Алмазные включения
Алмазные включения — это неалмазные материалы, которые инкапсулируются внутри алмаза в процессе его формирования в мантии . Захваченными материалами могут быть другие минералы или жидкости , например вода. Поскольку алмазы обладают высокой прочностью и низкой реакционной способностью как с включениями, так и с вулканическими вмещающими породами, которые переносят алмаз на поверхность Земли, алмаз служит контейнером, который сохраняет включенный материал нетронутым при меняющихся условиях от мантии к поверхности. Хотя для алмазов можно установить только нижнюю границу давления их образования, многие включения накладывают дополнительные ограничения на давление, температуру и даже возраст образования.
Типы включения
[ редактировать ]| Виды и материалы алмазных включений (Резюме) | |
|---|---|
| Типы | Основные материалы |
| Минеральный (твердый) | Силикаты (например , гранат , силикатные перовскиты ), оксиды , сульфиды |
| Жидкость | Жидкости (содержащие карбонаты, силикаты, сульфиды, галогениды , гидроксильные группы и т. д.), вода, рассолы |
| Многофазный | Флюидные включения, сосуществующие с минеральными включениями в одном алмазе |
Минеральные включения
[ редактировать ]
Минеральные включения, особенно силикатные включения в литосферных алмазах, можно разделить на два доминирующих типа в зависимости от мантийных материнских пород вмещающего алмаза: эклогит (Е-тип) и перидотит (Р-тип). Это две основные материнские породы для образования алмазов, которые в основном приводят к силикатным включениям. [ 1 ] [ 4 ] Включения P-типа и E-типа можно отличить по содержанию конкретных материалов в захваченном минерале. Например, во включениях граната соотношение содержания оксида хрома(III) (Cr 2 O 3 ) и оксида кальция (CaO). основой классификации может быть [ 5 ] Включения граната Е-типа содержат меньше Cr 2 O 3 , а Р-типа – меньше CaO. Микроэлементы , такие как редкоземельные элементы (РЗЭ), также могут характеризовать включения граната Р-типа и Е-типа. [ 6 ] Аналогично, включения азота можно разделить на включения P-типа и E-типа путем анализа их стабильных изотопов . [ 7 ] Для сульфидных включений осмия содержание по данным рениево-осмиевого датирования позволяет дифференцировать включения P-типа и E-типа. [ 8 ]
В кратонной коре кратона Каапваал - Зимбабве (Южная Африка) скорость сейсмической активности на глубине 150 км коррелирует с природой алмазных включений, перидотитовых или эклогитовых. Это говорит о том, что скорости P-волн в литосфере можно использовать, возможно, где-либо еще, а также в Южной Африке, для картирования распределения различных регионов-источников алмазов. [ 9 ]
Сублитосферные минеральные включения, такие как мейджорит и силикатные перовскиты (например, бриджманит, давемаоит ), также можно разделить на ультраосновного типа (перидотит) и базальтового типа (эклогит). включения [ 11 ] Однако эти дополнительные классификации сложнее, чем литосферные включения, из-за редкости образцов, малого размера зерен и трудностей распознавания исходных минеральных комплексов в условиях глубокой мантии . [ 1 ]
Время кристаллизации минералов можно использовать для разделения алмазных включений на три типа: протогенетические , сингенетические и эпигенетические включения. [ 14 ] Минералы в протогенетических включениях кристаллизовались раньше образования алмаза. Алмаз-хозяин инкапсулировал ранее существовавшие минералы во время кристаллизации. Таким образом, протогенетические включения дают информацию об условиях, существовавших до образования алмаза. Это может объяснить изотопно разные минеральные включения, обнаруженные в алмазах одной и той же генерации. [ 15 ] Для сингенетических минеральных включений кристаллизация захваченного минерала и алмаза происходит одновременно. [ 1 ] В этом случае экологические показатели включенных минералов совпадают с экологическими показателями алмаза-хозяина. Сингенетические включения могут быть подтверждены наложением морфологии -хозяина алмаза на захваченный минерал. [ 16 ] Эпигенетические включения образуются из минералов, кристаллизовавшихся после образования алмаза. Образовавшиеся после этого минералы могут кристаллизоваться вдоль трещин алмаза, или ранее существовавшие протогенетические/сингенетические включения могли превратиться в новый материал. [ 1 ]
