Райнер Томас, БАГАТІ ВОДОЮ РОЗПЛАВНІ ВКЛЮЧЕННЯ, ЯК ЗАГАРТОВАНІ ЗРАЗКИ НАДКРИТИЧНОГО СТАНУ В ГРАНІТАХ І ПЕГМАТИТАХ

https://doi.org/10.15407/mineraljournal.44.01.003

УДК 548.4:552.08

БАГАТІ ВОДОЮ РОЗПЛАВНІ ВКЛЮЧЕННЯ, ЯК ЗАГАРТОВАНІ ЗРАЗКИ НАДКРИТИЧНОГО СТАНУ В ГРАНІТАХ І ПЕГМАТИТАХ, ЩО ЕКСТРЕМАЛЬНО ЗБАГАЧЕНІ ЕЛЕМЕНТАМИ ЗА НЕРІВНОВАЖНИХ УМОВ

Райнер Томас, д-р наук (мінералогія)

Центр Гельмгольца Потсдам, Німецький дослідницький центр геонауки

Телеграфенберг, D-14473 Потсдам, Німеччина

E-mail: RainerThomas@t-online.de; orcid: 0000-0002-7699-7009

Пол Девідсон, д-р наук

Університет Тасманії, CODES, Центр рудних родовищ і наук про Землю

Хобарт 7001, Австралія

E-mail: Paul.Davidson@utas.edu.au; orcid: 0000-0002-6129-0748

Адольф Реріха, PhD. Алеманненштрасс, 4a, D-14612 Фалькензее Німеччина

E-mail: ruth.rericha@gmx.de; ScopusID 6504676937

Дмитро К. Возняк, д-р геол. наук

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України

03142, м. Київ, Україна, пр-т Акад. Палладіна, 34

E-mail: dkvoznyak@ukr.net; orcid: 0000-0002-6124-2033

Мова: англійська 

Мінералогічний журнал 2022, 44 (1): 03-15

Анотація: Показано, що в міаролітових пегматитах під час кристалізації багатих водою розплавів зразки цих мінералоутворювальних розплавів захоплено у вигляді багатих водою розплавних включень, які збереглися переважно в кварці. Об’ємна концентрація води і температура є системовизначальними параметрами, оскільки з їхнього аналізу випливає, що ці розплавні включення зображують псевдобінарні криві сольвуса в координатах температури та концентрації води. Окрім того, за допомогою зменшених координат (H2O/H2Ocrit проти T/Tcrit) більшість розплавних включень досліджуваних пегматитів дуже добре відображають у стандартизованій та зменшеній кривій сольвуса. Існування та утворення таких однорідних кривих розчину є вираженням процесів кристалізації у майже рівноважних умовах. Однак багато домішок і деякі основні елементи розплавних включень, захоплених біля гребеня сольвуса (H2O/H2Ocrit від 0,5 до 1,5 і T/Tcrit > 0,95), показують незвичайні розподіли з дуже добре визначеними кривими Гауса та/або Лоренца, що характеризуються певною площею, центром, шириною, зміщенням та висотою. Це було показано на багатьох природних прикладах, отриманих з пегматитів. Лише значення зміщення представляють умови, близькі до рівноваги та відповідні концентрації елементів, які еквівалентні регіональному числу Кларка (число Кларка — це відносна кількість хімічного елемента, як правило, у земній корі). Ми інтерпретуємо ці розподіли як пояснення деяких надзвичайних фізико-хімічних властивостей у цій критичній області: переважно надвисокою швидкістю дифузії, низькою динамічною в’язкістю та надзвичайно низьким поверхневим натягом. Поблизу критичної точки ми маємо й нерівноважні, й рівноважні процеси, пов’язані з простором і часом. Окрім того, ми можемо показати, що гаусовий і лоренцевий розподіл є першими наближеннями розподілу конкретних елементів, оскільки в критичній точці збагачення деяких елементів досягає такої міри, що гаусова та/або лоренцева криві вироджуються у вертикальну лінію (є асимптотичною до осі концентрації), що визначається максимальною розчинністю речовини в надкритичній системі розплав—вода. Найбільша концентрація Be, наприклад, спостерігалась у розплавних включеннях Еренфрідерсдорфа — 71490 ppm Be.

Ключові слова: пегматити, багаті H2O розплавні включення, надкритичний стан, екстремальне збагачення елементами, розподіл Гауса/Лоренца.

Література:

