В статье предложена модель равновесия кварца и расплава с учетом таких параметров системы, как химический состав, водонасыщенность и литостатическое давление. Модель построена на основе эмпирического уравнения, описывающего псевдоликвидусную поверхность, и откалибрована по представительной выборке экспериментов. Полученное уравнение для расчета температуры имеет вид:
где Al, Ti, Fetot, Mg, Ca, Na, K – атомные доли катионов, XH2O – водонасыщенность расплава при заданных температуре и давлении, P – давление в ГПа.
Полученная модель удовлетворительно описывает равновесие кварца и расплава как в простых, так и в сложных природных системах в широком диапазоне давлений и температур. С осторожностью следует проводить оценки в системах, содержащих такие компоненты, как фтор и хлор, так как они не учитывались при калибровке уравнения. Для удобного проведения расчетов к статье прилагается приложение с расчетами для свободного использования петрологами и минералогами.
Идентификаторы и классификаторы
Группа кремнезема объединяет 14 минералов, имеющих формулу SiO2 (Gotze, 2012), но в магматических породах, формирующихся при низком или умеренном давлении, описаны только кварц, тридимит и кристобалит. Минералы этой группы имеют каркасную структуру, в которой тетраэдры SiO44– соединяются между собой вершинами. В образовавшемся трехмерном каркасе каждый атом кремния имеет четыре атома кислорода в ближайшем окружении, а каждый атом кислорода – два кремния. У кварца две полиморфные модификации – гексагональная (β-кварц) и тригональная (α-кварц). Кварц является главным породообразующим минералом в гранитах, образует вкрапленники в риолитах и часто встречается в основной массе магматических пород кислого и среднего состава.
Список литературы
- Иванова Д.А., Щербаков В.Д., Плечов П.Ю., Некрылов Н.А., Давыдова В.О., Турова М.А., Степанов О.В. Кристобалит в экструзивных породах вулкана Безымянный // Новые данные о минералах. 2018. Т. 52. №4. С. 51–59.
- Плечов П.Ю. Методы изучения флюидных и расплавных включений. М.: КДУ, 2014. 266 с.
- Плечов П.Ю., Геря Т.В. Влияние H2O на равновесие плагиоклаз–расплав // Experiment in GeoSciences. 1998. T. 7. №2. С. 7–9.
- Anderson A.T., Davis A.M., Lu F. Evolution of Bishop Tuff rhyolitic magma based on melt and magnetite inclusions and zoned phenocrysts // Journal of Petrology. 2000. V. 41. №3. Р. 449–473.
- Ariskin A.A. Phase equilibria modeling in igneous petrology: use of COMAGMAT model for simulating fractionation of ferro-basaltic magmas and the genesis of high-alumina basalt // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 1999. V. 90. №1–2. Р. 115–162.
- Bolte T., Holtz F., Almeev R., Nash B. The Blacktail Creek Tuff: an analytical and experimental study of rhyolites from the Heise volcanic field, Yellowstone hotspot system // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2015. V. 169. Р. 1–24.
- Bowen N.L., Greig J.W. The system: Al2O3–SiO2 // Journal of the American Ceramic Society. 1924. V. 7. №4. Р. 238–254.
- Charlier B., Grove T.L., Namur O., Holtz F. Crystallization of the lunar magma ocean and the primordial mantle-crust differentiation of the Moon // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2018. V. 234. Р. 50–69.
- Davydova V.O., Shcherbakov V.D., Plechov P.Y., Koulakov I.Y. Petrological evidence of rapid evolution of the magma plumbing system of Bezymianny volcano in Kamchatka before the December 20th, 2017 eruption // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2022. V. 421. Р. 2–21.
- Ebadi A., Johannes W. Beginning of melting and composition of first melts in the system Qz–Ab–Or–H2O– CO2 // Contributions to Mineralogy and Petrology 1991. V. 106. P. 286–295.
- Evensen J.M., London D. Experimental silicate mineral/ melt partition coefficients for beryllium and the crustal Be cycle from migmatite to pegmatite // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2002. V. 66. №12. P. 2239–2265.
- Gaetani G.A., Asimow P.D., Stolper E.M. Determination of the partial molar volume of SiO2 in silicate liquids at elevated pressures and temperatures: a new experimental approach // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1998. V. 62. №14. P. 2499–2508.
