Везде

ОНЗ Петрология Petrology

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

ПОВЕДЕНИЕ ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ УДАРНОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ЦИРКОНА В РЕЙДИТ

Вы можете
Код статьи
S30345855S0869590325050051-1
DOI
10.7868/S3034585525050051
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Ширяев А.А.
  • Аффилиация: Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Жуков А.Н.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Якушев В.В.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Аверин А.А.
  • Аффилиация: Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Япаскурт В.О.
  • Аффилиация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Борисова А.Ю.
  • Аффилиация: Gebsciences Environment Toulouse, GET, Université de Toulouse
Бычков А.Ю.
  • Аффилиация: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
Сафонов О.Г.
  • Должность: Department of Geology
  • Аффилиация:
    Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Геологический факультет
    Институт экспериментальной минералогии им. Д.С. Коржинского РАН
    University of Johannesburg
Ломоносов И.В.
  • Аффилиация: Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН
Том/ Выпуск
Том 33 / Номер выпуска 5
Страницы
79-93
Аннотация
Крупные монокристаллы природного циркона были подвергнуты ударной нагрузке до давлений 13.6 и 51.3 ГПа с использованием плоской схемы нагружения. После нагружения до 13.6 ГПа структурных трансформаций в цирконе не выявлено. При нагружении до 51.3 ГПа происходит переход циркона в более плотную фазу с шеелитоподобной структурой — рейдит. Исследование образцов рейдита с использованием методов рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния, фото- и катодолюминесцентной спектроскопии показало, что переход сопровождается сегрегацией ряда катионов-примесей (например РЗЭ) на планарные дефекты. Принципиально важно осуществление сегрегации в условиях лабораторного эксперимента без продолжительного отжига материала после прохождения ударной волны. Возможным механизмом сегрегации трехвалентных примесей замещения в цирконе является локальное нарушение баланса зарядов в ходе реконструкционного фазового перехода циркон—рейдит, сопровождающегося значительной перестройкой топологии полиэдров и вторых координационных сфер (пара Si—Zr). В результате происходит вытеснение части примесных атомов в энергетически невыгодные межузельные позиции с высокими скоростями диффузии даже при сравнительно низких температурах.
Ключевые слова
ударное воздействие циркон рейдит эксперимент рентгеновская дифракция спектроскопия комбинационного рассеяния фотолюминесценция катодолюминесценция спектроскопия
Дата публикации
15.05.2025
Год выхода
2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
58

