Московский государственный геологоразведочный университет, Россия

Исследование изотопного состава кислорода минералов кислых магматических и метаморфических пород с использованием новых видов изотопных геотермометров (ИГТ) [1, 2] позволило разработать методику определения механизма выделения минералов [3, 4], т.е. выявление вида химической реакции, ведущей к образованию минерала. Имеющийся материал позволяет решать эту задачу и для основных и ультраосновных пород.

По литературным данным (Маракушев А.А. и др.,1988; Taylor H.P. et al, 1962, 1965; Onuma N et al, 1972; Yeser T.K. et al, 1978; и т.д.) собраны данные (99 проб) с анализами изотопов кислорода (в единицах d ¹⁸О=d О) в минералах. Пробы взяты из метеоритов и пород (эклогиты, кимберлиты, лерцолиты, толеиты, щелочные базальты, гавайяиты, габбро, адамелиты и др.) различных регионов Земного шара. Изучено распределение d О в плагиоклазах (Pl), клинопироксенах (Px) и оливинах (Ol).

По анализу расплавных включений Pl выделялись при 1100 -1300^оС; Px (диопсиды) - 1100- 1300^оС; Ol √1100- 1300^оС (Наумов В.П.,1979; Барсуков В.Л. и др.,1981; и пр.). Обычно температуры кристаллизации (Т_кр) Px на 20- 40^оС выше Т_кр (Pl). Для сходных пород Т_кр (Ol) » Т_кр (Cpx). В целом можно полагать, что минералы кристаллизуются при 1220-1250^оС. Геохимические термометры для Px дают заниженные на 200- 300^оС значения Т_кр (Px).

Принято, что изотопный состав кислорода изучаемого минерала М находится в термодинамическом изотопном равновесии (ТИР) с соединением C (аксиома 1), а пара М- С формируется в результате распаде исходного материнского (прото)вещества (аксиома 2). Следовательно, задача состоит (1) в определении состава соединения C и (2), исходя из химических особенностей М и C, выявление состава протовещества, при разложении которого образуется эта пара.

Теоретически [2] S= 1000lna (Pl)/1000lna (Px) = [d О(Pl) - d O(C₁)]/[d О(Px)- d O(C₂)]= f(T) (то же и в системе Px √ Ol). Здесь a - показатель изотопного фракционирования кислорода между изучаемыми соединениями (минералами). В результате распределение изотопов кислорода между минералами описывается уравнением прямой линии (изотермы) d О(Px) = S d О(Pl) + А, где А= (d O(C₂) - Sd O(C₁). Подбирая состав С₁ и С₂, вычисляют значение S и сравнивают с его фактической величиной; по их совпадению и оценивают состав соединений C, изотопно-равновесных минералам M. Проверялась гипотеза о наличии ТИР между минералами с одной стороны и H₂O, CO₂ и CO- с другой. При необходимости учитывается влияние газовой диффузии с коэффициентом диффузии [1].

Рис. Распределение изотопов кислорода между Pl, Ol и Px.

Cтроились диаграммы (рис.) в координатах d О(Pl)- d O(Px) или d O(Px)- d O(Ol), на которых точки ложатся на прямые линии с угловым коэффициентом S, интерпретируемые как изотермы в 1250^оС. Уравнения, описывающие эти прямые, приведены на рисунках. Проверялась гипотеза о наличии ТИР между минералами с одной стороны и H₂O, CO₂ и CO- с другой. Наиболее приемлемой оказалось гипотеза о равновесии минералов в мафитах и габбро с СО₂. Для описания распределений изотопов кислорода в минералах метеоритов учтено влияние диффузии СО₂ с глубиной диффузионного фракционирования N_d=0,4 - 0.19.

Таким образом, можно полагать, что поставщиком ¹⁸О в минералы является CO₂, это согласуется с растворимостью СО₂ в ультраосновных расплавах. Возможно, СО₂ образует с катионами карбонатные соединения и играет роль транспорта при переносе катионов в расплавах. В этом случае роль СО₂ аналогична роли воды в кислых расплавах.

1. Макаров В.П. Способ определения глубины диффузионного фракционирования изотопов элементов природных соединений. Авт. свид. 1260906 // Бюлл. изоб. откр.1986.З6.197.

2. Макаров В.П. Способ определения температуры образования природных соединений. Авт. свид. 1312504. // Бюлл. изобр. откр.1987.19.192.

3. Макаров В.П. Методические аспекты решения задачи о механизме образования минералов. / XIV Совещание по эксперим. минералогии. - Черноголовка, изд. ИЭМ, 2001.

URL:http:/www.scgis.ru/russion/cp1251/h_dgggms/1-2003/ informbul-1/mineral-17.pdf.

4. Макаров В.П. О механизме выделения минералов: магматические и метаморфические породы.- Сб. ⌠Ежегодный семинар по эксперим. минералогии, петрологии и геохимии■. Тез. докладов. √ М.: изд. ГЕОХИ, 2004. // Электрон. науч.-информ. журнал ⌠Вестник Отделения наук о Земле РАН■, ╧ 1(22)' 2004, М.: ОИФЗ РАН, 2004. URL: http:/www.scgis.ru/russion/ cp1251/h_dgggms/1-2004/informbul-1/izotop-2.pdf.