  1. Alimarin I.P., Fadeeva V.I., Dorokhova, E.N. Lecture experiments in analytical chemistry. Moscow: Mir Publ., 1976. 306 p.
  2. Aranovich L., Akinfiev N.N., Golunova M. Quartz solubility in sodium carbonate solutions at high pressure and temperature. Chemical Geol. 2020. 550(8). 119699. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119699
  3. Harrison S.F., Mayer J.E. Statistical mechanics of condensing systems. Journ. Chem. Phys. 1938. 6. P. 101—104. https://doi.org/10.1063/1.1750208
  4. Hösel G. Das Zinnerz-Lagerstättengebiet Ehrenfriedersdorf/Erzgebirge. Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, Dresden. 1994. 1. 195 p. https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-78881
  5. Kamenetsky V.S., van Achterbergh E., Ryan C.G., Naumov V.B., Mernagh T.P., Davidson P. Extreme chemical heterogeneity of granite-derived hydrothermal fluids: an example from inclusions in a single crystal of miarolitic quartz. Geology. 2002. 30(5). P. 459—462. https://doi.org/10.1130/0091-7613(2002.030<0459:ECHOGD>2.0.CO;2
  6. Kammer H.-W., Schwabe K. Thermodynamik irreversibler Prozesse. Weinheim, 1985. 114 p.
  7. Pavlishin V.I., Dovgyi S.A. Mineralogy of the Volynian Chamber Pegmatites, Ukraine. EKOST Association. Mineralogical Almanac. 2007. 12. 125 p.
  8. Proctor J.E. The liquid and supercritical fluid states of matter. CRC Press, 2020. 300 p.
  9. Rickers K., Thomas R., Heinrich W. The behavior of trace elements during the chemical evolution of the H2O-, B- and F-rich granite-pegmatite-hydrothermal system at Ehrenfriedersdorf, Germany: a SXRF study of melt and fluid inclusions. Mineralium Deposita. 2006. 41. P. 229—245. https://doi.org/10.1007/s00126-006-0057-7
  10. Sengers J.L. How fluids unmix. Amsterdam, 2002. 302 p.
  11. Sowerby J.R., Keppler H. The effect of fluorine, boron and excess sodium on the critical curve in the albite-H2O system. Contrib. Mineral. Petrol. 2002. 143. P. 32—37. https://doi.org/10.1007/s00410-001-0334-5
  12. Thomas R. Ergebnisse der thermobarogeochemischen Untersuchungen an Flüssigkeitseinschlüssen in Mineralen der postmagmatischen Zinn-Wolfram-Mineralisation des Erzgebirges. Freiberger Forschungshefte, 1982. C370. 85 p.
  13. Thomas R., Davidson P. Hambergite-rich melt inclusions in morganite crystals from the Muiane pegmatite, Mozambique and some remarks on the paragenesis of hambergite. Mineral. and Petrol. 2010. 100. P. 227—239. https://doi.org/10.1007/s00710-010-0132-8
  14. Thomas R., Davidson P. Water in granite and pegmatite-forming melts. Ore Geol. Rews. 2012. 46. P. 32—46. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2012.02.006
  15. Thomas R., Davidson P. The missing link between granites and granitic pegmatites. J. Geosci. 2013. 58. P. 183—200. https://doi.org/10.3190/jgeosci.135
  16. Thomas R., Davidson P. Comment on "A petrologic assessment of internal zonation in granitic pegmatites" by David London (2014). Lithos. 2015. 212—215. P. 462—468. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2014.08.028
  17. Thomas R., Davidson P. Origin of miarolitic pegmatites in the Königshain granite/Lusatia. Lithos. 2016. 260. P. 225—241. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2016.05.015
  18. Thomas R., Davidson P. Revisiting complete miscibility between silicate melt and hydrous fluids and the extreme enrichment of some elements in the supercritical state — Consequences for the formation of pegmatites and ore deposits. Ore Geol. Rews. 2016. 72. P. 1088—1101. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2015.10.004
  19. Thomas R., Davidson P., Appel K. The enhanced element enrichment in the supercritical states of granite-pegmatite systems. Acta Geochim. 2019. 38. P. 335—349. https://doi.org/10.1007/s11631-019-00319-z
  20. Thomas R., Davidson P., Beurlen H. The competing models for the origin and internal evolution of granitic pegmatites in the light of melt and fluid inclusion research. Mineral. and Petrol. 2012. 106. P. 55—73. https://doi.org/10.1007/s00710-012-0212-z
  21. Thomas R., Davidson P., Rericha A. Emerald from the Habachtal: new observations. Mineral. and Petrol. 2020. 114. P. 161—173. https://doi.org/10.1007/s00710-020-00700-4
  22. Thomas R., Davidson P., Rericha A., Tietz O. Eine außergewöhnliche Einschlussparagenese im Quarz von Steinigtwolmsdorf/Oberlausitz. Berichte der Naturforschenden Gesellschaft der Oberlausitz, 2019. Band 27. P. 161—172.
  23. Thomas R., Förster H.-J., Heinrich W. The behaviour of boron in a peraliuminous granite-pegmatite system and associated hydrothermal solutions: a melt and fluid-inclusion study. Contrib. Mineral. Petrol. 2003. 144. P. 457—472. https://doi.org/10.1007/s00410-002-0410-5
  24. Thomas R., Webster J.D., Davidson P. Understanding pegmatite formation: The melt and fluid inclusion approach. Chapter 9, in Webster J.D. (ed.): Melt Inclusions in Plutonic Rocks, Shourt Course Series of the Mineralogical Association of Canada. Vol. 36. Montreal, 2006. P. 189—210.
  25. Thomas R., Webster J.D., Davidson P. Be-daughter minerals in fluid and melt inclusions: implications for the enrichment of Be in granite-pegmatite systems. Contrib. Mineral. Petrol. 2011. 161. P. 483—495. https://doi.org/10.1007/s00410-010-0544-9
  26. Thomas R., Webster J.D., Heinrich W. Melt inclusions in pegmatite quartz: complete miscibility between silicate melts and hydrous fluids at low pressure. Contrib. Mineral. Petrol. 2000. 139. P. 394—401. https://doi.org/10.1007/s004100000120
  27. Veksler I.V., Thomas R. An experimental study of B-, P- and F-rich synthetic granite pegmatite at 0.1 and 0.2 GPa. Contrib. Mineral. Petrol. 2002. 143. P. 673—683. https://doi.org/10.1007/s00410-002-0368-3
  28. Voznyak D.K. Microinclusion and reconstruction of conditions of endogenous mineral formation. Kyiv: Nauk. dumka, 2007. 280 p. [in Ukrainian].
  29. Webster J.D., Thomas R., Rhede D., Förster H.-J., Seltmann R. Melt inclusions in quartz from an evolved peraluminous pegmatite: Geochemical evidence for strong tin enrichment in fluorine-rich and phosphorus-rich residual liquids. Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. 61, Iss. 13. P. 2589—2604. https://doi.org/10.1016/s0016-7037(97)00123-3

PDF

Українська