Частичное плавление
Частичное плавление — это явление, которое происходит, когда горная порода подвергается воздействию достаточно высоких температур, чтобы расплавить некоторые минералы , но не все из них. Частичное плавление — важная часть формирования всех магматических пород и некоторых метаморфических пород (например, мигматитов ), о чем свидетельствуют многочисленные геохимические , геофизические и петрологические исследования. [1]
Параметры, влияющие на частичное плавление, включают состав материнской породы, давление и температуру окружающей среды, а также наличие воды или других жидкостей. [2] [1] Что касается механизмов, обусловливающих частичное плавление, то основными являются декомпрессионное плавление и плавление флюса . Декомпрессионное плавление происходит, когда горные породы переносятся из зон более высокого давления в земную кору , понижая температуру плавления ее минеральных компонентов, вызывая тем самым частичное плавление. С другой стороны, плавление флюса происходит, когда вода и другие летучие вещества контактируют с горячей породой, снижая температуру плавления минералов и приводя к частичному плавлению. [2] За некоторыми исключениями (например, Йеллоустон [3] ), проводимость тепла считается механизмом, слишком медленным и неэффективным, чтобы частично расплавить большие массивы горных пород. [2]
Частичное плавление также связано с образованием руд . Месторождения магматических и гидротермальных руд, таких как хромиты , Ni - Cu сульфиды , редкометалльные пегматиты , кимберлиты , вулканические массивные сульфидные месторождения, являются примерами ценных природных ресурсов, тесно связанных с условиями происхождения, миграции и размещения частичных расплавов. . [4]
Параметры
[ редактировать ]
Плавление в мантии зависит от следующих параметров: состава горных пород , давления и температуры , а также наличия летучих веществ .
Состав
[ редактировать ]Химический состав горных пород влияет на их температуру плавления и конечный продукт частичного плавления. Например, общий химический состав расплавов, полученных экспериментально из осадочных пород , таких как сланцы и граувакка, отражает химический состав материнских пород. [7] Кроме того, породы, содержащие минералы с более низкими температурами плавления, легче подвергаются частичному плавлению при тех же условиях давления и температуры по сравнению с минералами с более высокими температурами плавления. [4]
Температура и давление
[ редактировать ]Температура и давление могут оказывать существенное влияние на степень частичного плавления, происходящего в горных породах. Когда температура низкая, давление также должно быть низким, чтобы произошло плавление, а когда температура высокая, давление должно быть выше, чтобы предотвратить плавление. Более высокое давление может подавить плавление, а более высокая температура может способствовать ему. Степень частичного плавления зависит от баланса между температурой и давлением, оба из которых оказывают сильное влияние на процесс. [5]
Добавление летучих веществ
[ редактировать ]Присутствие летучих веществ может значительно снизить температуру солидуса данной системы. [8] [9] Это позволяет генерировать расплав при более низких температурах, чем прогнозировалось, устраняя необходимость изменения давления или температурных условий системы. Более того, некоторые считают, что летучие вещества контролируют стабильность минералов и химические реакции, которые происходят во время частичного плавления. [10] в то время как другие отводят этим компонентам более подчиненную роль. [11]
Механизмы
[ редактировать ]
Основными механизмами частичного плавления являются декомпрессионное плавление и плавление флюса . Первый процесс происходит при движении тел горной породы от более высокого к более низкому давлению, вызывая плавление части его компонентов, а второй вызван присоединением флюидов , понижающих температуру плавления минералов , что приводит к их плавлению при более низкие температуры. Хотя теплопроводность является известным механизмом, способным передавать тепло от одного тела к другому, она играет второстепенную роль в возникновении частичного плавления. Это связано с неэффективным тепловым потоком в крупных горных телах твердой части Земли и отсутствием источников тепла, способных вызвать частичное плавление. [2]
Декомпрессионная плавка
