Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с включений расплава )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Множественные включения расплава в кристалле оливина. Отдельные включения имеют овальную или круглую форму и состоят из прозрачного стекла вместе с небольшим круглым пузырьком пара и в некоторых случаях небольшим квадратным кристаллом шпинели . Черная стрелка указывает на один хороший пример, но есть несколько других. Возникновение множественных включений внутри монокристалла является относительно обычным явлением.

Расплава включение является небольшой пакет или «сгустки» из расплава (ы) , который попадает в ловушку растущих кристаллов [1] в магматических и в конечном итоге образуя вулканические породы . Во многих отношениях это аналог флюидного включения в магматических гидротермальных системах. [2] Включения расплава имеют тенденцию быть микроскопическими по размеру и могут быть проанализированы на содержание летучих веществ, которые используются для интерпретации давления захвата расплава на глубине.

Характеристики [ править ]

Включения расплава обычно небольшие - большинство из них имеют диаметр менее 80 микрометров (микрометр составляет одну тысячную миллиметра или около 0,00004 дюйма). [3] Они могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (которое представляет собой расплав, закаленный путем быстрого охлаждения), небольшие кристаллы и отдельный насыщенный паром пузырек. [4] Они встречаются в кристаллах, которые можно найти в вулканических породах, таких как, например, кварц , полевой шпат , оливин , пироксен , нефелин , магнетит , перовскит и апатит . [5] [6] [7]Включения расплава встречаются как в вулканических, так и в плутонических породах. Кроме того, включения расплава могут содержать несмешивающиеся (несмешивающиеся) фазы расплава, и их исследование является исключительным способом найти прямые доказательства присутствия двух или более расплавов при улавливании. [4]

Анализ [ править ]

Несмотря на свой небольшой размер, включения расплава могут предоставить массу полезной информации. Используя микроскопические наблюдения и ряд методов химического микроанализа , геохимики и петрологи изверженных пород могут получить ряд уникальной информации о включениях расплава. Существуют различные методы, используемые для анализа содержания H 2 O и CO 2 в расплавных включениях , основных, второстепенных и следовых элементов, включая двустороннее ИК - Фурье - спектральное микропропускание, [8] одностороннее ИК-Фурье-отражение, [9] Рамановскую спектроскопию, [1] микротермометрия, [10] масс-спектроскопия вторичных ионов ( SIMS), Лазерной абляции с индуктивно связанной плазмой масс-спектрометрии ( LA-ICPMS ), сканирующей электронной микроскопии ( SEM ) и электронного микрозондового анализа ( EMPA ). [11] Если внутри включения расплава присутствует пузырек пара, анализ пузырька пара должен быть принят во внимание при восстановлении общего бюджета летучих включений расплава. [12]

Микротермометрия [ править ]

Микротермометрия - это процесс повторного нагрева включения расплава до его исходной температуры плавления с последующим быстрым охлаждением для образования однородной стеклянной фазы, свободной от дочерних минералов или пузырьков пара, которые могли изначально содержаться в включении расплава. [13]

Микроскоп монтажа нагрева высокотемпературной стадии [ редактировать ]

Нагрев стадии - это процесс нагрева включения расплава на столике, установленном на микроскопе, и пропускания газообразного гелия (стадия Вернадского) [14] [15] или газообразного аргона (Linkam TS1400XY) [16] через стадию с последующей быстрой закалкой расплава включение после того, как оно достигнет своей исходной температуры плавления, чтобы сформировать гомогенную фазу стекла. Использование ступени нагрева позволяет наблюдать за изменением фаз включения расплава по мере его повторного нагрева до исходной температуры расплава. [17]

Вертикальные печи с одной атмосферой [ править ]

Этот процесс позволяет повторно нагревать одно или несколько включений расплава в печи, поддерживаемой при постоянном давлении в одну атмосферу, до их исходных температур плавления, а затем быстро закаливать в воде для получения однородной стекловидной фазы. [18]

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) [ править ]

Этот аналитический метод требует использования инфракрасного лазера, сфокусированного на пятно на стеклянной фазе включения расплава, чтобы определить коэффициент поглощения (или экстинкции) для H 2 O и CO 2, связанный с длинами волн для каждого вида в зависимости от исходной литологии. содержащий включения расплава. [9] [19]

Рамановская спектроскопия [ править ]