Библиография

  1. 1. Алексеевский В.П., Джамаров С.С., Ковтун В.И. и др. Массоперенос в металлах, вызванный сходящейся цилиндрической ударной волной // Порошковая металлургия. 1989. № 10. С. 80–84.
  2. 2. Alekseevskii V.P., Dzhamarov S.S., Kovtun V.I. et al. Mass transfer in metals caused by a convergent cylindrical shock wave // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 1989. V. 28. no 10. P. 809–813.
  3. 3. Альтшулер Л.В., Кулешова Л.В., Павловский М.Н. Динамическая сжимаемость, уравнение состояния и электропроводность хлористого натрия при высоких давлениях» // ЖЭТФ. 1960. Т. 39. Вып. 1(7). С. 16–24.
  4. 4. Al'tshuler L.V., Kuleshova L.V., Pavlovskii M.N. The dynamic compressibility, equation of state and electrical conductivity of sodium chloride at high pressures // Sov. Phys. Jetp. 1961. V. 12. no 1.
  5. 5. Бацанов С.С. Твердофазные химические реакции в ударных волнах: кинетические исследования и механизм // Физика горения и взрыва. 1996. Т. 32. Вып. 1. С. 115–128.
  6. 6. Batsanov S.S. Solid-phase reactions in shock waves: Kinetic studies and mechanism // Combustion, Explosion and Shock Waves. 1996. V. 32. no 1. P. 102–113.
  7. 7. Дремин А.Н., Бреусов О.Н. Процессы, протекающие в твердых телах под действием сильных ударных волн // Успехи химии. 1968. Т. 37. Вып. 5. С. 898–916.
  8. 8. Dremin A.N., Breusov O.N. Processes Occurring in Solids Under the Action of Powerful Shock Waves // Russ. Chem. Rev. 1968. V. 37. no 5. P. 392–402. https://doi.org/10.1070/RC1968v037n05ABEH001643
  9. 9. Козлов Е.А., Жугин Ю.Н., Литвинов Б.В. и др. Оценка амплитуды ударной нагрузки по изменению состава полевых шпатов в импактированной породе // Докл. АН. 1998. Т. 361. № 3. С. 333–336.
  10. 10. Dokl. Phys. 1998. V. 43. P. 419–422.
  11. 11. Краснобаев А., Вотяков С., Крохалев В. Спектроскопия циркона. Свойства и геологические приложения. М.: Наука, 1988.
  12. 12. Якушев В.В., Уткин А.В., Жуков А.Н. и др. Определение P–T условий, реализующихся при высокотемпературном ударном сжатии нитрида кремния в плоских ампулах сохранения // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. Вып. 2. С. 210–218.
  13. 13. Yakushev V.V., Utkin A.V., Zhukov A.N. et al. Determination of P–T conditions developed at high-temperature shock compression of silicon nitride in planar recovery ampoules // High Temperature. 2016. V. 54. P. 197–205.
  14. 14. Bohor B.F., Betterton W.J., Krogh T.E. Impact-shocked zircons: Discovery of shock-induced textures reflecting increasing degrees of shock metamorphism // Earth Planet. Sci. Lett. 1993. V. 119. P. 419–424.
  15. 15. Chen M., Yin F., Li X. et al. Natural occurrence of reidite in the Xiuyan crater of China // Meteorit. Planet. Sci. 2013. V. 48. P. 796–805.
  16. 16. Cesbron F., Blanc P., Ohnenstetter D. et al. Cathodo-luminescence of rare earth doped zircons. I. Their possible use as reference materials // Scanning Micro-scopy. 1995. V. 1995. article 3.
  17. 17. Cherniak D.J., Hanchar J.M., Watson E.B. Rare-Earth diffusion in zircon // Chem. Geol. 1997. V. 134. P. 289–301.
  18. 18. Chiker F., Boukabrine F., Khachai H. et al. Inves-tigating the structural, thermal, and electronic properties of the zircon-type ZrSiO4, ZrGeO4 and HfSiO4 compounds // J. Electron. Material. 2016. V. 45. P. 5811–5821.
  19. 19. Erickson T.M., Pearce M.A., Reddy S.M. et al. Microstructural constraints on the mechanisms of the transformation to reidite in naturally shocked zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2017. V. 172. P. 1–26.
  20. 20. Filimonova O.N., Trigub A.L., Tonkacheev D.E. et al. Substitution mechanisms in In-, Au-, and Cu-bearing sphalerites studied by X-ray absorption spectroscopy of synthetic compounds and natural minerals // Mineral. Mag. 2019. V. 83. P. 435–451.
  21. 21. Fortov V.E., Kim V.V., Lomonosov I.V. et al. Numerical modeling of hypervelocity impacts // Int. J. Impact Eng. 2006. V. 33. P. 244–253.
  22. 22. Friis H., Finch A.A., Williams C.T. et al. Photo-luminescence of zircon (ZrSiO4) doped with REE3+ (REE = Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er) // Phys. Chem. Mineral. 2010. V. 37. P. 333–342.
  23. 23. Gain S.E., Gréau Y., Henry H. et al. Mud tank zircon: Long‐term evaluation of a reference material for U‐Pb dating, Hf‐isotope analysis and trace element analysis // Geost. Geoanalyt. Res. 2019. V. 43. P. 339–354.
  24. 24. Gao Y., Zheng Z., Zhao X. et al. In situ Raman spectroscopy and DFT studies of the phase transition from zircon to reidite at high P–T conditions // Minerals. 2022. V. 12. 1618.
  25. 25. Glass B.P., Liu S. Discovery of high-pressure ZrSiO4 polymorph in naturally occurring shock-metamorphosed zircons // Geology. 2001. V. 29. P. 371–373.
  26. 26. Glazovskaya L.I., Shcherbakov V.D., Piryazev A.A. Logoisk impact structure, Belarus: Shock transformation of zircon // Meteorit. Planet. Sci. 2024. V. 59. P. 88–104.
  27. 27. Gucsik A., Koeberl C., Brandstätter F. et al. Cathodo-luminescence, electron microscopy, and Raman spectroscopy of experimentally shock-metamorphosed zircon // Earth Planet. Sci. Lett. 2002. V. 202. P. 495–509.
  28. 28. Gucsik A., Zhang M., Koeberl C. et al. Infrared and Raman spectra of ZrSiO4 experimentally shocked at high pressures // Mineral. Mag. 2004a. V. 68. P. 801–811.
