Хромсодержащие фазы в мантии Земли : по результатам экспериментов в модельных системах SiO2-MgO-Cr2O3±Al2O3 при 7-24 ГПа

• Автор: Сироткина, Екатерина Андреевна
• Шифр специальности: 25.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ОБЗОР СВЕДЕНИЙ О ВЫСОКОБАРИЧЕСКИХ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ ФАЗАХ МАНТИИ ЗЕМЛИ В ПРИРОДЕ И В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

1.1. Хромсодержащис фазы высокого давления в природе

1.1.1. Оливин и его полиморфные модификации

1.1.2. Мэйджоритовые и кноррингитовые гранаты

1.1.3. Высокобарические фазы состава MgSi

1.1.4. Полиморфные модификации MgCr

1.1.5. Клинопироксены

1.1.6. Другие хромсодержащие фазы мантии Земли

1.2. Экспериментальное изучение ассоциаций с участием хромсодержащих фаз

1.2.1. Экспериментальное изучение систем с участием высокобарических компонентов гранатов
1.2.2. Экспериментальное изучение влияния примесных элементов на полиморфные
модификации оливина
Глава 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИЗУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ
2.1. Эксперименты на многопуансонном аппарате высокого давления
2.2. Эксперименты на аппарате типа «наковальня с лункой» (тороид)
2.3. Методика изучения экспериментальных образцов
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ 8Ю2-Мд0-Сг203 (±А1203) ПРИ ВЫСОКИХ РТ-ПАРАМЕТРАХ
3.1. Система М£4814012-МЕзСг281зО,2при 10-24 ГПа и 1600°С
3.1.1. Фазовые отношения
3.1.2. Составы фаз
3.1.3. Топология и фазовая диаграмма псевдобинарной системы М%4В140ц-
МёзСг2813Оп при 10-24 ГПа и 1600 °С
3.2. Система Mg2Si04 — МдСг204 при 10-24 ГПа и 1600°С
3.2.1. Фазовые отношения
3.2.2. Составы фаз

3.2.3. Топология и фазовая диаграмма псевдобинарной системы Mg2Si0f-MgCr204 при 10-24 ГПа и 1600°С
3.3. Структурные особенности хромсодержащих фаз
3.4. Влияние малых концентраций алюминия на кристаллизацию граната в системе
мэйджорит-кноррингит
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Фазы-концентраторы хрома в мантии Земли
4.2. Влияние примеси хрома на структурные особенности мантийных фаз.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследований. К настоящему времени накоплен огромный объем данных в области минералогии высоких давлений [Agee, 1998; Stachel, 2001; Akaogi, 2007; Irifune, Tsuchiya, 2007, Kaminsky, 2012 и др.]. Прямое изучение вещества мантии Земли с привлечением данных по минералам мантийных ксенолитов и включений в природных алмазах возможно лишь в очень ограниченном объеме. Судя по геотермобарометрическим оценкам, преобладающее большинство таких минералов образовалось на глубинах 150— 200 км, т. е. их ассоциации характеризуют термодинамические условия верхней мантии [Sobolev et al., 1997; Соболев, 1974; Taylor, Anand, 2004]. Вместе с тем, происходит постоянное пополнение базы данных по минеральным включениям в алмазах, относящихся к глубинам переходной зоны (410 - 660 км) [Davies et al., 2004; Stachel et al., 2000a] и нижней мантии Земли [Harte et al., 1999; Harte, Harris, 1994; Kaminsky et al., 2001; Hayman et al., 2005; Stachel et al., 2000b],
Наряду с минералогическими данными, важными источниками представлений о глубинном строении Земли являются геофизические сведения и результаты экспериментов при высоких давлениях и температурах. Анализ обширного набора минералогической, геофизической и экспериментальной информации позволил установить важнейшие фазовые превращения в условиях мантии Земли, установить их связь со скачками в распространении сейсмических волн и определить главные фазовые ассоциации, характерные для различных частей верхней мантии, переходной зоны и нижней мантии, что в итоге позволило уточнить существующие модели строения глубинных оболочек Земли [Harte, 2010; Пущаровский, Пущаровский, 2010; Pushcharovsky, Pushcharovsky, 2012].
Важное значение для установления химического и фазового состава глубинных оболочек Земли имеет изучение поведения примесных элементов. Растворимость микроэлементов в фазах высокого давления мало изучена, хотя даже небольшие количества этих элементов могут существенно повлиять на физические свойства мантийных минералов [Panero et al., 2006; Andrault, 2007]. Также известно, что примесные компоненты в ряде случаев сильно влияют на физико-химические параметры важнейших мантийных равновесий, а также на кристаллохимические особенности мантийных фаз, поэтому в последнее время поведение микроэлементов в глубинных оболочках Земли и их распределение между мантийными фазами вызывает значительный интерес исследователей [Panero et al., 2006; Andrault, 2007; Corgne et al., 2012; Bobrov et al., 2014].
Одним из таких элементов является хром, для которого характерны невысокие валовые концентрации в мантии Земли (0,42 мас.% СпОз) [Ringwood, 1966], но при этом в

рассеяния. Анализ полученного спектра дает информацию о химическом составе и структуре вещества [Орлов и др., 1985].
Для получения римановских спектров использовались полированные поверхности кристаллических образцов. Была использована система LabRam (Horiba Scientific Inc.), оснащенная He-Nd-лазером (зеленый свет с длиной волны 632 нм). Исследования были проведены в Баварском Геоинституте и Геодинамическом исследовательском центре Университета Мацуямы.
Монокристальный рентгеноструктурный анализ. Монокристаллическая съемка образцов проводилась в Департаменте Наук о Земле Университета Флоренции (Италия) на автоматическом дифрактометре Enraf Nonius - CAD4 и на дифрактометре типа Bruker-Enraf МАСНЗ с графитовым монохроматическим излучением МоАТа. Мелкие кристаллы дополнительно изучались с использованием аппарата Oxford Xcalibur 3 с сапфировым 2 CCD детектором.
Монокристальная рентгеновская дифракция образцов проводилась в двух режимах: (!) полная расшифровка структуры (гранат, акимотоит, бриджманит, фазы MgCr2C>4 и Mg(Mg,Cr)(Mg,Si)04 со структурами титаната кальция) с распределением элементов фаз по позициям, которое проводилось на основе кристаллохимических критериев, с учетом химического состава, и контролировалось R фактором; (2) диагностика фаз сходного химического состава (мэйджорит - клиноэнстатит - акимотоит - бриджманит, форстерит - вадслеит - рингвудит) с определением параметров их элементарных ячеек.