Минеральные включения могут сохранять материалы, образовавшиеся в экстремальных условиях мантии Земли, до состояния на поверхности. [ 1 ] Это позволяет открыть естественную форму минералов, которые раньше синтезировались только в лаборатории. [ 17 ] Например, природному перовскиту силиката кальция (CaSiO 3 ) недавно было присвоено название минерала давемаоит , когда он был обнаружен как минеральное включение в алмазе в 2021 году. [ 18 ] Открытие было неожиданным из-за экстремальных условий, необходимых для синтеза давемаоита, из-за которых казалось маловероятным, что он сможет сохраниться на поверхности Земли. [ 17 ]
| Классификация минеральных включений (Резюме) | ||
|---|---|---|
| Классификация | Типы | И т. д. |
| Место включения | - Литосферный
- сублитосферный |
|
| Родительские породы алмаза-хозяина | - П-тип ( перидотитовый )
- Е-тип ( эклогитовый ) |
|
| Время кристаллизации включенного минерала | - Протогенетический
- Сингенетический - Эпигенетический |
|
Жидкие включения
[ редактировать ]Жидкие включения улавливают жидкости, содержащие такие материалы, как силикаты, карбонаты и гидроксильные группы, воду и рассол. [ 19 ] Такие флюидные включения можно обнаружить в алмазах с покрытием (монокристаллические алмазы, покрытые поликристаллическими алмазами с флюидными включениями) и волокнистых алмазах (алмазы, покрытые стержнями или лезвиями алмазов с волокнистой структурой). [ 1 ] Флюидные микровключения содержат преимущественно карбонаты, а силикатные или галогениды образуют силикат-карбонатные или галогенид-карбонатные ассоциации . [ 20 ] Аналогичным образом, соляные флюиды субдукционного происхождения с высокой концентрацией K и Cl можно обнаружить в микровключениях в мутных алмазах (богатые флюидом центральные волокнистые алмазы превращаются в бедные жидкостью внешние алмазы). [ 21 ] Включения соляной соли и кремниевой жидкости не сосуществуют, что подразумевает несмешиваемость двух жидкостей во время образования алмаза. [ 22 ] [ 23 ] Присутствие летучих материалов, происходящих из зон субдукции, таких как сульфидные включения, может указывать на жизнеспособность связанной с субдукцией рециркуляции коры во время образования алмазов на определенных континентах, где алмаз был создан. [ 24 ]
форма воды высокого давления, известная как лед-VII В 2018 году во включении алмаза была обнаружена . Это открытие предполагает наличие богатых водой флюидов в переходной зоне . [ 25 ]
Многофазные включения
[ редактировать ]В алмазообразующих условиях высоких давлений и температур водосиликатный расплав и водный флюид образуют однофазную сверхкритическую смесь . Эта смесь образует волокнистые, мутные или поликристаллические алмазы с многофазными включениями. [ 26 ] Многофазные включения содержат флюиды (в основном содержащие карбонаты и силикаты, водные флюиды высокой плотности и рассолы ) и минеральные включения в том же алмазе. [ 27 ]
Методы исследования
[ редактировать ]Методы высокого разрешения, такие как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) , просвечивающая электронная микроскопия (TEM) , визуализация сканирующей электронной микроскопии (SEM) и электронный микрозонд (EPMA), обычно используются для анализа состава и фазы захваченного материала в алмазе. . [ 1 ] Неразрушающие упругие методы, такие как микрорамановская спектроскопия , анализ двойного лучепреломления деформации и дифракция рентгеновских лучей на монокристаллах , используются для оценки температурно-барических условий материала внутри алмаза при минимизации повреждения образца. [ 1 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Шири, Стивен Б.; Картиньи, Пьер; Фрост, Дэниел Дж.; Кешав, Шантану; Нестола, Фабрицио; Нимис, Паоло; Пирсон, Д. Грэм; Соболев Николай Владимирович; Уолтер, Майкл Дж. (1 января 2013 г.). «Алмазы и геология мантийного углерода» . Обзоры по минералогии и геохимии . 75 (1): 355–421. Бибкод : 2013RvMG...75..355S . дои : 10.2138/rmg.2013.75.12 . ISSN 1529-6466 .