Этот анализ аналогичен FTIR при использовании сфокусированного лазера на стеклянной фазе включения расплава [20] [21] или пузырьке пара [22], который может содержаться во включении расплава, чтобы идентифицировать длины волн, связанные с полосами комбинационного колебания летучие вещества, такие как H 2 O и CO 2 . Рамановская спектроскопия также может использоваться для определения плотности CO 2, содержащегося в паровом пузыре, если он присутствует в достаточно высокой концентрации во включении расплава. [1]

Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС) [ править ]

Этот аналитический метод используется для определения концентраций летучих, а также следовых элементов путем наведения пучка ионов ( 16 O - или 133 Cs + ) на включение расплава для получения вторичных ионов, которые можно измерить с помощью масс-спектрометра. [23]

Масс-спектрометрия с лазерной абляцией и индуктивно связанной плазмой (LA-ICPMS) [ править ]

Этот аналитический метод может определять основные и следовые элементы, однако с помощью LA-ICPMS включение из расплава и любые сопутствующие материалы внутри включения из расплава ионизируются, разрушая включение расплава, а затем анализируются с помощью масс-спектрометра. [24] [25]

Сканирующая электронная микроскопия (SEM) [ править ]

Сканирующая электронная микроскопия - полезный инструмент, который можно использовать перед любым из вышеуказанных анализов, которые могут привести к потере исходного материала, поскольку ее можно использовать для проверки дочерних минералов или пузырьков пара и помочь определить лучший метод, который следует выбрать для включения в расплав. анализ. [3]

Электронно-микрозондовый анализ (EPMA) [ править ]

Электронно-микрозондовый анализ повсеместно используется при анализе основных и второстепенных элементов во включениях расплава и обеспечивает концентрацию оксидов, используемых для определения типов исходной магмы расплавных включений и вкрапленников-хозяев. [26]

Пузырьки пара [ править ]

Включение расплава с сопутствующим пузырьком пара из кристалла оливина. Собран из пепла, связанного с извержением вулкана Серро-Негро в 1992 году , Никарагуа.

Присутствие парового пузырька добавляет дополнительный компонент для анализа, учитывая, что паровой пузырь может содержать значительную долю H 2 O и CO 2, первоначально находившихся в расплаве, взятом из пробы расплава. [14] [27] Если паровой пузырь состоит в основном из CO 2 , спектроскопия комбинационного рассеяния может использоваться для определения плотности присутствующего CO 2 . [28]

Интерпретация [ править ]

Неустойчивые концентрации [ править ]

Расплавные включения могут быть использованы для определения состава, эволюции состава и летучих компонентов [12] магм, существовавших в истории магматических систем. Это связано с тем, что включения расплава действуют как крошечный сосуд под давлением, который изолирует и сохраняет окружающий кристалл расплав, прежде чем они будут модифицированы более поздними процессами, такими как кристаллизация после захвата. [3] Учитывая, что расплавные включения образуются при различных давлениях (P) и температурах (T), они также могут предоставить важную информацию об условиях улавливания (PT) на глубине и их летучем содержании (H 2 O, CO 2 , S, Cl и F), которые вызывают извержения вулканов. [19]

Концентрации основных, второстепенных и следовых элементов [ править ]

Концентрации основных и второстепенных элементов обычно определяются с помощью EPMA, и общие составы элементов включают Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F и S. [29] Знание о концентрации оксидов, относящиеся к этим основным и второстепенным элементам, могут помочь определить состав исходной магмы, включения расплава и хозяев вкрапленников. [26]

Концентрации микроэлементов можно измерить с помощью анализа SIMS с разрешением в некоторых случаях всего 1 ppm. [30] Анализы LA-ICPMS также можно использовать для определения концентраций микроэлементов, однако более низкое разрешение по сравнению с SIMS не обеспечивает определение таких низких концентраций, как 1 ppm. [31]

История [ править ]

Генри Клифтон Сорби в 1858 году первым задокументировал микроскопические включения расплава в кристаллах. [32] Изучение расплавных включений в последнее время было вызвано развитием сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза ведут изучение расплавленных включений в течение десятилетий после Второй мировой войны , [33] и разработаны методы для нагрева расплава включений под микроскопом, поэтому можно непосредственно наблюдать изменения. А.Т. Андерсон исследовал анализ включений расплава из базальтовых магм вулкана Килауэа на Гавайях, чтобы определить начальные концентрации летучих магм на глубине. [34]

См. Также [ править ]

  • Включение (минеральное)