- Girnis A.V. Olivine–orthopyroxene–melt equilibrium as a thermobarometer for mantle-derived magmas // Petrology. 2003. V. 11. №2. P. 101–113.
- Goldstein R.H., Reynolds T.J. Systematics of fluid inclusions in diagenetic minerals. SEPM Society for Sedimentary Geology. 1994. V. 31. 213 p.
- Götze J. Classification, mineralogy and industrial potential of SiO2 minerals and rocks // Quartz: Deposits, mineralogy and analytics. 2012. P. 1–27.
- Gualda G.A.R., Ghiorso M.S., Lemons R.V., Carley T.L. Rhyolite-MELTS: a modified calibration of MELTS optimized for silica-rich, fluid-bearing magmatic systems // Journal of Petrology. 2012. V. 53. №5. P. 875–890.
- Gualda G.A.R., Ghiorso M.S. MELTS_ Excel: A Microsoft Excel‐based MELTS interface for research and teaching of magma properties and evolution // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2015. V. 16. №1. P. 315–324.
- Hirschmann M.M., Ghiorso M.S., Davis F.A., Gordon S.M., Mukherjee S., Grove T.L., Krawczynski M., Medard E., Till C.B. Library of Experimental Phase Relations (LEPR): A database and Web portal for experimental magmatic phase equilibria data // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2008. V. 9. №3. P. 1–15.
- Holland T.J.B., Powell R. An improved and extended internally consistent thermodynamic dataset for phases of petrological interest, involving a new equation of state for solids // Journal of metamorphic Geology. 2011. V. 29. №3. P. 333–383.
- Holtz F., Pichavant M., Barbey P., Johannes W. Effects of H2O on liquidus phase relations in the haplogranite system at 2 and 5 kbar // American Mineralogist. 1992. V. 77. №11–12. P. 1223–1241.
- Kent A.J. Melt inclusions in basaltic and related volcanic rocks // Reviews in mineralogy and geochemistry. 2008. V. 69. №1. P. 273–331.
- Koester E., Pawley A.R., Fernandes L.A.D., Porcher C.C., Soliani Jr E. Experimental melting of cordierite gneiss and the petrogenesis of syntranscurrent peraluminous granites in southern Brazil // Journal of Petrology. 2002. V. 43. №8. P. 1595–1616.
- Kracek F.C., Bowen N.L., Morey G.W. The system potassium metasilicate–silica // The Journal of Physical Chemistry. 1929. V. 33. №12. P. 1857–1879.
- Kracek F.C., Brown N.L., Morey G.W. Equilibrium relations and factors influencing their determination in the system K2SiO3–SiO2 // Journal of Physical Chemistry. 1937. V. 41. №9. P. 1183–1193.
- Longhi J., Boudreau A.E. The orthoenstatite liquidus field in the system forsterite–diopside–silica at one atmosphere // American Mineralogist. 1980. V. 65. №5–6. P. 563–573.
- Longhi J. Liquidus equilibria and solid solution in the system CaAl2Si2O8–Mg2SiO4–CaSiO3–SiO2 at low pressure // American Journal of Science. 1987. V. 287. №4. P. 265–331.
- Lowenstern J.B., Thompson J.F.H. Applications of silicatemelt inclusions to the study of magmatic volatiles // Magmas, fluids and ore deposits. 1995. V. 23. P. 71–99.
- Martel C. Eruption dynamics inferred from microlite crystallization experiments: application to Plinian and domeforming eruptions of Mt. Pelée (Martinique, Lesser Antilles) // Journal of Petrology. 2012. V. 53. №4. P. 699–725.
- Martel C., Pichavant M., Di Carlo I., Champallier R., Wille G., Castro J.M., Devineau K., Davydova V.O., Kushnir A.R. Experimental constraints on the crystallization of silica phases in silicic magmas // Journal of Petrology. 2021. V. 62. №1. P. 1–18.
- Nathan H.D., Vankirk C.K. A model of magmatic crystallization // Journal of Petrology. 1978. V. 19. №1. P. 66–94.
- Newman S., Lowenstern J.B. VolatileCalc: a silicate melt– H2O–CO2 solution model written in Visual Basic for excel // Computers & Geosciences. 2002. V. 28. №5. P. 597–604.
