Инд. авторы: Литасов К.Д., Шацкий А.Ф.
Заглавие: Исследование реакции mgco3 + sio2 при давлениях до 32 гпа с помощью рентгеновской дифрактометрии и синхротронного излучения
Библ. ссылка: Литасов К.Д., Шацкий А.Ф. Исследование реакции mgco3 + sio2 при давлениях до 32 гпа с помощью рентгеновской дифрактометрии и синхротронного излучения // Геохимия. - 2019. - Т.64. - № 9. - С.1003-1012. - ISSN 0016-7525.
Внешние системы: РИНЦ: 39554738;
Реферат: rus: Работа посвящена экспериментальному исследованию реакции декарбонатизации и плавления в системе MgCO3-SiO2 при давлениях до 32 ГПа с использованием многопуансонной техники, рентгеновской дифрактометрии и синхротронного излучения. При давлениях 3-7 ГПа реакция идет с выделением углекислоты и образованием энстатита. При 9-13 ГПа среди продуктов реакции установлены энстатит, карбонатно-силикатный расплав и СО2. При 16 ГПа и 1825 K реакция изменяется, сопровождаясь образованием вадслеита, а выше по температуре - карбонатизированного вадслеитового расплава, стишовита и СО2 флюида. При этом давлении, которое совпадает с полем стабильности ассоциации вадслеит-стишовит на фазовой диаграмме MgSiO3, образуется провал по температуре реакции примерно на 100 K. При более высоких давлениях реакция проходит с образованием ассоциации MgSiO3 (акимотоит или бриджманит) + расплав. Температура реакции при 25-35 ГПа не меняется и составляет около 2000 K. При дальнейшем повышении температуры до 2100 K бриджманит плавится инконгруэнтно, реагируя с карбонатно-силикатным расплавом с образованием стишовита. Состав эвтектической смеси с повышением давления смещается в сторону MgCO3. Исследованная реакция маркирует верхний температурный предел стабильности магнезита и свободной фазы SiO2 в эклогитоподобных парагенезисах мантии Земли и в целом совпадает с мантийной адиабатой на глубинах 300-900 км.
eng: The results of the experimental study of the decarbonation and melting reactions in the MgCO3-SiO2 system at pressures up to 32 GPa using multi-anvil technique, in situ X-ray diffraction and synchrotron radiation have been reported. At 3-7 GPa and 1400-1700 K, the reaction proceeds with the release of carbon dioxide and the formation of enstatite. At 9-13 GPa and 1850-1930 K, clinoenstatite, carbonate-silicate melt, and CO2 were found among the reaction products. At 16 GPa and 1825 K, the reaction is accompanied by the formation of wadsleyite and at higher temperature by the formation of a carbonated melt, with a Mg/Si ratio close to wadsleyite, stishovite and CO2 fluid. At this pressure, which coincides with the wadsleyite-stishovite assemblage stability field in the MgSiO3 phase diagram, a decrease in the reaction temperature by about 100 K is observed. At higher pressures, the reaction proceeds with the formation of the MgSiO3 (akimotoite or bridgmanite) + melt assemblage. The reaction temperature at 25-35 GPa does not change and is about 2000 K. With a further increase in temperature to 2100 K, bridgmanite melts incongruently, reacting with a carbonate-silicate melt to form stishovite. The composition of the eutectic mixture shifts towards MgCO3 with increasing pressure. The studied reaction marks the upper temperature limit of the stability of magnesite and the free phase of SiO2 in the Earth’s mantle and generally coincides with the mantle adiabat at depths of 300-900 km.