- ^ Стачел, Т.; Харрис, JW (1 сентября 2008 г.). «Происхождение кратонных алмазов — Ограничения минеральных включений» . Обзоры рудной геологии . Генезис месторождений драгоценных камней. 34 (1): 5–32. Бибкод : 2008ОГРв...34....5С . doi : 10.1016/j.oregeorev.2007.05.002 . ISSN 0169-1368 .
- ^ Грюттер, Герман С.; Герни, Джон Дж.; Мензис, Эндрю Х.; Зима, Ферди (1 сентября 2004 г.). «Обновленная схема классификации гранатов мантийного происхождения для использования исследователями алмазов» . Литос . Избранные доклады восьмой Международной кимберлитовой конференции. Том 2: Том Дж. Барри Хоторна. 77 (1): 841–857. Бибкод : 2004Litho..77..841G . doi : 10.1016/j.lithos.2004.04.012 . ISSN 0024-4937 .
- ^ «Возраст, происхождение и размещение алмазов: научные достижения за последнее десятилетие | Драгоценные камни и геммология» . www.gia.edu . Проверено 14 февраля 2022 г.
- ^ Герни, Джей-Джей; Свитцер, Г.С. (1 июня 1973 г.). «Открытие гранатов, тесно связанных с алмазами, в трубке Финш, Южная Африка» . Вклад в минералогию и петрологию . 39 (2): 103–116. Бибкод : 1973CoMP...39..103G . дои : 10.1007/BF00375734 . ISSN 1432-0967 . S2CID 129566418 .
- ^ Стачел, Томас; Аульбах, Соня; Брей, Герхард П.; Харрис, Джефф В.; Леост, Ингрид; Тапперт, Ральф; Вильоен, К.С. (Фанус) (1 сентября 2004 г.). «Микроэлементный состав силикатных включений в алмазах: обзор» . Литос . Избранные доклады восьмой Международной кимберлитовой конференции. Том 2: Том Дж. Барри Хоторна. 77 (1): 1–19. Бибкод : 2004Litho..77....1S . дои : 10.1016/j.lithos.2004.03.027 . ISSN 0024-4937 .
- ^ Картиньи, Пьер (01 марта 2005 г.). «Стабильные изотопы и происхождение алмаза» . Элементы . 1 (2): 79–84. Бибкод : 2005Элеме...1...79C . дои : 10.2113/gselements.1.2.79 . ISSN 1811-5209 .
- ^ Пирсон, Д.Г.; Ширей, СБ; Харрис, JW; Карлсон, RW (1 августа 1998 г.). «Сульфидные включения в алмазах из кимберлита Коффифонтейн, Южная Африка: ограничения на возраст алмазов и мантийную систематику Re – Os» . Письма о Земле и планетологии . 160 (3): 311–326. Бибкод : 1998E&PSL.160..311P . дои : 10.1016/S0012-821X(98)00092-2 . ISSN 0012-821X .
- ^ Jump up to: а б Шири, Стивен Б.; Харрис, Джеффри В.; Ричардсон, Стивен Х.; Фуш, Мэтью Дж.; Джеймс, Дэвид Э.; Картиньи, Пьер; Дайнс, Питер; Вильоэн, Фанус (6 сентября 2002 г.). «Генезис алмазов, сейсмическая структура и эволюция кратона Каапваал-Зимбабве» . Наука . 297 (5587): 1683–1686. Бибкод : 2002Sci...297.1683S . дои : 10.1126/science.1072384 . ПМИД 12215642 . S2CID 21246590 .
