ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной геохимической и петрологической проблемы эволюции глубинного вещества в условиях мантийной динамики и предусматривает проведение комплексных экспериментальных исследований мэйджоритовых гранатов различного состава в системах с участием мэйджоритового Mg4Si4O12, Na-мэйджоритового Na2MgSi5O12, пиропового Mg3Al2Si3O12, кноррингитового Mg3Cr2Si3O12 и скиагитового Fe3Fe2Si3O12 компонентов, в широком диапазоне давлений и температур (7-24 ГПа, 1500-2200°С). В ходе запланированных исследований будет экспериментально установлена связь компонентного состава мэйджоритовых гранатов с PT-параметрами их образования и фазовыми ассоциациями, а также будут исследованы структурные особенности и термодинамические свойства синтезированных минералов. Важной задачей проекта будет экспериментальное определение возможности совместной кристаллизации алмаза и мэйджоритового граната в алюмосиликатных и карбонатно-силикатных расплавах расплавах с растворенным углеродом в широком диапазоне давлений (P = 7,0–18,0 ГПа) и температур (Т = 1500–2000°С), установление параметров их сингенетического образования (давление, температура и состав расплава, в том числе в плане соотношения карбонатных и силикатных компонентов). В ряде опытов в изучаемые алюмосиликатные системы будут вводиться малые контролируемые количества оксидов редких элементов (La, Eu, Ho, Yb) с целью исследования их распределения между мэйджоритовым гранатом, расплавом и другими фазами. Экспериментальная часть проекта будет дополнена компьютерным моделированием термодинамических свойств главных компонентов глубинных гранатов, а также изучением представительной коллекции природных мэйджоритовых гранатов со структурами распада пироксенов, что позволит определить их состав и ориентировку в кристалле-хозяине, рассчитать исходный состав граната и условия его образования, а также сопоставить полученные результаты с экспериментальными данными. Запланированное в настоящем проекте получение новой экспериментальной и петрологической информации о составе, термодинамических характеристиках и минеральных парагенезисах мэйджоритовых гранатов, их согласование с результатами компьютерного моделирования и природными данными, позволит подойти к решению проблемы термобарометрии ультравысокобарных ассоциаций с участием мэйджоритового граната и уточнить модели строения и состава глубинных геосфер Земли.

1. Построена ее фазовая Р–Т диаграмма системы пироп–натриевый мэйджорит Na2MgSi5O12 при 10–20 ГПа [Dymshits et al., 2013]. Установлена полная взаимная растворимость пиропа и натриевого мэйджорита и снижение параметров ячейки со сменой сингонии с кубической на тетрагональную. Впервые при 16 ГПа и 1600°С получены кристаллы кноррингитового граната, для которых были определены параметры элементарной ячейки (a = 11,5718(1) Å, V= 1549,54(2) Å3) [Bykova et al., 2013 – в печати]. Построена P–X диаграмма системы мэйджорит MgSiO3 – кноррингит Mg3Cr2Si3O12 при 7–24 ГПа и 1600°С, на которой с увеличением давления установлена последовательная смена ассоциаций в ряду: энстатит + эсколаит; мэйджорит-кноррингитовый гранат (±эсколаит); гранат + MgSiO3 ильменит + MgCr2O4 со структурой титаната кальция; MgSiO3 ильменит + MgCr2O4; MgSiO3 перовскит + MgCr2O4. 2. При изучении межфазового распределения редких и редкоземельных элементов в системе натрийсодержащий мэйджоритовый гранат/расплав при 8,5 ГПа и 1500-1900°С было установлено, что большинство элементов являются несовместимыми, за исключением Er, Tm, Yb (в некоторых опытах), Lu и Sc (во всех опытах), которые преимущественно перераспределяются в состав граната. Главной особенностью распределения элементов в наших опытах является различное поведение легких редких земель (La, Ce, Pr), с одной стороны, средних и тяжелых редких земель (Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Y, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), с другой стороны. Результаты исследований использованы для расчета составов расплавов, равновесных с натрийсодержащими мэйджоритовыми гранатами из включений в алмазах [Bobrov et al., 2014 – в печати]. 3. В опытах, проведенных в карбонатно-силикатных системах (содержание многокомпонентных K-Na-Ca-Mg-Fe-карбонатов 20-40 мас.%) при 18 ГПа и 1600–1800°С, моделирующих условия переходной зоны мантии Земли, установлена сингенетическая кристаллизация алмаза и мэйджоритовых гранатов системы пироп – мэйджорит – Na-мэйджорит. Приуроченность кристаллов алмаза к интерстициальному силикатно-карбонатному закалочному расплаву подтверждают карбонатитовую модель генезиса алмаза и свидетельствует о значимой роли карбонатных составляющих в материнских алмазообразующих расплавах переходной зоны, несмотря на некоторое снижение доли карбонатов (20-40 мас.%) по сравнению с силикатно-карбонатными расплавами верхней мантии (55-70 мас.%), изученными нами ранее [Bobrov, Litvin, 2009] в экспериментах при 7,0-8,5 ГПа. 4. Проведено экспериментальное изучение системы Mg4Si4O12–Mg3Cr2Si3O12 (в химическом выражении SiO2–MgO–Cr2O3) при P = 10–24 ГПа и T = 1600оС. В образцах, полученных при 10‒20 ГПа для богатых кноррингитом стартовых составов, устанавливается присутствие кноррингит-мэйджоритового граната и эсколаита (Cr2O3). С повышением давления, фазовые ассоциации включают хромсодержащие фазы: MgSiO3 ильменит, MgSiO3 перовскит, MgCr2O4 со структурой титаната кальция и стишовит. Для мэйджорит-кноррингитового граната, MgSiO3-ильменита и -перовскита метода монокристальной рентгеновской дифракции установлено увеличение параметров элементарной ячейки при возрастании содержания хрома. Установление поля стабильности хромсодержащего мэйджоритового граната раскрывает условия образования природных гранатов ультраосновной ассоциации, образующих включения в кристаллах алмаза.