- Код статьи
- S30345855S0869590325050017-1
- DOI
- 10.7868/S3034585525050017
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 33 / Номер выпуска 5
- Страницы
- 5-17
- Аннотация
- Представлены результаты экспериментального моделирования процесса образования самородного Fe в земной коре при взаимодействии базальтовых расплавов с флюидом (H, H+CH) при температурах 1100−1250°C, давлениях флюида 1−100 МПа в сильно восстановительных условиях −O = 10−10 бар. Эксперименты проведены с использованием установки высокого газового давления, снабженной уникальным устройством, которое обеспечивает проведение длительных экспериментов при высоких температурах и давлениях восстановительного флюида. В опытах использованы природные образцы магматических пород: магнезиальный базальт северного прорыва вулкана Толбачик (Камчатка), а также этот магнезиальный базальт, обогащенный оксидами никеля и кобальта. На основе экспериментального моделирования установлены следующие особенности процесса взаимодействия восстановительного флюида с базальтовыми расплавами. 1. Несмотря на высокий восстановительный потенциал системы H или смеси (H+CH) – магматический расплав, реакции окисления водорода и полного восстановления оксидов металлов переменной валентности в расплаве не идут до конца. Прекращение окислительно-восстановительных реакций в базальтовом расплаве происходит за счет образования в расплаве HO, буферирующей восстановительный потенциал водорода или смеси (H+CH). 2. Первоначально гомогенный магматический расплав становится гетерогенным: образовавшаяся HO растворяется в расплаве и частично во флюидной фазе, при этом образуются расплавы более кислого состава и мелкие металлические обособления ликвационной структуры. 3. Процесс металл-силикатной ликвации в магматических расплавах при их взаимодействии с восстановительным флюидом может осуществляется при реальных температурах магм в природе (≤1250°C), значительно меньших соответствующих температур плавления железа и его сплавов с никелем и кобальтом. 4. Углерод, который образуется в опытах за счет пиролиза CH, растворяется в металлической фазе. Тем самым экспериментально обоснован механизм, ответственный за присутствие углерода в самородном железе в природе. 5. Структура и размеры экспериментально установленных металлических обособлений хорошо согласуются с природными данными о находках самородных металлов, прежде всего железа и его сплавов с никелем и кобальтом, в магматических породах различного состава и генезиса.
- Ключевые слова
- экспериментальное моделирование водород водород + метан базальт расплав самородный металл ликвация земная кора
- Дата публикации
- 21.04.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 58
Библиография
- 1. Аранович Л.Я. Флюидно-минеральные равновесия и термодинамические свойства смешения флюидных систем // Петрология. 2013. Т. 21. С. 588–599.
- 2. Аранович Л.Я., Персиков Э.С., Бухтияров П.Г. и др. Некоторые особенности процесса взаимодействия железа с метаном при температуре 900°C и давлении 100 МПа // Докл. АН. Науки о Земле. 2023. Т. 512. С. 60–65. https://doi.org/10.31857/S2686739723600996
- 3. Баженов И.К., Индукаев Ю.В., Яхно А.В. Самородное железо в габбро-долеритах р. Курейки (Красноярский край) // Зап. ВМО. 1959. Ч. 88. Вып. 2. С. 180–184.
- 4. Большое трещинное Толбачинское извержение (1975–1976 гг., Камчатка). М.: Наука, 1984. 637 с.
- 5. Борисов А.А. Форма выделений металлического железа в экспериментальных стеклах: не верь глазам своим? // Петрология. 2021. T. 29. C. 104–109.
- 6. Галактионова Н.В. Водород в металлах. М.: Металлургия, 1967. 303 с.
- 7. Данилов М.А., Юшкин Н.П. Первая находка олигоценовой лавы с самородным железом на севере Русской платформы // Докл. АН СССР. 1979. Т. 249. № 6. С. 1430–1432.
- 8. Куровская Н.А., Луканин О.А., Игнатьев Ю.А. и др. Влияние летучести водорода на растворимость и формы нахождения N-C-H-O летучих в базальтовых расплавах при 1.5 ГПа и 1400°С // Тр. ВЕСЭМПГ. 2018. С. 121–124.
- 9. Левашов В.К., Томшин М.Д., Глушков В.М. Новое местонахождение самородного железа на Сибирской платформе // Самородное металлообразование в магматическом процессе. Якутск: ЯНЦ СОРАН, 1991. С. 4–9.
- 10. Олейников Б.В., Округин А.В., Томшин М.Д. и др. Самородное металлообразование в платформенных базитах. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1985. 124 с.
- 11. Персиков Э.С., Бухтияров П.Г., Польской С.Ф., Чехмир А.С. Взаимодействие водорода с магматическими расплавами. Эксперимент в решении актуальных задач геологии. М.: Наука, 1986. С. 48–70.
- 12. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1989. 287 с.
- 13. Рябов В.В., Павлов А.Л., Лопатин Г.Г. Самородное железо сибирских траппов. Новосибирск: Наука СО РАН, 1985. 167 с.
- 14. Томшин М.Д., Салихов Р.Ф., Матушкин А.И. и др. Самородное железо в долеритах Айхальского силла (первая находка в Якутии) // Природные ресурсы Арктикии Субарктики. 2019. Т. 24. № 9. С. 50–63.
- 15. Томшин М.Д., Копылова А.Г., Васильева А.Е. Самородное железо в траппах Сибири // Петрология. 2023. Т. 31. № 2. С. 202–216.