Ключевые слова: стишовит; энстатит; бриджманит; карбонаты; плавление; мантия; переходный слой; magnesite; Coesite; Stishovite; enstatite; bridgmanite; коэсит; магнезит; transition zone; mantle; melting; carbonate;
Издано: 2019
Физ. характеристика: с.1003-1012
Цитирование: 1. Литасов К.Д. (2011) Физико-химические условия плавления мантии Земли в присутствии С-О-Н-флюида по экспериментальным данным. Геология и геофизика 52(5), 613-635. 2. Похиленко Н.П., Агашев А.М., Литасов К.Д., Похиленко Л.Н. (2015) Взаимоотношения карбонатитового метасоматоза деплетированных перидотитов литосферной мантии с алмазообразованием и карбонатит-кимберлитовым магматизмом. Геология и геофизика 56 (1-2), 361-383. 3. Drewitt J.W.E., Walter M.J., Zhang H., McMahon S.C., Edwards D., Heinen B.J., Lord O.T., Anzellini S., Daisenberger D., Kleppe A.K. (2019) The fate of carbonate in oceanic crust subducted into Earth’s lower mantle. Earth Planet. Sci. Lett. 511, 213-222. 4. Gasparik T. (2003) Phase diagrams for geoscientists. An atlas of the Earth’s interior. Springer, 459 p. 5. Ghosh S., Litasov K.D., Ohtani E. (2014) Phase relations and melting of carbonated peridotite between 10 and 20 GPa: a proxy for alkali-and CO2-rich silicate melts in the deep mantle. Contrib. Mineral. Petrol, 167 (2), 1-23. 6. Ghosh S., Ohtani E., Litasov K.D., Terasaki H. (2009) Solidus of carbonated peridotite from 10 to 20 GPa and origin of magnesiocarbonatite melt in the Earth’s deep mantle. Chem. Geol. 262 (1-2), 17-28. 7. Grassi D., Schmidt M.W. (2011) The melting of carbonated pelites from 70 to 700 km depth. J. Petrol. 52 (4), 765-789. 8. Haselton H.T., Sharp W.E., Newton R.C. (1978) CO2 fugacity at high-temperatures and pressures from experimental decarbonation reactions. Geophys. Res. Lett. 5 (9), 753-756. 9. Johannes W. (1969) An experimental investigation of the system MgO-SiO2-H2O-CO2. Amer. J. Sci. 267 (9), 1083-1104. 10. Kakizawa S., Inoue T., Suenami H., Kikegawa T. (2015) Decarbonation and melting in MgCO3-SiO2 system at high temperature and high pressure. J. Mineral. Petrol. Sci. 110 (4), 179-188. 11. Katsura T., Yoneda A., Yamazaki D., Yoshino T., Ito E. (2010) Adiabatic temperature profile in the mantle. Phys. Earth Planet. Inter, 183 (1), 212-218. 12. Kiseeva E.S., Litasov K.D., Yaxley G.M., Ohtani E., Kamenetsky V.S. (2013) Melting and phase relations of carbonated eclogite at 9-21 GPa and the petrogenesis of alkali-rich melts in the deep mantle. J. Petrol. 54 (8), 1555-1583. 13. Koziol A.M., Newton R.C. (1995) Experimental determination of the reactions magnesite plus quartz equals enstatite plus CO2 and magnesite equals periclase plus CO2, and enthalpies of formation of enstatite and magnesite. Amer. Mineral. 80 (11-12), 1252-1260. 14. Litasov K., Ohtani E., Sano A., Suzuki A., Funakoshi K. (2005) In situ X-ray diffraction study of post-spinel transformation in a peridotite mantle: Implication for the 660-km discontinuity. Earth Planet. Sci. Lett. 238 (3-4), 311-328. 15. Litasov K.D., Ohtani E. (2009a) Solidus and phase relations of carbonated peridotite in the system CaO-Al2O3-MgO-SiO2-Na2O-CO2 to the lower mantle depths. Phys. Earth Planet. Inter. 177 (1-2), 46-58. 16. Litasov K.D., Ohtani E. (2009b) Phase relations in the peridotite-carbonate-chloride system at 7.0-16.5 GPa and the role of chlorides in the origin of kimberlite and diamond. Chem. Geol. 262 (1-2), 29-41. 17. Litasov K.D., Ohtani E. (2010) The solidus of carbonated eclogite in the system CaO-Al2O3-MgO-SiO2-Na2O-CO2 to 32 GPa and carbonatite liquid in the deep mantle. Earth Planet. Sci. Lett. 295 (1-2), 115-126. 