ИСТИНА

Измерение коэффициентов распределения (Kd) элементов между сосуществующими фазами относится к фундаментальным задачам геохимии. Область параметров и сред, для которых Kd остаются практически неизвестны – это малоплотные высокотемпературные флюиды (плотность от 0,0002 до 0.2 г/см3, температура до 1200 °С) и сосуществующие с ними силикатные расплавы. Геологическая реализация данных параметров и сред – это вулканические газы и магматические флюиды в магмоводе и близповерхностных магматических очагах на глубинах до 3 км. Знание Kd расплав – вулканический газ важно для прогнозирования эмиссии элементов вулканами, в том числе влияния вулканических эмиссий на атмосферу и окружающую среду, и для изучения глобальной циркуляции элементов. Например, зная состав пород и вынос SO2 во время крупных извержений, можно оценить масштабы газовой эмиссии для каждого из микроэлементов. Зная состав вулканического газа и Kd, можно с высокой точностью вычислять концентрации редких элементов в изверженных породах. Новые данные по поведению элементов в малоплотных флюидах будут важны для лучшего понимания гидротермальных процессов и роли сверхкритических флюидах в формировании рудных месторождений. Наши методы и подходы к измерениям Kd, в том числе генератор магматического флюида и проточный трубчатый реактор с ламинарным перемешиванием расплава, работающий при давлениях 1-400 бар, ранее в практике исследований не применялись. По результатам проекта мы планируем получить массив данных по коэффициентам распределения для 60-65 элементов, в том числе всех экономически значимых элементов, для магматических флюидов с плотность от 0,0002 до 0.2 г/см3. Составы магматических флюидов (H2O, CO2, SO2, H2S, HCl, HF) могут быть смоделированы в широком диапазоне с учетом геологической значимости модельных составов. Будут проверены гипотезы, объясняющие микроэлементный состав вулканического газа в условиях изобарической диффузионной дегазации силикатного расплава (поверхностные и субповерхностные потоки лавы), а именно: (1) равновесный состав флюидного пузыря определяется коэффициентами распределения расплав – флюид и (2) кинетический контроль на состав флюида оказывают конкурентные диффузионные потоки воды, остальных магматических летучих, металлов и металлоидов, которые зависят от коэффициентов диффузии и концентрации вещество в расплаве. По результатам проекта планируется опубликовать как минимум 3 статьи в журналах верхнего квартиля Q1.

The measurement of the element partitioning between coexisting phases is one of the fundamental goals of geochemistry. The range of parameters and media for which partition coefficients (Kd) remains virtually unavailable are low-density high-temperature fluids (density from 0.0002 to 0.2 g/cm3, temperature up to 1200 °C) and silicate melts coexisting with such fluids. This corresponds to volcanic gases and magmatic fluids in a conduit or a shallow magmatic bodies at depths not more than 3 km. Volcanic gas – melt partition coefficients are important for assessing the gaseous emissions of elements from volcanoes, which also includes effects of volcanic emissions on the atmosphere and environment, and for studying the global circulation of elements. For example, knowing the composition of rocks and the SO2 discharge during a large eruption, one can estimate the gas emission for each of the trace elements. It is also possible to calculate concentrations of some extremely rare elements in volcanic rocks, which are abundant in the coexisting volcanic gas. New data on the behavior of elements in low-density fluids should be important for a better understanding of the hydrothermal processes and the role of supercritical fluids in the formation of ore deposits. Our methods and approaches to the measurements of Kd, including the “magmatic fluid generator” and the flow-through tube reactor with laminar mixing of the melt, operating at pressures of 1-400 bar, were not previously used in the research practice. Based on the results of the project, we plan to obtain data on the distribution coefficients for 60-65 elements, including all economically significant elements, for magmatic fluids with densities from 0.0002 to 0.2 g/cm3. The compositions of magmatic fluids (H2O, CO2, SO2, H2S, HCl, HF) as well as fluid-air mixtures can be modeled in a wide range, taking into account the geological significance of the model compositions. The hypotheses explaining the trace element compositions of the volcanic gas under conditions of isobaric diffusion degassing of the silicate melt (surface and subsurface lava flows) will be verified, including (1) equilibrium composition of a fluid bubble in the degassing melt is determined by fluid-melt partition coefficients and (2) competitive diffusion flows of water, other magmatic volatiles, metals and semi-metals exerts the kinetic control of the fluid composition, which depend on diffusion coefficients and concentration of elements and volatiles in the melt.