Влияние тепло- и массообмена на состав базальтового расплава в грибообразной голове термохимического плюма

Кирдяшкин А.А.; Кирдяшкин А.Г.; Сурков Н.В

doi:10.21209/2227-9245-2018-24-10-21-31

Инд. авторы:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Сурков Н.В
Заглавие:	Влияние тепло- и массообмена на состав базальтового расплава в грибообразной голове термохимического плюма
Библ. ссылка:	Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г., Сурков Н.В Влияние тепло- и массообмена на состав базальтового расплава в грибообразной голове термохимического плюма // Вестник Забайкальского государственного университета. - 2018. - Т.24. - № 10. - С.21-31. - ISSN 2227-9245.
Внешние системы:	DOI: 10.21209/2227-9245-2018-24-10-21-31; РИНЦ: 36853788;
Реферат:	eng: A thermochemical plume originates at the core-mantle boundary and ascends (melts up) to the surface.The main research task is to evaluate the compositional changes of melt in the plume head, assuming that the initial composition of melt is basaltic. The evaluations are based on the analysis of heat and mass transfer in the melt of the plume head. The flow structure that developed in a meltof plume head as well as in plume conduit is represented on the basis of experimental and theoretical modeling. Basing on the phase diagram of the CaO-MgO-AI₂O₃-SiO₂model system, the authors have shown that melting in the two upper convection cells of the plume conduit proceeds according to eutectic equilibria L=Cpx+Opx+An+Sp and L=Fo+An+Cpx+Opx. In the case of the CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Na₂O system the crystallization differentiation proceeds as separation of plagioclase crystals (in the form of albite-anorthtite solid solutions). This leads to the enrichment of residual melt in silica and alkaline components. Basing on thermal and hydrodynamic structure of the plume head together with the chemical composition of basaltic melt, the autjors have estimated the possible compositional changes in the melt. The calculations were performed in two stages: 1) after settling of refractory minerals; 2) after settling of plagioclase in the melt resulting from the first stage. As a consequence of crystallization differentiation, SiO₂ content in the residual melt is consistent with that of the crustal layer rus: В статье представлено исследование, задача которого заключается в том, чтобы на основе анализа тепло- и массопереноса в рамках предложенной модели термохимического плюма с грибообразной головой выяснить, как изменяется состав расплава головы плюма в том случае, если исходный состав расплава в ней - базальтовый. На основе данных экспериментального и теоретического моделирования представлена структура течения в расплаве канала и головы термохимического плюма, поднимающегося (выплавляющегося) от границы ядро - мантия к поверхности. На основе строения фазовой диаграммы модельной системы CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ показано, что в двух верхних конвективных ячейках канала плюма плавление протекает по эвтектическим равновесиям L=Cpx+Opx+An+Sp и L=Fo+An+Cpx+Opx. При расширении состава системы щелочным компонентом до системы CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂-Na₂O в этих ячейках появляются условия для кристаллизационной дифференциации как процесса отделения кристаллов плагиоклаза в виде твёрдых растворов серии альбит-анортит. Этот процесс приводит к обогащению остаточного расплава кремнезёмом и щелочным компонентом. На основе тепловой и гидродинамической структуры головы плюма и данных о химическом составе базальтового расплава в ней представлено возможное изменение состава этого расплава: 1) после осаждения твердой фазы (тугоплавких минералов) на подошву головы плюма; 2) после осаждения плагиоклаза в расплаве, образовавшемся после первого этапа. Оценки состава расплава головы плюма показывают, что в результате кристаллизационной дифференциации образуется остаточный расплав, содержание SiO₂ в котором соответствует таковому в коровом слое
Ключевые слова:	plagioclase; phase diagram; basalts; normative composition; settling time; melt; Plume head; free-convection flows; mantle plumes; modeling; эвтектическое плавление; плагиоклаз; фазовая диаграмма; базальты; нормативный состав; время осаждения; расплав; голова плюма; свободноконвективные течения; мантийные плюмы; моделирование; eutectic melting;
Издано:	2018
Физ. характеристика:	с.21-31
Цитирование:	1. Войткевич Г. В., Кокин А. В., Мирошников А. Е., Прохоров В. Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. 480 с. 2. Кирдяшкин А. Г., Кирдяшкин А. А., Гладков И. Н., Дистанов В. Е. Тепло- и массообмен и кристаллизационная дифференциация в грибообразной голове термохимического плюма // Вестник Забайкал. гос. ун-та. 2018. Т. 24, № 2. C. 4-13. 3. Некрасов Б. В. Основы общей химии: в 2 т. М.: Химия, 1973. Т. 1. 656 с. 4. Bell P. M., Roseboom E. H. Melting relationships of jadeite and albite to 45 kilobars with comments on melting diagrams of binary systems at high pressures // Mineralogical Society of America Special Paper. 1969. No. 2. P. 151-161. 5. Bowen N. L. The melting phenomena of the plagioclase feldspars // American Journal of Science. 1913. Vol. 35. No. 210. P. 577-599. 6. Cranmer D., Uhlmann D. R. Viscosities in the system albite-anorthite // Journal of Geophysical Research. 1981. Vol. 86. No. B9. P. 7951-7956. 7. Gladkov I. N., Distanov V. E., Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G. Stability of a melt/solid interface with reference to a plume channel // Fluid Dynamics. 2012. Vol. 47. No. 4. P. 433-447. 8. Kirdyashkin A. A., Kirdyashkin A. G., Gurov V. V. Parameters of thermochemical plumes responsible for the formation of batholiths: results of experimental simulation // Geotectonics. 2017. Vol. 51. No. 4. P. 398-411. 9. Lindsley D. H. Melting relations of plagioclase at high pressures / / Origin of Anorthosite and Related Rocks. New York, 1968. P. 39-46. 10. MacGregor I. D. Stability fields of spinel and garnet peridotites in the synthetic system MgO-CaO-Al2O3-SiO2 // Carnegie Institution of Washington Yearbook. 1965. Vol. 64. P. 126-134. 11. Schairer J. F., Yoder H. S. The nature of residual liquids from crystallization, with data on the system nepheline-diopside-silica // American Journal of Science. 1960. Vol. 258-A. P. 273-283. 12. Surkov N. V., Doroshev A. M. Phase diagram of the CaO-Al2O3-SiO2 system at pressures up to 40 kbar // Russian Geology and Geophysics. 1998. Vol. 39. No 9. P. 1254-1268. 13. Surkov N. V., Gartvich Yu. G. Physicochemical model for the crystallization of rocks of the calc-alkaline series // Geochemistry International. 2012. Vol. 50. No. 10. P. 799-815. 14. Surkov N. V., Gartvich Yu. G. Modeling of deep-seated high-alumina parageneses on the basis of the stability fields of corundum- and spinel-normative assemblages of the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2 // Russian Geology and Geophysics. 2012. Vol. 53. P. 51-61. 15. Yoder H. S., Tilley C. E. Origin of basalt magmas: an experimental study of natural and synthetic rock systems // Journal of Petrology. 1962. Vol. 3. No. 3. P. 342-532.