- 16. Шаповалов А.Н. Теория металлургических процессов. Новотроицк: Изд-во НФ НИТУ «МИСиС», 2015. 91 с.
- 17. Aranovich L.Y., Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Bondarenko G.S. Interaction of Fe3C with hydrogen: on the compatibility of carbon with hydrogen in metallic iron // Petrology. 2021. V. 29. P. 695–701. https://doi.org/10.1134/S0869591121060072
- 18. Aranovich L.Y., Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G. et al. Origin of the Earth’s first felsic crust: A hydrogen perspective? // Petrology. 2025. V. 33. no 1. P. 62–71. https://doi.org/10.1134/S0869591124700279
- 19. Barin I. Thermochemical data of pure substances. Third Edition. VCH Publishers, Inc., 1995. 1885 p.
- 20. Bird J.M., Goodrick C.A., Weathers M.S. Petrogenesis of Uivfaq Iron, Disko Island, Greenland // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. no 12. P. 11787–11806.
- 21. Churakov S.V., Gottschalk M. Perturbation theory based equation of state for polar molecular fluids: I. Pure fluids // Geochim. Cosmochim. Acta. 2003. V. 67. P. 2397–2414.
- 22. Chipman J. Thermodynamics and phase diagram of the Fe-C system // Metallurgical Transactions. V. 3. 1972. P. 55–64.
- 23. Doan A.S., Goldstein J.I. The ternary phase diagram, Fe-Ni-P // Metallurgical Transactions. 1970. V. 1. no 6. P. 1759–1767. https://doi.org/10.1007/bf02642026.
- 24. Idalou C., Hirschmann M.M., Jacobsen S.D., Le Losq С. Raman spectroscopy study of C-O-H-N speciation in reduced basaltic glasses: Implications for reduced planetary mantles // Geochim. Cosmochim. Acta. 2019. V. 265. P. 32–47.
- 25. Iacovino K., Matthews S., Wieser P.E. et al. VESIcal Part I: An open-source thermodynamic model engine for mixed volatile (H2O-CO2) solubility in silicate melts // Earth Space Sci. 2021. V. 8. e2020EA001584. https://doi.org/10.1029/2020EA001584
- 26. Howarth G.H., Day J.M.D., Pernet-Fisher J.F. et al. Precious metal enrichment at low-redox in terrestrial native Fe-bearing basalts investigated using laser-ablation ICP-MS // Geochim. Cosmochim. Acta. 2017. V. 203. P. 343–363.
- 27. Kadik A.A., Koltashev V.V., Kryukova E.B. et al. Solubility of nitrogen, carbon, and hydrogen in FeO-Na2O-Al2O3-SiO2 melt and liquid iron alloy: influence of oxygen fugacity // Geochem. Int. 2015. V. 53. no 10. P. 849–868.
- 28. Kadik A.A., Kurovskaya N.A., Lukanin O.A. et al. Formation of N-С-О-Н molecules and complexes in the basalt–basaltic andesite melts at 1.5 GPa and 1400°C in the presence of liquid iron alloys // Geochem. Int. 2017. V. 55. no 2. P. 151–162.
- 29. Kamenetsky V.S., Charlier B., Zhitova L. et al. Magma chamber-scale liquid immiscibility in the Siberian Traps represented by melt pools in native iron // Geology. 2013. V. 41. no 10. P. 1091–1094. https://doi.org/10.1130/G34638.1
- 30. Luth R.W., Mysen B.O., Virgo D. Raman spectro-scopic study of the solubility behavior of H2 in the system Na2O-Al2O3-SiO2-H2 // Amer. Mineral. 1987. P. 481–486.
- 31. Melson W.G., Switzer C. Plagioclase-spinel-graphite xenoliths in metallic iron-bearing basalts, Disko Island, Greenland // Amer. Mineral. 1966. V. 51. no 5–6. P. 664–676.
- 32. Mysen B.O. Relation between structure, redox equilibria of iron, and properties of magmatic liquids // Physical Chemistry of Magmas. Springer–Verlag. 1991. P. 41–98.
- 33. Pedersen A.K. Basaltic glass with high-temperature equilibrated immiscible sulphide bodies with native iron from Disko, Central West Greenland // Contrib. Mineral. Petrol. 1979. V. 69. no 4. P. 397–407.
- 34. Persikov E.S., Zharikov V.A., Bukhtiyarov P.G., Pol’skoy S.F. The effect of volatiles on the properties of magmatic melts // Europ. J. Mineral. 1990. P. 621– 642.
- 35. 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 // Geohem. Int. 2019. V. 57. P. 1035–1044.
- 36. Persikov E.S., Bukhtiyarov P.G., Aranovich L.Y., Shchekleina M.D. Features of hydrogen interaction with basaltic melts at pressures 10–100 MPa and temperatures 1100–1250°C // Chem. Geol. 2020. V. 556. P. 116–119. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119829
- 37. Ramdohr P. Ne Neüee Beobachtugenam Bühleisen. Sittr.–Ber. Berliner Akad. Wiss., Math-nat. 1952. no 5. S. 9–24.
- 38. Sugimoto H., Fukai Y. Solubility of hydrogen in metals under high hydrogen pressures: thermodynamical calculations // Acta Metallurgica et Materialia. 1992. P. 2327–2336.
