Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, ноябрь 2011 года
СЕКЦИЯ ГЕОЛОГИЯ

Согласно карбонатитовой модели алмазообразования [1], основанной на анализе большого объема минералогической и физико-химической экспериментальной информации, материнскими алмазообразующими средами являются силикат-карбонатные (карбонатитовые) расплавы с растворенным углеродом, в составе которых устанавливаются также примесные компоненты (хлориды, сульфиды, оксиды, металлы, фосфаты, соединения C-O-H-N флюидной системы и др.). Cпособность к алмазообразованию была экспериментально установлена для хлоридных [2] и хлоридно-карбонатных [3] расплавов с растворенным углеродом. Содержание хлоридных компонентов в составе некоторых флюидных включений в алмазах оказывается весьма значительным [4, 5]. При этом их влияние на алмазообразование (и в первую очередь, положение концентрационного барьера нуклеации алмаза - КБНА [6]) в многокомпонентных силикатно-карбонатных расплавах остается неясным и требует экспериментального исследования. В рамках настоящей работы произведено тестирование алмазообразующей эффективности хлоридно-силикатно-карбонатных расплавов с растворенным углеродом, компоненты которых широко представлены в виде кристаллических и флюидных включений в природных алмазах. Силикатная составляющая задается модельными составами биминерального эклогита, карбонатная - многокомпонентным K-Mg-Ca-карбонатитом, а хлоридная - смесью KCl и NaCl, взятых в равных пропорциях. К подготовленным хлоридно-силикатно-карбонатным смесям добавлялось 40 мас.% графита.

Исследования проводились на высокобарной тороидальной установке типа <наковальня с лункой> с использованием специальных ячеек с трубчатыми графитовыми нагревателями [6] при стандартизированных РТ-параметрах (8,5 ГПа, 1800°С) в ИЭМ РАН. Было проведено две серии опытов: первая - в карбонатно-силикатной системе, ее целью было определить диапазон составов КБНА, при которых спонтанная нуклеация алмаза происходит в течение первых минут после начала опыта. Во второй серии экспериментов изучалось влияние хлоридных компонентов на кристаллизацию алмаза в многокомпонентных расплавах.

В результате экспериментов (первая серия) в зависимости от соотношений силикатов и карбонатов было установлено образование графита (область метастабильных пересыщений) или алмаза (область лабильных растворов). Спонтанная нуклеация алмаза была получена для составов: (Ecl₂₀Carb₈₀)₆₀C₄₀ , (Ecl₃₀Carb₇₀)₆₀C₄₀ (КБНА). Полученные значения плотности нуклеации алмаза (от 4,1*10⁴ до 6,7*10⁴ зерен/мм³) достаточно высоки и типичны для синтеза алмаза в карбонатных расплавах.

Во второй серии опытов, проведенной с участием хлоридных компонентов, образование алмаза было зафиксировано только при двух стартовых составах ([Ecl₂₁Carb₄₉Chl₃₀]₆₀C₄₀ и [(Ecl₁₅Carb₆₂)Chl₂₃]₆₀C₄₀), плотность нуклеации уменьшилась (2,2*10⁴ зерен/мкм³), но увеличились средние размеры кристаллов. Увеличение концентрации хлоридов относительно этого состава [(Ecl₂₀Carb₄₇)Chl₃₃]₆₀C₄₀] приводит к прекращению спонтанной нуклеации алмаза. В некоторых опытах в образцах установлена жидкостная несмесимость [7]: глобули существенно хлоридного состава (SiO₂ 1,13; Al₂O₃ 0,43; FeO 1,87; MgO 7,58; CaO 9,64; Na₂O 13,58; K₂O 30,36; Cl 32,98 мас. %) находятся в силикатно-карбонатной массе (SiO2 4,31; Al2O3 0,77; FeO 0,85; MgO 41,69; CaO 18,84; Na2O 2,46; K2O 2,23; Cl 2,57 мас. %). Алмазообразование фиксируется исключительно в силикатно-карбонатном (карбонатитовом) расплаве, что свидетельствует об отрицательном влиянии хлоридных компонентов на алмазообразование, по крайней мере, в случаях их высокого содержания.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты 09-05-00027 и 11-05-00401) и грантов Президента РФ (МД-534.2011.5 и НШ-3634.2010.5).

Литература:
1. Litvin Yu.A. High-pressure mineralogy of diamond genesis / In: Advances in high-pressure mineralogy (ed. Ohtani E.). Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. 2007. V. 421. P. 83-103.
2. Литвин Ю.А. Щелочно-хлоридные компоненты в процессах роста алмаза в условиях мантии и высокобарного эксперимента // Докл. РАН. 2003. Т. 389. N 3. С. 382-386.
3. Tomlinson E., Jones A., Milledge J. High-pressure experimental growth of diamond using C-K₂CO₃-KCl as an analogue for Cl-bearing carbonate fluid // Lithos. 2004. V. 77. P. 287-294.
4. Izraeli E.S., Harris J.W., Navon O. Brine inclusions in diamonds: a new upper mantle fluid // Earth Planet. Sci. Lett. 2001. V. 187. P. 323-332.
5. Klein-BenDavid O., Izraeli E.S., Hauri E., Navon O. Mantle fluid evolution - a tale of one diamond // Lithos. 2004. V. 77. P. 243-253.
6. Бобров А.В., Литвин Ю.А. Перидотит-эклогит-карбонатитовые системы при 7.0-8.5 ГПа: концентрационный барьер нуклеации алмаза и сингенезис его силикатных и карбонатных включений // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. С. 1571-1587.
7. Safonov O.G., Perchuk L.L., Litvin Yu.A. Melting relations in the chloride-carbonate-silicate systems at high-pressure and the model for formation of alkalic diamond-forming liquids in the upper mantle // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. V. 253. P. 112-128.