Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Создана база экспериментальных данных по кристаллизации циркона из силикатных расплавов , включающая критически отобранные литературные результаты (225 экспериментальных точек). Анализ экспериментов показал, что вхождение Н2О в расплавы оказывает влияние на кристаллизацию циркона только косвенно – снижая температуру солидуса и, таким образом, способствуя накоплению Zr и кремнезема в более фракционированном расплаве. При постоянстве состава расплава и температуры вхождение Н2О практически не влияет на концентрацию Zr в расплавах, равновесных с цирконом. Получено новое эмпирическое уравнение, описывающее зависимость содержания Zr в расплавах от температуры, давления и состава расплава, которое предсказывает log Zr (г/т) в расплавах со стандартной погрешностью 0.087 в диапазоне от 178 до 61370 г/т Zr, 750-1500oC, и давлении 0.001-25 кбар. Впервые получено уравнение температурной зависимости стандартной свободной энергии Гиббса реакции плавления циркона. Уравнение согласовано с высокотемпературной частью фазовой диаграммы системы ZrO2-SiO2 и предсказывает температуру плавления (метастабильного) при 2232К. Это уравнение является модельно-независимым и может быть использовано в любой базе термодинамических данных. Также впервые рассчитаны термодинамические параметры смешения частицы ZrSiO4 в силикатных расплавах, согласующиеся с моделью Melts (Ghiorso and Sack, 1995). На основании новых систематических экспериментов по кристаллизации циркона и гафнона из силикатных расплавов , проведенных в широком диапазоне температуры (Т=1473-900оС) и состава расплава (индекс M = (Na+K+2*Ca/(Al*Si)) от 0.7 до 3), получено новое уравнение Zr-Hf геотермометра для магматических цирконов. Эксперименты методом петли в области Т от 1250 до 1500 оС по изучению изотопного распределения кислорода в системе кварц-рутил-кислый расплав показали, что при температуре 1350о и ниже не достигается изотопное равновесие, несмотря на длительную выдержку (до 68 часов). При высокой концентрации TiO2 в расплаве (≈40%) изотопное равновесие между Qz и Rt не достигается даже при высокой Т (1450 оС) и длительности опытов(до 72 ч.). Впервые проведены опыты по плавлению модельных составов базальтового коматиита (ВК) и энстатитового хондрита (ЕСН) при температуре Т=1300оС и давлении водорода РН2=100 МПа, которые моделируют взаимодействие магматического океана с водородной атмосферой ранней Земли. Продукты опытов состоят из силикатного стекла (закаленных расплавов), заметно обедненного FeO, но обогащенного литофильными оксидами и Н2О, и железа с небольшими примесями Si и O. Показано, что в ходе дифференциации расплава ЕСН при Т=730-750оС возможна кристаллизация циркона. Впервые предложена модель, которая объясняет образование самых древних из известных на Земле цирконов кристаллизацией из богатых кремнеземом и водой расплавов, сформировавшихся за счет внутренних процессов планетарной эволюции. Изучены вариации состава циркона и бадделеита (Bd) в отношении Hf в высоко-железистых основных и средних породах и содержащихся в них жилах графического лейкогранита расслоенного Валаамского силла (Карелия). Рассмотрены возможные причины со-нахождения бадделеита и циркона. Показано, что устойчивость Bd в присутствии ортопироксена ограничена очень высокой температурой (Т>1300оС), при которой кристаллизация циркониевых минералов невозможна для реальных концентраций Zr в природных магмах. Исходя из структурной приуроченности Bd к ильменит-кварцевым (+/- К-полевой шпат) микро-сегрегациям сделан вывод, что этот минерал кристаллизовался при закалке мелких капель железисто-кремнеземистого расплава, сосуществовавшего с расплавом основного состава. При реконструкции температуры кристаллизации пород использованы оригинальные результаты проекта по индексу насыщения цирконом (TZSI) и по Zr-Hf геотермометру (TZH). Для железистого габбро и кварцевого монцонита оценки максимальной Т близкими (860-940оС), что указывает на возможность их образование в результате расслоения на две несмешивающиеся жидкости. Лейкогранитовые жилы образовались при заметно более низкой Т=780-840оС. Позднемиоценовые гранитоидные штоки и лакколиты Кавказских Минеральных Вод (КМВ) представлены амфиболовыми гранитами, лейкогранитами, граносиенитами и сиенитами. Все гранитоиды, за исключением лейкогранитов, обогащены Sr и Ba, а граносиениты и сиениты содержат обильные мафические включения. Эти включения (анклавы) состоят из богатого фтором флогопита, богатого магнием клинопироксена, калиевого полевого шпата, плагиоклаза, кальцита , F-апатита, а также редкого богатого Sr (около 2% мас. SrO) реликтового барита. На основе измерений валового изотопного состава O, Sr и Nd гранитоидов и включений, а также C и S отдельных зерен Cc и Brt во включениях, показано, что эти геохимические особенности согласуются с образованием мафических включений посредством реакционной ассимиляции богатого Mg карбоната (магнезиального кальцита?; доломита?) недосыщенным H2O гранитным расплавом в магматической камере, располагавшейся не менее чем в 7 км ниже палеоповерхности. Различная степень ассимиляции (от 0 до 17 мас.% согласно модельным оценкам, основанным на вариациях изотопов кислорода в гранитоидах) обусловливает вариации основных элементов, Ba и Sr, в гранитоидах. Изучены цирконы из всех четырех разновидностей пород. Профили вариаций содержания HfO2 позволяют различить автокристы и и антекристы: в ядрах последних сохраняются концентрации HfO2, характерные для менее дифференцированных фаз гранитоидов. Поучены уникальные данные по составу расплавных включений в цирконе и апатите из основных пород комплекса основания Срединно-Атлантического хребта. Оказалось, что все включения соответствуют кислым алюмосиликатным расплавам. Впервые проведена спектрометрия комбинационного рассеяния и получены прямые определения концентрации H2O во включениях, которые достигают 6 мас.%.