- Patino Douce A.E. Vapor-absent melting of tonalite at 15– 32 kbar // Journal of Petrology. 2005. V. 46. №2. P. 275–290.
- Rapp J.F., Draper D.S. Fractional crystallization of the lunar magma ocean: Updating the dominant paradigm // Meteoritics & Planetary Science. 2018. V. 53. №7. P. 1432– 1455.
- Riker J.M., Blundy J.D., Rust A.C., Botcharnikov R.E., Humphreys M.C. Experimental phase equilibria of a Mount St. Helens rhyodacite: a framework for interpreting
- crystallization paths in degassing silicic magmas // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2015. V. 170. P. 1–22.
- Rose-Koga E.F., Bouvier A.S., Gaetani G.A., Wallace P.J., Allison C.M., Andrys J.A., De La Torre C.A., Barth A., Bodnar R.J., Gartner A.B. Butters D., Zhou T. Silicate melt inclusions in the new millennium: a review of recommended practices for preparation, analysis, data presentation // Chemical Geology. 2021. V. 570. P. 120–145.
- Schairer J.F., Bowen N.L. The System K2O–Al2O3–SiO2 // American Journal of Science. 1955. V. 253. №12. P. 681–746.
- Schairer J.F., Bowen N.L. The system Na2O–Al2O3–SiO2 // American Journal of Science. 1956. V. 254. №3. P. 129–195.
- Singletary S.J., Grove T.L. Experimental petrology of the Mars Pathfinder rock composition: Constraints on the interpretation of Martian reflectance spectra // Journal of Geophysical Research: Planets. 2008. V. 113. №E11. P. 1–9.
- Sobolev A.V. Melt inclusions in minerals as a source of principle petrological information // Petrology. 1996. V. 4. №3. P. 209–220.
- Tollari N., Toplis M.J., Barnes S.J. Predicting phosphate saturation in silicate magmas: an experimental study of the effects of melt composition and temperature // Geochimica and Cosmochimica Acta. 2006. V. 70. №6. P. 1518–1536.
- Veksler I.V., Dorfman A.M., Borisov A.A., Wirth R., Dingwell D.B. Liquid immiscibility and the evolution of basaltic magma // Journal of Petrology. 2007. V. 48 №11. P. 2187–2210.
- Villiger S., Ulmer P., Müntener O., Thompson A.B. The liquid line of descent of anhydrous, mantle–derived, tholeiitic liquids by fractional and equilibrium crystallization—an experimental study at 1·0 GPa // Journal of Petrology. 2004. V. 45. №12. P. 2369–2388.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В 2023 году исполнилось 100 лет со дня рождения Валерии Александровны Корнетовой – известного российского минералога, исследователя редкометальных гранитных пегматитов, авторитетного специалиста в области истории развития геологических наук и музейного дела в России, опытного диагноста драгоценных и поделочных камней.
В статье приводятся промежуточные результаты научной ревизии коллекции метеоритов и импактитов Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана РАН. Коллекция метеоритов в музее имеет богатую историю и включает образцы, которые собирались с XVIII века. В статье описывается процесс воссоздания метеоритной коллекции Музея, начатый в 2010 году, и отмечается значительное увеличение количества экспонатов за последние пять лет. На текущий момент коллекция насчитывает 247 образцов метеоритов и импактитов, включая 44 образца, являющихся типовыми образцами1 новых метеоритов. Подробно рассматриваются различные типы метеоритов в коллекции, в том числе обыкновенные хондриты, углистые хондриты, группа HED, уреилиты, палласиты, мезосидериты и железные метеориты. Особое внимание уделяется минералам, впервые найденным в метеоритном веществе. Также в статье обсуждаются импактиты, представленные в коллекции 89 образцами из различных метеоритных кратеров. Отмечается необходимость дальнейшего изучения и пополнение коллекции, включая регистрацию новых метеоритов, улучшение взаимодействия с исследователями и коллекционерами метеоритов, а также участие в метеоритных экспедициях.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 год.
Издательство
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 119071 Москва, Ленинский пр-т, 18 корп. 2, Минмузей РАН
- Юр. адрес
- 119071 Москва, Ленинский пр-т, 18 корп. 2,
- ФИО
- Павел Юрьевич Плечов (Директор)
- E-mail адрес
- mineral@fmm.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 9543900
- Сайт
- https:/www.fmm.ru