Везде

ОНЗ Петрология Petrology

  • ISSN (Print) 0869-5903
  • ISSN (Online) 3034-5855

Природа первого сиалического вещества земли: роль водорода?

Вы можете
Код статьи
S0869590325010044-1
DOI
10.31857/S0869590325010044
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Аранович Л. Я.
  • Аффилиация: Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
Том/ Выпуск
Том 33 / Номер выпуска 1
Страницы
68-78
Аннотация
Приведены результаты опытов по плавлению модельных составов базальтового коматиита (ВК) и энстатитового хондрита (ЕСН) при Т = 1300оС и РH₂ = 100 МПа. Опыты 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 H₂O, и железа с небольшими примесями Si и O. Равновесная летучесть кислорода в опытах примерно на 2 лог. ед. ниже буфера Fe-FeO. Расчет фракционной кристаллизации расплавов показал, что продуктами полной кристаллизации являются: гранодиорит, состоящий из двух полевых шпатов, клинопироксена и кварца с небольшой примесью черной слюды (с исходным составом, полученным в опыте ВК), или кварц-двуполевошпатовый гранит с небольшой примесью биотита и мусковита (с исходным составом, полученным в опыте ЕСН). Показано, что в ходе дифференциации расплава ЕСН при Т = 730–750оС возможна кристаллизация циркона. Впервые предложена модель, которая объясняет образование богатых кремнеземом и водой расплавов внутренними процессами планетарной эволюции и не требует предварительного формирования гидратированной верхней коры для генерации первого сиалического вещества Земли.
Ключевые слова
давление водорода эксперимент плавление коматиит хондрит сиалическая кора гадейский циркон
Дата публикации
14.09.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
4