18. Litasov K.D., Shatskiy A. (2018) Carbon-bearing magmas in the Earth’s deep interior. In: Magmas Under Pressure (Eds. Kono Y., Sanloup C.). Elsevier, 43-82. 19. Litasov K.D., Goncharov A.F., Hemley R.J. (2011) Crossover from melting to dissociation of CO2 under pressure: Implications for the lower mantle. Earth Planet. Sci. Lett. 309 (3-4), 318-323. 20. Litasov K.D., Shatskiy A., Ohtani E. (2013a) Earth’s mantle melting in the presence of C-O-H-bearing fluid. In: Physics and Chemistry of the Deep Earth (Ed Karato S.). New York: Wiley, 38-65. 21. Litasov K.D., Shatskiy A., Ohtani E., Yaxley G.M. (2013b) Solidus of alkaline carbonatite in the deep mantle. Geology 41 (1), 79-82. 22. Litasov K.D., Fei Y.W., Ohtani E., Kuribayashi T., Funakoshi K. (2008a) Thermal equation of state of magnesite to 32 GPa and 2073 K. Phys. Earth Planet. Inter. 168 (3-4), 191-203. 23. Litasov K.D., Ohtani E., Nishihara Y., Suzuki A., Funakoshi K. (2008b) Thermal equation of state of Al-and Fe-bearing phase D. J. Geophys. Res.: Solid Earth 113, B08205; doi: 10.1029/2007JB004937. 24. Maeda F., Ohtani E., Kamada S., Sakamaki T., Hirao N., Ohishi Y. (2017) Diamond formation in the deep lower mantle: a high-pressure reaction of MgCO3 and SiO2. Sci. Rep. 7, 40602. 25. Safonova I., Litasov K., Maruyama S. (2015) Triggers and sources of volatile-bearing plumes in the mantle transition zone. Geosci. Front. 6 (5), 679-685. 26. Seto Y., Hamane D., Nagai T., Fujino K. (2008) Fate of carbonates within oceanic plates subducted to the lower mantle, and a possible mechanism of diamond formation. Phys. Chem. Minerals 35 (4), 223-229. 27. Shatskiy A., Litasov K.D., Terasaki H., Katsura T., Ohtani E. (2010) Performance of semi-sintered ceramics as pressure-transmitting media up to 30 GPa. High Pres. Res. 30 (3), 443-450. 28. Shatskiy A., Litasov K.D., Borzdov Y.M., Katsura T., Yamazaki D., Ohtani E. (2013a) Silicate diffusion in alkali-carbonatite and hydrous melts at 16.5 and 24 GPa: Implication for the melt transport by dissolution-precipitation in the transition zone and uppermost lower mantle. Phys. Earth Planet. Inter. 225, 1-11. 29. Shatskiy A., Podborodnikov I.V., Arefiev A.V., Minin D.A., Chanyshev A.D., Litasov K.D. (2018) Revision of the CaCO3-MgCO3 phase diagram at 3 and 6 GPa. Amer. Mineral. 103 (3), 441-452. 30. Shatskiy A., Sharygin I.S., Gavryushkin P.N., Litasov K.D., Borzdov Y.M., Shcherbakova A.V., Higo Y., Funakoshi K., Palyanov Y.N., Ohtani E. (2013b) The system K2CO3-MgCO3 at 6 GPa and 900-1450ºC. Amer. Mineral. 98 (8-9), 1593-1603. 31. Sokolova T.S., Dorogokupets P.I., Dymshits A.M., Danilov B.S., Litasov K.D. (2016) Microsoft excel spreadsheets for calculation of PVT relations and thermodynamic properties from equations of state of MgO, diamond and nine metals as pressure markers in high-pressure and high-temperature experiments. Comp. Geosci. 94, 162-169. 32. Solopova N.A., Dubrovinsky L., Spivak A.V., Litvin Y.A., Dubrovinskaia N. (2015) Melting and decomposition of MgCO3 at pressures up to 84 GPa. Phys. Chem. Minerals 42, 73-81. 33. Stacey F.D., Davis P.M. (2008) Physics of the Earth, 4th edition. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 532 p. 34. Thomson A.R., Walter M.J., Lord O.T., Kohn S.C. (2014) Experimental determination of melting in the systems enstatite-magnesite and magnesite-calcite from 15 to 80 GPa. Amer. Mineral. 99 (8-9), 1544-1554. 35. Thomson A.R., Walter M.J., Kohn S.C., Brooker R.A. (2016) Slab melting as a barrier to deep carbon subduction. Nature 529, 76-79.