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в Мур, Л. Р.; Газель, Э .; Tuohy, R .; Lloyd, AS; Esposito, R .; Стил-Макиннис, М .; Hauri, EH; Уоллес, П.Дж.; Планка, Т .; Боднар, RJ (2015). «Пузырьки имеют значение: оценка вклада пузырьков пара в состав летучих включений расплава» . Американский минералог . 100 (4): 806–823. DOI : 10,2138 / ч 2015-5036 . hdl : 10919/47784 . ISSN  0003-004X .
  2. ^ Беккер, SP; Bodnar, RJ; Рейнольдс, Т.Дж. (2019). «Временные и пространственные вариации характеристик флюидных включений в эпизональных магматико-гидротермальных системах: применение при разведке медно-порфировых месторождений». Журнал геохимических исследований . 204 : 240–255. DOI : 10.1016 / j.gexplo.2019.06.002 .
  3. ^ a b c Cannatelli, C .; Доэрти, Алабама; Esposito, R .; Lima, A .; Де Виво, Б. (2016). «Понимание вулкана через каплю: подход включения расплава». Журнал геохимических исследований . 171 : 4–19. DOI : 10.1016 / j.gexplo.2015.10.003 .
  4. ^ а б Кент, AJR (2008). «Включения расплава в базальтовых и родственных вулканических породах» . Обзоры по минералогии и геохимии . 69 (1): 273–331. DOI : 10.2138 / rmg.2008.69.8 . ISSN 1529-6466 . 
  5. ^ Аберштейнер, Адам; Джулиани, Андреа; Каменецкий, Вадим С .; Филлипс, Дэвид (2017). «Петрографические и расплавные ограничения на петрогенезис магмакласта из кимберлитового кластера Венеция, Южная Африка». Химическая геология . 455 : 331–341. DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2016.08.029 .
  6. ^ Толлан, Питер; Эллис, Бен; Трош, Юлиана; Нойкампф, Юлия (2019). «Оценка магматических летучих равновесий с помощью ИК-Фурье спектроскопии неэкспонированных включений расплава и вмещающего их кварца: новый метод и применение к туфу Меса Фоллс, Йеллоустон» . Вклад в минералогию и петрологию . 174 (3): 24. DOI : 10.1007 / s00410-019-1561-у . ISSN 0010-7999 . 
  7. ^ Чанг, Цзя; Audétat, Андреас (2020). «LA-ICP-MS анализ включений кристаллизованного расплава в оливине, плагиоклазе, апатите и пироксене: стратегии количественной оценки и эффекты модификаций после захвата» . Журнал петрологии : egaa085. DOI : 10.1093 / петрологии / egaa085 . ISSN 0022-3530 . 
  8. ^ Миронов, Н.Л .; Портнягин, М.В. (2011). «H2O и CO2 в родительских магмах вулкана Ключевской по результатам изучения расплавных и флюидных включений в оливине» . Российская геология и геофизика . Расплавы и флюиды в процессах образования природных минералов и руд: современные исследования флюидов и включений расплава в минералах. 52 (11): 1353–1367. DOI : 10.1016 / j.rgg.2011.10.007 . ISSN 1068-7971 . 
  9. ^ a b King, PL; Ларсен, Дж. Ф. (2013). «Метод ИК-спектроскопии с микроотражением для анализа летучих веществ в базальтовых, андезитовых, фонолитовых и риолитовых стеклах» . Американский минералог . 98 (7): 1162–1171. DOI : 10,2138 / am.2013.4277 . ISSN 0003-004X . 
  10. ^ Миронов, Н.Л .; Тобелко Д.П .; Смирнов, С.З .; Портнягин М.В. Крашенинников, СП (2020). «ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ СО2 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ВКЛЮЧЕНИЙ РАСПЛАВА С ПОМОЩЬЮ КАРМАНСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ: ПРИМЕР ВКЛЮЧЕНИЙ В ОЛИВИН ИЗ КАРЫМСКОГО ВУЛКАНА (Камчатка)» . Российская геология и геофизика . 61 (5): 600–610. DOI : 10,15372 / RGG2019169 .
  11. ^ Хартли, Маргарет Э .; Бали, Эникё; Макленнан, Джон; Neave, David A .; Халлдорссон, Сомундур А. (2018). «Ограничения включения расплава на петрогенезис извержения Холухраун в 2014–2015 гг., Исландия» . Вклад в минералогию и петрологию . 173 (2): 10. DOI : 10.1007 / s00410-017-1435-0 . ISSN 0010-7999 . PMC 6953965 . PMID 31983759 .   
  12. ^ a b Уоллес, П.Дж.; Каменецкий ВС; Сервантес, П. (2015). «Содержание CO2 в включениях расплава, давление кристаллизации оливина и проблема усадочных пузырей» . Американский минералог . 100 (4): 787–794. DOI : 10,2138 / ч 2015-5029 . ISSN 0003-004X . 
  13. ^ Данюшевский, Леонид V; Макнил, Эндрю В; Соболев, Александр V (2002). «Экспериментальные и петрологические исследования расплавных включений во вкрапленниках мантийных магм: обзор методов, преимуществ и сложностей». Химическая геология . 183 (1–4): 5–24. DOI : 10.1016 / S0009-2541 (01) 00369-2 .
  14. ^ а б Эспозито, Росарио; Ламадрид, Гектор М .; Реди, Даниэле; Стил-Макиннис, Мэтью; Боднар, Роберт Дж .; Manning, Craig E .; Де Виво, Бенедетто; Каннателли, Клаудиа; Лима, Аннамария (2016). «Обнаружение жидкой H 2 O в пузырьках пара во включениях повторно нагретых расплавов: последствия для состава магматического флюида и летучих запасов магм?» . Американский минералог . 101 (7): 1691–1695. DOI : 10,2138 / ч 2016-5689 . ISSN 0003-004X . 
  15. ^ Соболев, А.В.; Дмитриев, Л.В.; Барусков, ВЛ; Невсоров, В.Н.; Слуцкий А.Б. (1980). «Условия образования высокомагнезиального оливина из мономинеральной фракции реголита Луны 24. Труды конференции по лунной науке Аполлона-11». Geochimica Cosmochimica Acta . Дополнение I: 105–116.
  16. ^ Макдональд, AJ; Спунер, ETC (1981). «Калибровка программируемой ступени нагрева-охлаждения Linkam TH 600 для микротермометрического исследования жидких включений». Экономическая геология . 76 : 1248–1258.
  17. ^ Эспозито, R .; Klebesz, R .; Bartoli, O .; Клюкин, Ю .; Moncada, D .; Доэрти, А .; Боднар, Р. (2012). «Применение нагревательной ступени Linkam TS1400XY для изучения включения в расплав». Откройте Геонауки . 4 : 208–218.
  18. ^ Скиано, Пьер (2003). «Примитивные мантийные магмы, записанные как включения силикатного расплава в магматических минералах». Обзоры наук о Земле . 63 (1–2): 121–144. DOI : 10.1016 / S0012-8252 (03) 00034-5 .
  19. ^ a b Metrich, N .; Уоллес, П.Дж. (2008). "Изобилие летучих веществ в базальтовых магмах и пути их дегазации, отслеживаемые включениями расплава" . Обзоры по минералогии и геохимии . 69 (1): 363–402. DOI : 10.2138 / rmg.2008.69.10 . ISSN 1529-6466 . 
  20. ^ Томас, Райнер; Дэвидсон, Пол (2012). «Применение рамановской спектроскопии для исследования флюидных и расплавных включений» . Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften . 163 (2): 113–126. DOI : 10.1127 / 1860-1804 / 2012 / 0163-0113 . ISSN 1860-1804 . 
  21. ^ Северс, MJ; Азбей, Т .; Thomas, JB; Мандевиль, CW; Боднар, Р.Дж. (2007). «Экспериментальное определение потерь H2O из расплавных включений во время лабораторного нагрева: данные рамановской спектроскопии». Химическая геология . 237 (3–4): 358–371. DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2006.07.008 .
  22. ^ Беренс, Харальд; Ру, Жак; Neuville, Daniel R .; Симанн, Майкл (2006). «Количественное определение растворенной H2O в силикатных стеклах с использованием конфокальной микрорамановской спектроскопии». Химическая геология . 229 (1–3): 96–112. DOI : 10.1016 / j.chemgeo.2006.01.014 .
  23. ^ Хаури, Эрик (2002). «ВИМС-анализ летучих веществ в силикатных стеклах, 2: изотопы и содержания в гавайских расплавных включениях». Химическая геология . 183 (1–4): 115–141. DOI : 10.1016 / S0009-2541 (01) 00374-6 .
  24. ^ Петке, Томас; Halter, Werner E .; Вебстер, Джеймс Д.; Айгнер-Торрес, Марио; Генрих, Кристоф А. (2004). «Точная количественная оценка химического состава включений расплава с помощью LA-ICPMS: сравнение с EMP и SIMS, а также преимущества и возможные ограничения этих методов». Lithos . 78 (4): 333–361. DOI : 10.1016 / j.lithos.2004.06.011 . ЛВП : 20.500.11850 / 38173 .
  25. ^ Такер, Джонатан М .; Хаури, Эрик Х .; Pietruszka, Aaron J .; Гарсия, Майкл O .; Марске, Джаред П .; Трасделл, Фрэнк А. (2019). «Высокое содержание углерода в гавайской мантии из-за включений расплавов, содержащих оливин». Geochimica et Cosmochimica Acta . 254 : 156–172. DOI : 10.1016 / j.gca.2019.04.001 .
  26. ^ а б Венугопал, Света; Муна, Северина; Уильямс-Джонс, Глин (2016). «Изучение подземного соединения под вулканом Серро-Негро и комплексом Эль-Ойо, Никарагуа». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 325 : 211–224. DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2016.06.001 .
  27. ^ Астер, Эллен М .; Уоллес, Пол Дж .; Мур, Лоуэлл R .; Уоткинс, Джеймс; Газель, Эстебан; Боднар, Роберт Дж. (2016). «Восстановление концентраций CO2 во включениях базальтовых расплавов с использованием рамановского анализа пузырьков пара». Журнал вулканологии и геотермальных исследований . 323 : 148–162. DOI : 10.1016 / j.jvolgeores.2016.04.028 .
  28. ^ Steele-Macinnis, M .; Esposito, R .; Боднар, Р.Дж. (2011). "Термодинамическая модель влияния кристаллизации после захвата на систематику H2O-CO2 насыщенных парами включений силикатного расплава" . Журнал петрологии . 52 (12): 2461–2482. DOI : 10.1093 / петрологии / egr052 . ISSN 0022-3530 . 
  29. ^ Straub, Susanne M .; Лэйн, Грэм Д. (2003). «Систематика хлора, фтора и воды в вулканических породах фронта Идзуской дуги: последствия для рециркуляции летучих в зонах субдукции». Geochimica et Cosmochimica Acta . 67 (21): 4179–4203. DOI : 10.1016 / S0016-7037 (03) 00307-7 .
  30. ^ Audetat, A .; Ловенштерн, JB; Турекян, HD; Голландия, KK (2014). Трактат по геохимии (второе издание) . Оксфорд: Эльзевир. С. 143–173. ISBN 978-0-08-098300-4.
  31. ^ Кент, AJR (2008). «Включения расплава в базальтовых и родственных вулканических породах» . Обзоры по минералогии и геохимии . 69 (1): 273–331. DOI : 10.2138 / rmg.2008.69.8 . ISSN 1529-6466 . 
  32. ^ Сорби, ХК (1858). «О микроскопических структурах кристаллов, указывающих на происхождение минералов и горных пород». Ежеквартальный журнал Лондонского геологического общества . 14 : 453–500. DOI : 10.1144 / GSL.JGS.1858.014.01-02.44 . hdl : 2027 / hvd.32044103124566 .
  33. ^ В.С., Соболев; Костюк, В.П. (1975). «Магматическая кристаллизация на основе изучения расплавных включений». Исследование включения жидкости . 9 : 182–235.
  34. ^ Андерсон, AT; Райт, Т.Л. (1972). «Вкрапленники и включения стекла и их влияние на окисление и перемешивание базальтовых магм, вулкан Килауэа, Гавайи». Американский минералог . 57 : 188–216.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Фрезотти, Мария-Люсе (январь 2001 г.). «Силикатно-расплавные включения в магматических породах: приложения к петрологии». Lithos . 55 (1–4): 273–299. Bibcode : 2001Litho..55..273F . DOI : 10.1016 / S0024-4937 (00) 00048-7 .
  • Ловенштерн, Дж. Б. (1995). «Применение включений силикатных расплавов для изучения магматических летучих веществ». В Томпсоне, JFH (ред.). Магмы, флюиды и рудные месторождения . Минералогическая ассоциация Канады Краткий курс. 23 . С. 71–99.
  • Vivo, B. de; Боднар, Р.Дж., ред. (2003). Включения расплава в вулканических системах: методы, приложения и проблемы . Эльзевир. ISBN 9780080536101.

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница включения расплава (Джейк Ловенштерн, USGS)
  • Включения жидкости и расплава (Фил Браун, Университет Висконсина-Мэдисона)