[ редактировать ]Основной процесс, ответственный за образование базальтовых расплавов в определенных условиях, таких как рифтовые зоны на континентах, задуговые бассейны , зоны спрединга морского дна и внутриплитные горячие точки . Тектоника плит и мантийная конвекция ответственны за транспортировку горячих и менее плотных пород к поверхности. Это вызывает снижение давления без потери тепла , что приводит к частичному плавлению. [13] В зонах спрединга морского дна ( срединно-океанические хребты ) поднимающийся из мантии горячий перидотит из-за понижения давления подвергается частичному плавлению, образуя базальтовый расплав и твердую фазу. Этот расплав, выдавленный на поверхность, ответственен за создание новой океанической коры . В континентальных рифтах, где литосфера более холодная и жесткая, декомпрессионное плавление происходит, когда материал из горячей и более пластичной астеносферы перемещается в область более низких давлений. [2]
Плавление флюса
[ редактировать ]Декомпрессионное плавление не объясняет, как вулканы образуются над зонами субдукции , поскольку в этом случае происходит увеличение давления, когда океаническая плита погружается под более холодную океаническую плиту или континентальную плиту . Механизм, объясняющий плавление в этой ситуации, — плавление флюса . В этом случае при воды , материала океанической коры и метаморфизованных добавлении в систему мантийных пород минералы могут плавиться при более низких температурах. [15] Есть аргументы в пользу того, что наиболее эффективный способ переноса материала от погружающейся плиты к вулканической дуге на поверхности — это расплавление самой плиты. [16] в то время как другие взгляды поддерживают то, что плавление происходит между литосферой и плитой . [17] [18]
Теплопроводность
[ редактировать ]Хотя декомпрессия и плавление флюса являются основными механизмами, вызывающими частичное плавление, образование некоторых магматических систем, таких как крупные кислые континентальные резервуары магмы (например, Йеллоустонский [3] ), ими не объяснены. В данном случае теплопроводность механизмом, ответственным за это, является . Когда базальтовый расплав движется по континентальной коре, он может накапливаться и частично кристаллизоваться . В этом случае, если выделяется достаточно тепла, это может вызвать плавление окружающих пород и образование кислой магмы. [19] Значение этого явления для модификации континентальной коры является темой обсуждения в научном сообществе. [20]
Значение
[ редактировать ]Частичное плавление — важный процесс в геологии , связанный с химической дифференциацией пород земной коры . На Земле частичное плавление мантии в срединно-океанических хребтах образует океаническую кору , а частичное плавление мантии и океанической коры в зонах субдукции создает континентальную кору . [5]
Кроме того, процесс частичного плавления связан и с разработкой ряда рудных месторождений, таких как: [4]
- Легкий редкоземельный элемент (ЛРЗЭ) в карбонатитах ;
- Хромитовые месторождения;
- Месторождения полиметаллических Ni - Cu сульфидов в основных и ультраосновных породах;
- ЭПГ ; сульфидные месторождения
- Редкометалльные пегматиты ;
- Месторождения алмазов в кимберлитах и лампроитах .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Килинч, Аттила (1 декабря 1989 г.). «Частичное плавление пород земной коры» . Инженерная геология . 27 (1): 279–299. Бибкод : 1989EngGe..27..279K . дои : 10.1016/0013-7952(89)90036-7 . ISSN 0013-7952 .
- ^ Jump up to: а б с д и Азимоу, Пол Д. (2016), «Частичное плавление» , в книге Уайт, Уильям М. (редактор), Энциклопедия геохимии: всеобъемлющий справочный источник по химии Земли , Серия энциклопедии наук о Земле, Cham: Springer International Издательство, стр. 1–6, doi : 10.1007/978-3-319-39193-9_218-1 , ISBN. 978-3-319-39193-9 , получено 13 февраля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Хуанг, Х.-Х.; Лин, Ф.-К.; Шмандт, Б.; Фаррелл, Дж.; Смит, РБ; Цай, ВК (15 мая 2015 г.). «Йеллоустонская магматическая система от мантийного плюма до верхней коры» . Наука . 348 (6236): 773–776. Бибкод : 2015Sci...348..773H . дои : 10.1126/science.aaa5648 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 25908659 . S2CID 3070257 .
- ^ Jump up to: а б с Ридли, Джон (2013). Геология рудных месторождений . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. дои : 10.1017/cbo9781139135528 . ISBN 978-1-107-02222-5 .
- ^ Jump up to: а б с Винтер, Джон Д. (2010). Основы магматической и метаморфической петрологии . Джон Д. Винтер (2-е изд.). Нью-Йорк: Прентис Холл. ISBN 978-0-321-59257-6 . OCLC 262694332 .
- ^ Морс, Стернс А. (1980). Базальты и фазовые диаграммы: введение в количественное использование фазовых диаграмм в магматической петрологии . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 0-387-90477-8 . OCLC 6143116 .
- ^ Килинч, Айова; Бёрнем, CW (1 апреля 1972 г.). «Распределение хлоридов между силикатным расплавом и сосуществующей водной фазой от 2 до 8 килобар» . Экономическая геология . 67 (2): 231–235. Бибкод : 1972EcGeo..67..231K . дои : 10.2113/gsecongeo.67.2.231 . ISSN 1554-0774 .