  29. 29. Gucsik A., Koeberl C., Brandstätter F. et al. Cathodoluminescence, electron microscopy, and Raman spectroscopy of experimentally shock metamorphosed zircon crystals and naturally shocked zircon from the Ries impact crater // Ed. H. Dypvik et al. Cratering in Marine Environments and on Ice. Springer, 2004b.
  30. 30. Kusaba K., Syono Y., Kikuchi M. et al. Shock behavior of zircon: phase transition to scheelite structure and decomposition // Earth Planet. Sci. Lett. 1985. V. 72. P. 433–439.
  31. 31. Leroux H., Reimold W.U., Koeberl C. et al. Experimental shock deformation in zircon: A transmission electron microscopic study // Earth Planet. Sci. Lett. 1999. V. 169. P. 291–301.
  32. 32. Li S.S., Keerthy S., Santosh M. et al. Anatomy of impactites and shocked zircon grains from Dhala reveals Paleoproterozoic meteorite impact in the Archean basement rocks of Central India // Gondwana Res. 2018. V. 54. P. 81–101.
  33. 33. Liu L.G. High pressure transformation in baddeleyite and zircon, with geological implications // Earth Planet. Sci. Lett. 1979. V. 44. P. 390–396.
  34. 34. Mashimo T., Nagayama K., Sawaoka A. Shock compression of zirconia ZrO2 and zircon ZrSiO4 in pressure range up to 150 GPa // Phys. Chem. Mineral. 1983. V. 9. P. 237–247.
  35. 35. Mihailova B., Waeselmann N., Stangarone C. et al. The pressure-induced phase transition(s) of ZrSiO4: Revised // Phys. Chem. Mineral. 2019. V. 46. P. 807–814.
  36. 36. Montalvo S.D., Reddy S.M., Saxey D.W. et al. Nanoscale constraints on the shock-induced trans-formation of zircon to reidite // Chem. Geol. 2019. V. 507. P. 85–95.
  37. 37. Nasdala L., Zhang M., Kempe U. et al. Spectroscopic methods applied to zircon // Rev. Mineral. Geochem. 2003. V. 53. P. 427–467. dоi:10.2113/0530427
  38. 38. Peterman E.M., Reddy S.M., Saxey D.W. et al. Nanoscale processes of trace element mobility in metamorphosed zircon // Contrib. Mineral. Petrol. 2019. V. 174. article 192.
  39. 39. Piazolo S., La Fontaine A., Trimby P. et al. Deformation-induced trace element redistribution in zircon revealed using atom probe tomography // Nature Communications. 2016. V. 7. 10490.
  40. 40. Plan A., Kenny G.G., Erickson T.M. et al. Exceptional preservation of reidite in the Rochechouart impact structure, France: New insights into shock deformation and phase transition of zircon // Meteorit. Planet. Sci. 2021. V. 56. P. 1795–1828.
  41. 41. Potter D.K., Ahrens T.J. Shock induced formation of MgAl2O4 spinel from oxides // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. no 8. P. 721–724.
  42. 42. Reddy S.M., Johnson T.E., Fischer S. et al. Precambrian reidite discovered in shocked zircon from the Stac Fada impactite, Scotland // Geology. 2015. V. 43. P. 899–902.
  43. 43. Reddy S.M., van Riessen A., Saxey D.W. et al. Mechanisms of deformation-induced trace element migration in zircon resolved by atom probe and correlative microscopy // Geochim. Cosmochim. Acta. 2016. V. 195. P. 158–170.
  44. 44. Reid A.F., Ringwood A.E. Newly observed high pressure transformation in Mn3O4, CaAl2O4 and ZrSiO4 // Earth Planet. Sci. Lett. 1969. V. 6. P. 205–208.
  45. 45. Rémond G., Blanc P., Cesbron F. et al. Cathodo-luminescence of rare earth doped zircons. II. Relationship between the distribution of the doping elements and the contrasts of images // Scan. Microscop. 1995. V. 1995. article 4.
  46. 46. Smirnov M.B., Sukhomlinov S.V., Smirnov K.S. Vibrational spectrum of reidite ZrSiO4 from first principles // Physical Rev. B. 2010. V. 82. 094307.
  47. 47. Stangarone C., Angel R.J., Prencipe M. et al. New insights into the zircon-reidite phase transition // Amer. Mineral. 2019. V. 104. P. 830–837.
  48. 48. Szumila I., Trail D., Erickson T. et al. Microstructural changes and Pb mobility during the zircon to reidite transformation: Implications for planetary impact chronology // Amer. Mineral. 2023. V. 108. P. 1516–1529.
  49. 49. Timms N.E., Erickson T.M., Pearce M.A. et al. A pressure–temperature phase diagram for zircon at extreme conditions // Earth-Sci. Rev. 2017. V. 165. P. 185–202.
  50. 50. Trofimov N.D., Trigub A.L., Tagirov B.R. et al. The state of trace elements (In, Cu, Ag) in sphalerite studied by X-ray absorption spectroscopy of synthetic minerals // Minerals. 2020. V. 10. P. 640. https://doi.org/10.3390/min10070640
  51. 51. van Westrenen W., Frank M. R., Hanchar J. M. et al. In situ determination of the compressibility of synthetic pure zircon (ZrSiO4) and the onset of the zircon-reidite phase transition // Amer. Mineral. 2004. V. 89. P. 197–203.
  52. 52. Wittmann A., Kenkmann T., Schmitt R.T. et al. Shock‐metamorphosed zircon in terrestrial impact craters // Meteorit. Planet. Sci. 2006. V. 41. P. 433–454.
  53. 53. Xing W., Lin Y., Zhang C. et al. Discovery of reidite in the lunar meteorite Sayh al Uhaymir 169 // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47. e2020GL089583.
  54. 54. Yakushev V.V., Utkin A.V., Zhukov A.N. et al. Shock compressibility of polycrystalline nickel aluminide // High Pressure Res. 2019. V. 39. P. 471–479.
  55. 55. Zhao J., Xiao L., Xiao Z. et al. Shock-deformed zircon from the Chicxulub impact crater and implications for cratering process // Geology. 2021. V. 49. P. 755–760.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека