Семинар "Геохимия щелочных пород" 

школы "Щелочной магматизм Земли"-2008

Фазовые отношения Na-содержащих гранатов в щелочных силикатных и карбонатно-силикатных магмах

Дымшиц А.М. Бобров А.В.

МГУ им. Ломоносова, Москва

Впервые Na-содержащие гранаты были описаны в работе (Sobolev, Lavrent’ev, 1971), которые показали, что гранаты, включенные в алмаз, характеризуются устойчивой примесью натрия (0.09–0.22 мас.% Na₂O) и избыточным содержанием кремния (свыше 3 ф.е. Si – мэйджоритовый компонент), что позволило связать образование таких минералов с повышенным давлением. В течение последних двух десятилетий Na-содержащие мэйджоритовые гранаты были обнаружены в алмазах различных регионов мира, включая Южную Африку, Бразилию, Гвинею, Якутию, Китай и др. (Stachel, 2001). Особый интерес вызывает находка в Гвинее алмаза, в котором наряду с включением граната, содержащего 1.37 мас.% Na₂O, обнаружен K-содержащий омфацит (1.44 мас.% K₂O). Эти данные указывают на высокую щелочность расплавов, из которых образуются алмазы с такими включениями, что подтверждается находками кристаллов алмаза с сингенетическими флюидными включениями, имеющими широкий диапазон составов – от водно-силикатных до щелочно-карбонатных и хлоридных (Klein-BenDavid et al., 2007).

Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению при 7–8.5 ГПа и 1300–1900њС систем пироп Mg₃Al₂Si₃O₁₂ (Prp)–Na₂MgSi₅O₁₂ (NaGrt), моделирующей твердые растворы Na-содержащих гранатов, и Prp–жадеит NaAlSi₂O₆ (Jd), в упрощенном виде отражающей фазовые отношения при плавлении богатых Na эклогитов. Также приведены первые результаты изучения модельной системы Prp–Na₂CO₃.

Система Prp–Na₂MgSi₅O₁₂ при 7–8.5 ГПа имеет псевдобинарный характер, что связано с разложением NaGrt на коэсит и Na-пироксен. Полученные гранаты характеризуются устойчивой примесью Na (более 0.32 мас.% Na₂O) и избытком Si (3.05–3.15 ф.е). Максимальные содержания Na₂O в гранате составляют 1.5 мас. % и достигаются на солидусе системы при давлении 8.5 ГПа. Установлена четкая корреляция между содержаниями Na и Si в полученных гранатах (рис.), что позволяет рассматривать в качестве механизма их формирования схему гетеровалентного изоморфизма типа Mg + Al → Na + Si, при которой формирование Na-содержащих мэйджоритовых гранатов связано с появлением в их составе минала Na₂MgSi₅O₁₂. Помимо Na-содержащих мэйджоритовых гранатов, в системе установлены энстатит, Na-пироксен и коэсит. Расплав, равновесный с гранатом, резко обогащен Na (табл.).

Рис. Особенности состава гранатов, синтезированных в системах Prp–Na₂CO₃ (1), Prp–NaGrt (2) и Prp–Jd (3) при 7 и 8,5 ГПа в сопоставлении с составами природных гранатов, включенных в алмазы (4)

Таблица. Распределение элементов (K_p) между гранатом и равновесным расплавом в изученных системах при P = 8,5 ГПа и 50 мол.% Mg₃Al₂Si₃O₁₂

Система Prp–Jd также является псевдобинарной, что определяется формированием в ней двух серий твердых растворов – граната (Prp–NaGrt–мэйджорит) и пироксена (Jd – клиноэнстатит – молекула Эскола), а также появлением корунда вблизи солидуса системы, где образуются гранаты с самыми высокими (свыше 0.8 мас. %) содержаниями Na₂O. Как следует из диаграммы Na–Si (рис.), механизм образования Na-содержащих гранатов аналогичен рассмотренному выше для системы Prp–NaGrt. Несмотря на довольно широкое поле кристаллизации граната (20–100 мол.% Prp), гранаты с существенным содержанием натрия (>0.3 мас. % Na₂O) образуются лишь в богатой Jd части системы (20–50 мол. % Prp).

В системе Prp – Na₂CO₃ гранат при 8,5 ГПа кристаллизуется в широком диапазоне исходных составов, являясь ликвидусным минералом, и содержит до 0.9 мас. % Na₂O.

Проведенные исследования позволили установить условия и единый механизм образования Na-содержащих гранатов в различных системах. Наряду с PT-параметрами, на возможность их кристаллизации влияет щелочность расплавов. Полученные данные свидетельствуют о том, что большинство природных алмазов с включениями Na-содержащих гранатов, в составе которых обычно менее 0.4 мас.% Na₂O, образовались в щелочных силикатных (карбонатно-силикатных) расплавах при давлениях менее 7 ГПа. Лишь небольшая доля гранатов с более высокими концентрациями натрия (>1 мас. % Na₂O) могла кристаллизоваться при давлениях, превышающих 8,5 ГПа.

Поддержка: Программа П9 Президиума РАН, гранты ведущих научных школ НШ-5367.2008.5, НШ-1949.2008.5 и РФФИ 08-05-00110.

Литература

Klein-BenDavid O., Izraeli E., Hauri E. et al. Fluid inclusions in diamonds from the Diavik mine, Canada and the evolution of diamond-forming fluids // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. Vol. 71. P. 723–744.

Sobolev N.V, Lavrent’ev Y.G. Isomorphic sodium admixture in garnets formed at high pressures // Contib. Mineral. Petrol. 1971. Vol. 31. P. 1–12.

Stachel T. Diamonds from the asthenosphere and the transition zone // Eur. J. Mineral. 2001. Vol. 13. P. 883–892.