- ^ Ли, Цзяхао; Дин, Син; Лю, Цзюньфэн (2022). «Роль флюидов в плавлении континентальной коры и образовании гранитоидов: обзор» . Геонауки . 12 (8): 285. Бибкод : 2022Geosc..12..285L . doi : 10.3390/geosciences12080285 . ISSN 2076-3263 .
- ^ Коллинз, Уильям Дж.; Хуан, Хуэй-Цин; Цзян, Сяоянь (4 января 2016 г.). «В результате плавления земной коры образуются кордильерские батолиты» . Геология . 44 (2): 143–146. Бибкод : 2016Geo....44..143C . дои : 10.1130/g37398.1 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Сафонов О.Г.; Косова, С.А. (01 сентября 2017 г.). «Флюидно-минеральные реакции и плавление ортопироксен-кордиерит-биотитовых гнейсов в присутствии флюидов H2O-CO2-NaCl и H2O-CO2-KCl в условиях метаморфизма гранулитовой фации» . Петрология . 25 (5): 458–485. Бибкод : 2017Петро..25..458С . дои : 10.1134/S086959111705006X . ISSN 1556-2085 . S2CID 135331685 .
- ^ Ньютон, Роберт С.; Туре, Жак ЛР; Аранович, Леонид Юрьевич (2014). «Флюиды и активность H2O в начале метаморфизма гранулитовой фации» . Докембрийские исследования . 253 : 17–25. Бибкод : 2014PreR..253...17N . doi : 10.1016/j.precamres.2014.06.009 . ISSN 0301-9268 .
- ^ Гротцингер, Джон П. (2020). Понимание земли . Томас Х. Джордан (8-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-319-05532-5 . OCLC 1120096743 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Маккензи, Д.; Бикл, MJ (1988). «Объем и состав расплава, образующегося в результате расширения литосферы» . Журнал петрологии . 29 (3): 625–679. дои : 10.1093/petrology/29.3.625 . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Локвуд, Джон П. (2010). Вулканы: глобальные перспективы . Ричард В. Хэзлетт. Хобокен, Нью-Джерси: Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1-4051-6249-4 . OCLC 452272618 .
- ^ Гроув, Тимоти Л.; Чаттерджи, Ниланджан; Парман, Стивен В.; Медар, Этьен (15 сентября 2006 г.). «Влияние H2O на плавление мантийного клина» . Письма о Земле и планетологии . 249 (1): 74–89. Бибкод : 2006E&PSL.249...74G . дои : 10.1016/j.epsl.2006.06.043 . ISSN 0012-821X .
- ^ Драммонд, штат Массачусетс; Дефант, МЮ; Кепежинскас, ПК (1996). «Петрогенезис плитных трондьемит-тоналит-дацитовых/адакитовых магм» . Труды Королевского общества Эдинбурга по наукам о Земле и окружающей среде . 87 (1–2): 205–215. Бибкод : 1996EETR..87..205D . дои : 10.1017/S0263593300006611 . ISSN 1755-6929 . S2CID 131616869 .
- ^ Хакер, Брэдли Р.; Аберс, Джеффри А.; Пикок, Саймон М. (2003). «Фабрика субдукции 1. Теоретическая минералогия, плотности, скорости сейсмических волн и H 2 содержание O» . Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 108 (B1): 2029. Бибкод : 2003JGRB..108.2029H . дои : 10.1029/2001jb001127 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Когисо, Тецу; Омори, Соичи; Маруяма, Сигенори (1 декабря 2009 г.). «Генезис магмы под дугой Северо-Восточной Японии: новый взгляд на магматизм зоны субдукции» . Исследования Гондваны . 16 (3): 446–457. Бибкод : 2009GondR..16..446K . дои : 10.1016/j.gr.2009.05.006 . ISSN 1342-937X .
- ^ Аннен, К.; Бланди, Джей Ди; Спаркс, RSJ (2006). «Генезис промежуточных и кислых магм в глубоких горячих зонах земной коры» . Журнал петрологии . 47 (3) (опубликовано в марте 2006 г.): 505–539. doi : 10.1093/petrology/egi084 .
- ^ Бонин, Бернар (1 октября 2004 г.). «Обязательно ли одновозрастные основные и кислые магмы в режимах после коллизии и внутри плит обязательно подразумевают два контрастирующих источника: мантийный и коровый? Обзор» . Литос . Избранные доклады, представленные на симпозиуме: «Взаимодействие мафических и кислых магм в орогенных свитах: динамика процессов, природа конечных членов, эффекты». 78 (1): 1–24. Бибкод : 2004Litho..78....1B . дои : 10.1016/j.lithos.2004.04.042 . ISSN 0024-4937 .