Модели эволюции глубинных щелочных жидкостей

Заключение.

В работе впервые разработана обобщенная модель эволюции ультракалиевых жидкостей в верхней мантии Земли. В её основу, прежде всего, вошел комплекс экспериментальных данных при давлениях 3.5-7.0 ГПа в широком интервале температуры и составов систем.

(1) Впервые экспериментально изучены фазовые равновесия и построены фазовые диаграммы для модельных силикатных, карбонатно-силикатных, хлоридно-силикатных и хлоридно-карбонатно- силикатных систем. Они позволили установить тренды эволюции щелочных жидкостей в верхней мантии и сосуществующих с ними минеральных парагенезисов.

(2) Экспериментальные исследования по равновесиям KCpx в щелочных алюмосиликатных и карбонатно-силикатных системах в совокупности с кристаллохимическими данными и термодинамическими расчетами позволили создать обобщенную модель твердого раствора KCpx и его равновесий как главных индикаторов активности калия в верхней мантии. Показано, что при давлениях порядка 5 ГПа клинопироксен может содержать до 1 мас. % K₂O, а при 7 ГПа (~200-250 км) концентрация К₂О доходит до 5 мас. %. Это означает, что калий в мантийном клинопироксене может быть источником радиоактивного тепла на глубинах до 500 км, а его распад в верхах мантии - источником богатых калием флюидов.

(3) KCpx является продуктом взаимодействия пород с богатыми калием жидкостями, включения которых известны в алмазах. На основе модели твердого раствора KCpx и его равновесий предложены новые методы оценки глубинности мантийных ассоциаций, которые позволили установить, что такое взаимодействие осуществляется на глубинах порядка 5-6 ГПа.

(4) Экспериментально показано, что родоначальниками всего спектра относительно низкотемпературных щелочных силикатных, карбонатно-силикатных и карбонатитовых расплавов, реликты которых сохранены в кимберлитовых алмазах, являются мантийные ультракалиевые карбонатно-хлоридные жидкости.

(5) В работе экспериментально обоснованна модель жидкостной несмесимости между хлорсодержащими карбонатно-силикатными и карбонатно-хлоридными расплавами как фактора эволюции глубинных щелочных жидкостей (Perchuk et al., 2002). Благодаря жидкостной несмесимости карбонатно-хлоридные жидкости задают химические потенциалы калия и хлора, определяющие стабильность соответствующих минеральных парагенезисов в породах мантии.

(6) Экспериментально установлены главные закономерности взаимодействия силикатных минералов со щелочными хлоридно-карбонатными жидкостями при высоких давлениях. Прежде всего, это эффекты перитектического растворения пироксенов и гранатов в таких жидкостях с образованием бедных или несодержащих SiO₂ фаз (форстерита, шпинели, периклаза). Щелочные хлоридно-карбонатные жидкости и их производные силикатные, карбонатно-силикатные и карбонатитовые расплавы обуславливают кристаллизацию целого ряда минеральных парагенезисов на глубинах 150-200 км. Некоторые из них (например, Grt-Cpx) обычны для мантийных ассоциаций, другие же (например, калийсодержащий клинопироксен и санидин) указывают на активное участие в формировании этих парагенезисов богатых калием жидкостей. Эксперименты позволили дать петрологическую интерпретацию некоторым уникальным парагенезисам, таких как включения богатых Si слюд или <совмещенные> ассоциации в алмазах. На основе совместного анализа природных и экспериментальных данных сделан вывод о том, что глубинные хлоридно-карбонатные жидкости и производные от них щелочные силикатные, карбонатно-силикатные и карбонатитовые расплавы могут являться предшественниками кимберлитового и карбонатитового магматизма.

Способность полученных экспериментальных данных воспроизводить особенности эволюции различных по своему характеру ассоциаций указывает на надежность предлагаемых моделей. Это позволяет надеяться, что полученные результаты станут надежной основой для дальнейших исследований глубинных минеральных ассоциаций.