mantle carbon // Rev. Miner. Geochem., 2013, v. 75, p. 355-421. 56. 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. 57. Sobolev N.V., Snyder G.A., Taylor L.A., Keller R.A., Yefimova E.S., Sobolev V.N., Shimizu N. Extreme chemical diversity in the mantle during eclogitic diamond formation: Evidence from 35 garnet and 5 pyroxene inclusions in single diamond // Int. Geol. Rev., 1998, v. 40, p. 567-578. 58. Sokol A.G., Palyanova G.A., Palyanov Y.N., Tomilenko A.A., Melenevsky V.N. Fluid regime and diamond formation in the reduced mantle: Experimental constraints // Geochim. Cosmochim. Acta, 2009, v. 73, p. 5820-5834. 59. Stachel T., Harris J.W., Brey G.P. Rare and unusual mineral inclusions in diamonds from Mwadui, Tanzania // Contr. Miner. Petrol., 1998, v. 132, № 1, p. 34-47. 60. Stagno V., Ojwang D.O., McCammon C.A., Frost D.J. The oxidation state of the mantle and the extraction of carbon from Earth’s interior // Nature, 2013, v. 493, № 7430, p. 84-88. 61. Wallace M., Green D.H. An experimental determination of primary carbonatite composition // Nature, 1988, v. 335, p. 343-345. 62. Walter M.J., Bulanova G.P., Armstrong L.S., Keshav S., Blundy J.D., Gudfinnsson G., Lord O.T., Lennie A.R., Clark S.M., Smith C.B., Gobbo L. Primary carbonatite melt from deeply subducted oceanic crust // Nature, 2008, v. 454, p. 622-625. 63. Walter M.J., Kohn S.C., Araujo D., Bulanova G.P., Smith C.B., Gaillou E., Wang J., Steele A., Shirey S.B. Deep mantle cycling of oceanic crust: Evidence from diamonds and their mineral inclusions // Science, 2011, v. 334, № 6052, p. 54-57. 64. Wang A., Pasteris J.D., Meyer H.O.A., DeleDuboi M.L. Magnesite-bearing inclusion assemblage in natural diamond // Earth Planet. Sci. Lett., 1996, v. 141, № 1-4, p. 293-306. 65. Wood B.J., Virgo D. Upper mantle oxidation state: Ferric iron contents of lherzolite spinels by 57Fe Mössbauer spectroscopy and resultant oxygen fugacities // Geochim. Cosmochim. Acta, 1989, v. 53, p. 1277-1291. 66. Woodland A.B., Koch M. Variation in oxygen fugacity with depth in the upper mantle beneath the Kaapvaal craton, Southern Africa // Earth Planet. Sci. Lett., 2003, v. 214, p. 295-310. 67. Woodland A.B., Kornprobst J., Tabit A. Ferric iron in orogenic lherzolite massifs and controls of oxygen fugacity in the upper mantle // Lithos, 2006, v. 89, p. 222-241.