Библиография

  1. 1. Арискин А.А., Борисов А.А., Бармина Г.С. Моделирование равновесия железо–силикатный расплав в базальтовых системах // Геохимия. 1992. № 9. C. 1231–1240.
  2. 2. Борисов А.А. Форма выделений металлического железа в экспериментальных стеклах: не верь глазам своим? // Петрология. 2021. T. 29. C. 104–109.
  3. 3. Кузьмин М.И., Ярмолюк В.В., Гладкочуб Д.П. и др. Геологическая эволюция Земли: от космической пыли до обители человечества. Новосибирск: ГЕО, 2021. 325 с. (Geological evolution of the Earth: From space dust to the home of mankind. Eds. M.I. Kuzmin, V.V. Yarmolyuk, Novosibirsk, 2021. 325 p.).
  4. 4. Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и других планет Солнечной системы. М.: Наука, 1992. 208 с.
  5. 5. Amelin Y., Lee D.C., Halliday A. et al. Nature of the Earth’s earliest crust from hafnium isotopes in single detrital zircons // Nature. 1999. V. 399. P. 252–255. https://doi.org/10.1038/20426
  6. 6. Aranovich L.Y. Fluid-mineral equilibria and thermodynamic mixing properties of fluid systems // Petrology. 2013. V. 21. P. 588–599. https://doi.org/10.1134/S0869591113060027
  7. 7. Barin I. Thermochemical Data of Pure Substances, Third Edition. New York: VCH Publ., Inc. 1995. 1885 p.
  8. 8. Barnes S. J., Arndt N. T. Distribution and geochemistry of komatiites and basalts through the Archean // Earth’s Oldest Rocks. Еds. M.J. Van Kranendonk, V.C. Bennett and J.E. Hoffmann. 2019. Р. 103–132. doi:10.1016/b978-0-444-63901-1.00006-x
  9. 9. Bea F., Montero P., Ortega M.A. LA-ICP-MS evaluation of Zr reservoirs in common crustal rocks: Implications for Zr and Hf geochemistry, and zircon-forming processes // Can. Mineral. 2006. V. 44. P. 693–714. https://doi.org/10.2113/gscanmin.44.3.693
  10. 10. Bell E.A., Boehnke P., Hopkins-Wielicki M.D., Harrison T.M. Distinguishing primary and secondary inclusion assemblages in Jack Hills zircons // Lithos. 2015. V. 234. P. 15–26. http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2015.07.014 0024-4937
  11. 11. Borisov A., Aranovich L. Zircon solubility in silicate melts: New experiments and probability of zircon crystallization in deeply evolved basic melts // Chem. Geol. 2019. V. 510. Р. 103–112. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.02.019
  12. 12. Borisov A., Aranovich L. Rutile solubility and TiO2 activity in silicate melts: an experimental study // Chem. Geol. 2020. V. 556. 119817. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119817
  13. 13. Borisov A., Behrens H., Holtz F. Ferric/ferrous ratio in silicate melts: A new model for 1 atm data with special emphasis on the effects of melt composition // Contrib. Mineral. Petrol. 2018. V. 173. P. 98. https://doi.org/10.1007/s00410-018-1524-8.
  14. 14. Borisova A.Y., Zagrtdenov N.R., Toplis M.J. et al. Hydrated peridotite – basaltic melt interaction Part I: Planetary felsic crust formation at shallow depth // Front. Earth Sci. 2021. V. 9. doi: 10.3389/feart.2021.640464
  15. 15. Burnham A.D., Berry A.J. Formation of the Hadean granites by melting of igneous crust // Nature Geosci. 2017. V. 10. P. 457–462. doi:10.1038/ngeo2942
  16. 16. Carlson R.W., Garçon M., O’Neil J. et al. The nature of Earth’s first crust // Chem. Geol. 2019. V. 530. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.119321
  17. 17. Compston W., Pidgeon R.T. Jack Hills, evidence of more very old detrital zircons in Western Australia // Nature. 1986. V. 321. P.766–769.
  18. 18. De Capitani C., Petrakakis K. The computation of equilibrium assemblage diagrams with Theriak/Domino software // Amer. Mineral. 2010. V. 95. P. 1006–1016. doi: 10.2138/am.2010.3354
  19. 19. Dauphas N. The isotopic nature of the Earth’s accreting material through time // Nature. 2017. V. 541. P. 521–524. https://doi.org/10.1038/nature20830
  20. 20. Elkins–Tanton L.T. Magma Oceans in the Inner Solar System // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2012. V. 40. P. 113–139.
  21. 21. Frost D.J., McCammon C.A. The redox state of Earth’s mantle // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2008. V. 36. P. 389–420. https://doi.org/10.1146/annurev.earth.36.031207.124322
  22. 22. Ghiorso M.S., Hirschmann M.M., Reiners P.W., Kress V.C. The pMELTS: A revision of MELTS for improved calculation of phase relations and major element partitioning related to partial melting of the mantle to 3 GPa // Geochem. Geophys. Geosys. 2002. 3U1–U36. https://doi.org/10.1029/2001GC000217
  23. 23. Guo F-F., Svetov S., Maier W.D. et al. Geochemistry of komatiites and basalts in Archean greenstone belts of Russian Karelia with emphasis on platinum-group elements // Mineral. Dep. 2020. V. 55. P. 971–990. https://doi.org/10.1007/s00126-019-00909-0
  24. 24. Harrison T.M. The Hadean crust: evidence from >4 Ga zircons // Ann. Rev. Earth Planet. Sci. 2009. V. 37. P. 479–505. doi:10.1146/annurev.earth.031208.100151
  25. 25. Harrison T.M. Hadean Earth. Springer Nature Switzerland AG, 2020. 291 + IX p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-46687-9
  26. 26. Hirschmann M.M. Magma oceans iron and chromium redox, and the origin of comparatively oxidized planetary mantles // Geochim. Cosmochim. Acta. 2022. V. 328. P. 221–241. https://doi.org/10.1016/j.gca.2022.04.005
  27. 27. 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 // J. Metamorph. Geol. 2011. V. 29. P. 333–383. doi: 10.1111/j.1525-1314.2010.00923.x
  28. 28. Javoy M., Kaminski E., Guyot F. et al. The chemical composition of the Earth: Enstatite chondrite models // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. V. 293. P. 259–268. doi:10.1016/j.epsl.2010.02.033
  29. 29. Kite E.S., Fegley B., Schaefer L. et al. Superabundance of exoplanet sub-neptunes explained by fugacity crisis // Astrophys. J. Lett. 2019. V. 887. № 2. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab59d9
  30. 30. Kite E.S., Fegley B., Jr., Schaefer L., Ford E.B. Atmosphere origins for exoplanet sub-neptunes // Astrophys. J. Lett. 2020. V. 31. P. 624–647. doi: 10.3847/1538-4357/ab6ffb
  31. 31. Kubaschewski O. Iron-binary Phase Diagrams. Berlin: Springer-Verlag, 1982. 194 p. doi.org/10.1007/978-3-662-08024-5
  32. 32. Laurent O., Moyen J-F., Wotzlaw J-F. et al. Early Earth zircons formed in residual granitic melts produced by tonalite differentiation // Geol. 2022. V. 50. P. 437–441. https://doi.org/10.1130/G49232.1
  33. 33. Olson P.L., Sharp Z.D. Nebular atmosphere to magma ocean: A model for volatile capture during Earth accretion // PEPI. 2019. V. 294. 106294. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2019.106294
  34. 34. O’Neill H.S.C., Pownceby M.I. Thermodynamic data from redox reactions at high temperatures. I. An experimental and theoretical assessment of the electrochemical method using stabilized zirconia electrolytes, with revised values for the Fe-“FeO”, Co-CoO, Ni-NiO and Cu-Cu2O oxygen buffers, and new data for the W-WO2 buffer // Contrib. Mineral. Petrol. 1993. V. 114. P. 296–314. https://doi.org/10.1007/BF01046533
  35. 35. Palme H., O’Neill H.St.S. Cosmochemical estimates of mantle composition. Treatise on Geochemistry. 2nd Ed. 2014. V. 3. 1–39 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00201-1
  36. 36. Papale P., Moretti R., Barbato D. The compositional dependence of the saturation surface of H2O + CO2 fluids in silicate melts // Chem. Geol. 2006. V. 229. P. 78–95. doi:10.1016/j.chemgeo.2006.01.013
  37. 37. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Aranovich L.Y. et al. Experimental modeling of formation of native metals (Fe, Ni, Co) in the Earth’s Crust by the interaction of hydrogen with basaltic melts // Geochem. Int. 2019. V. 57. P. 1035–1044. https://doi.org/10.1134/S001670291910008213
  38. 38. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Aranovich L.Y., Shchekleina M.D. Features of basaltic melt-hydrogen interaction at hydrogen pressure 10–100 MPa and temperature 1100–1250оС // Chem. Geol. 2020. V. 556. 119829. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119829
  39. 39. Sugimoto H., Fukai Y. Solubility of hydrogen in metals under high hydrogen pressures: thermodynamical calculations // Acta Metal. Mater. 1992. V. 40. P. 2327–2336. doi:10.1016/0956-7151(92)90151-4
  40. 40. Warr L.N. IMA–CNMNC approved mineral symbols // Mineral. Mag. 2021. V. 85. P. 291–320. https://doi.org/10.1180/mgm.2021.43
  41. 41. Young E.D., Shahar A., Schlichting H.E. Earth shaped by primordial H2 atmospheres // Nature. 2023. V. 616. P. 306–311. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05823-023
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека