Экспериментальное изучение вязкости расплава диопсида при высоком давлении

Банушкина С.В.; Чепуров А.И.

doi:10.14258/izvasu(2020)4-02

Инд. авторы:	Банушкина С.В., Чепуров А.И.
Заглавие:	Экспериментальное изучение вязкости расплава диопсида при высоком давлении
Библ. ссылка:	Банушкина С.В., Чепуров А.И. Экспериментальное изучение вязкости расплава диопсида при высоком давлении // Известия Алтайского государственного университета. - 2020. - № 4. - С.17-20. - ISSN 1561-9443. - EISSN 1561-9451.
Внешние системы:	DOI: 10.14258/izvasu(2020)4-02; РИНЦ: 43945111;
Реферат:	rus: Проведена экспериментальная оценка вязкости модельного состава на основе диопсида в присутствии кристаллов оливина при высоких Р-Т параметрах. Давление в опытах составляло 4 ГПа. Температурный интервал - 1750-1800 °С. Эксперименты проведены на многопуансонном аппарате высокого давления типа «разрезная сфера» (БАРС) по методике падающего платинового (Pt) шарика. Одной из измеряемых характеристик в экспериментах является время падения Pt шарика в расплаве с момента выхода на заданные Р-Т параметры до момента отключения электротока. В результате экспериментов зафиксированы три основных положения Pt шарика в образце. Расчеты вязкости проведены по методу Стокса. Установлено ожидаемое снижение скорости перемещения Pt шариков и, соответственно, увеличение относительной вязкости подобных гетерогенных сред (жидкость+твердая фаза) в отличие от гомогенных расплавов. При содержании в магме до 7-10 мас.% кристаллов твердых фаз значение вязкости остается низким. С увеличением содержания ксенокристаллов оливина вязкость расплава прогрессивно растет: при 20-25 мас.% - на 1,5-2 порядка, при 35-40 мас.% - на 3-3,5 порядка величины. Полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод, что в магме количество твердой фазы должно быть достаточно низким (< 20-30 мас.%), в противном случае перемещение расплава основного состава было бы возможно исключительно при эксплозивных (взрывных) процессах. eng: This paper presents the experimental evaluation of viscosity of the diopside-based model composition conducted at high P-T parameters (at the pressure of 4 GPa and in the temperature range of 1750°C - 1800°C) in the presence of olivine crystals. The experiments are carried out using the multi-anvil high-pressure apparatus of the “split-sphere” type (Russian acronym - BARS) according to the falling sphere method. The traveling time of a platinum (Pt) sphere in a melt is one of the parameters measured in experiments. Measurement of this parameter starts when the given P-T values are attained and stops when the electric current is turned off. There are three main positions of the Pt sphere observed in the experiments. Viscosity is calculated using the Stokes’ Law. It is found out that the Pt sphere velocity decreases expectedly as the relative viscosity of such heterogeneous compositions (liquid + solid phase) increases (in contrast to homogeneous melts). Viscosity values remain low when there is up to 7-10 wt-% of solid phase crystals in magma. The increase of olivine xenocrysts in magma leads to the progressive increase of viscosity values of the melt: by 1.5-2 orders of magnitude at 20-25 wt-%, by 3-3.5 orders of magnitude at 35-40 wt-%. The obtained experimental results allow concluding that the amount of solid phase in magma should be sufficiently low (less than 20-30 wt-%), otherwise, melts of the investigated composition can be moved only by explosive processes.
Ключевые слова:	"разрезная сфера"; высокое давление; оливин; диопсид; расплав; вязкость; Stokes' law; split sphere; high pressure; olivine; diopside; melt; viscosity; метод Стокса;
Издано:	2020
Физ. характеристика:	с.17-20
Цитирование:	1. Pinkerton H., Stevenson R.J. Methods of determining the rheological properties of magmas at sub-liquidus temperatures // J. of Volcanology and Geothermal Res. 1992. V. 53. DOI: 10.1016/0377-0273(92)90073-M. 2. Saar M.O., Manda M. Continuum percolation for random by oriented soft-core prisms // Physical Review E. 2002. V. 65. DOI: 10.1103/PhysRevE.65.056131. 3. Caricchi L., Burlini L., Ulmer P et.al. Non-Newtonian reology of crystal-bearing magmas and implications for magma ascent dynamics // Earth and Planet. Sci. Lett. 2007. V. 264. DOI: 10.1016/j.epsl.2007.09.032. 4. Castruccio A., Rust A.C., Sparks R.S.J. Rheology and flow of crystal-bearing lavas: Insights from analogue gravity currents // Earth and Planet. Sci. Lett. 2010. V. 297. DOI: 10.1016/j.epsl.2010.06.051. 5. Hobiger M., Sonder I., Buttner R., Zimanowski B. Viscosity characteristics of selected volcanic rock melts // J. of Volcanology and Geothermal Res. 2011 V. 200. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2010.11.020. 6. Bouhifd M.A., Richer P, Besson P et.al. Redox state, microstructure and viscosity of partially crystallized basalt melt // Earth and Planet. Sci. Lett. 2004. V. 218. DOI: 10.1016/S0012-821X(03)00641-1. 7. Чепуров А.И., Жимулев Е.И., Сонин В.М. и др. Экспериментальная оценка скорости гравитационного фракционирования ксенокристаллов в кимберлитовой магме при высоких Р-Т параметрах // Доклады АН. 2011. Т. 440. № 5. 8. Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальное моделирование процессов алмазообразования. Новосибирск, 1997. 9. Чепуров А.И., Федоров И.И., Сонин В.М. Экспериментальные исследования образования алмаза при высоких Р-Т параметрах // Геология и геофизика. 1998. Т. 39. № 2. 10. Liebske C., Schmickler B., Terasaki H. et al. Viscosity of peridotite liquid up to 13 GPa: Implications for magma ocean viscosities // Earth and Planet. Sci. Lett. 2005. V. 240. DOI: 10.1016/j.epsl.2005.10.004. 11. Sakamaki T., Ohtani E., Urakawa S. et al. Measurement of hydrous peridotite magma density at high pressure using the X-ray absorption method // Earth and Planet. Sci. Lett. 2009. V. 287. DOI: 10.1016/j.epsl.2009.07.030. 12. Ardia P., Giordano D., Schmidt M.W. A model for the viscosity of rhyolite as a function of H2O-content and pressure: A calibration based on centrifuge piston cylinder experiments // Geochim. et Cosmochim. Acta. 2008. V. 72. DOI: 10.1016/j.gca.2008.08.025. 13. Reid J.E., Suzuki A., Funakoshi K. et al. The viscosity of CaMgSi2O6 liquid at pressures up to 13 GPa // Physics of the Earth and Planet. Interior. 2003. V. 139. DOI: 10.1016/ S0031-9201(03)00143-2. 14. Sato H. Viscosity measurement of subliquidus magmas: 1707 basalt of Fuji volcano // J. of Mineral. and Petrol. Sci. 2005. V. 100. DOI: 10.2465/jmps.100.133 15. Moss S., Russell J.K., Brett R.C., Andrews G.D.M. Spatial and temporal evolution of kimberlite magma at A154N, Diavik, Northwest Territories, Canada // Lithos. 2009. V. 112. DOI: 10.1016/j.lithos.2009.03.025.