- ^ «Минералогическое общество Америки – Углерод в Земле (открытый доступ)» . www.minsocam.org . Проверено 18 февраля 2022 г.
- ^ Стачел, Томас; Брей, Герхард П.; Харрис, Джеффри В. (01 марта 2005 г.). «Включения в сублитосферных алмазах: взгляд на глубины Земли» . Элементы . 1 (2): 73–78. Бибкод : 2005Элеме...1...73S . дои : 10.2113/gselements.1.2.73 . ISSN 1811-5209 . S2CID 129249737 .
- ^ Нестола, Фабрицио; Нимис, Паоло; Зиберна, Лука; Лонго, Микаэла; Марзоли, Андреа; Харрис, Джефф В.; Мангнани, Мурли Х.; Федорчук, Яна (01.05.2011). «Первое определение кристаллической структуры оливина в алмазе: состав и значение для происхождения в мантии Земли» . Письма о Земле и планетологии . 305 (1): 249–255. Бибкод : 2011E&PSL.305..249N . дои : 10.1016/j.epsl.2011.03.007 . ISSN 0012-821X .
- ^ Соболев, Н.В. «Кристаллические включения с октаэдрическими гранями в алмазах». Доклады Академии наук . 204 : 117.
- ^ Мейер, Генри О.А.; МакКаллум, Малкольм Э. (1986). «Минеральные включения в алмазах из Слоанских кимберлитов, Колорадо» . Журнал геологии . 94 (4): 600–612. Бибкод : 1986JG.....94..600M . дои : 10.1086/629062 . ISSN 0022-1376 . JSTOR 30071572 . S2CID 128532495 .
- ^ Томассот, Э.; Картиньи, П.; Харрис, JW; Лоранд, JP; Роллион-Бард, К.; Шоссидон, М. (30 мая 2009 г.). «Метасоматический рост алмазов: мультиизотопное исследование (13C, 15N, 33S, 34S) сульфидных включений и алмазов-хозяев из Джваненга (Ботсвана)» . Письма о Земле и планетологии . 282 (1): 79–90. Бибкод : 2009E&PSL.282...79T . дои : 10.1016/j.epsl.2009.03.001 . ISSN 0012-821X .
- ^ JW, Харрис (1968). «Распознавание алмазных включений. 1. Сингенетические минеральные включения». Обзор промышленных алмазов . 28 : 402.
- ^ Jump up to: а б Витце, Александра (11 ноября 2021 г.). «Алмаз доставляет долгожданный минерал из глубин Земли» . Природа . дои : 10.1038/d41586-021-03409-2 . ПМИД 34764468 . S2CID 244039394 .
- ^ Чаунер, Оливер; Хуан, Шичунь; Ян, Шуйин; Хумаюн, Мунир; Лю, Вэньцзюнь; Кордер, Стефани Н. Гилберт; Бектель, Ханс А.; Тишлер, Джон; Россман, Джордж Р. (12 ноября 2021 г.). «Открытие давемаоита, CaSiO3-перовскита, как минерала нижней мантии» . Наука . 374 (6569): 891–894. Бибкод : 2021Sci...374..891T . дои : 10.1126/science.abl8568 . ПМИД 34762475 . S2CID 244039905 .
- ^ ДеКорт, К; Картиньи, П; Шацкий В.С.; Соболев Н. В.; Джавой, М. (1 декабря 1998 г.). «Свидетельства флюидных включений в метаморфических микроалмазах Кокчетавского массива, Северный Казахстан» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 62 (23): 3765–3773. Бибкод : 1998GeCoA..62.3765D . дои : 10.1016/S0016-7037(98)00266-X . ISSN 0016-7037 .
- ^ Кляйн-Бен-Давид, Офра; Вирт, Ричард; Навон, Одед (1 февраля 2006 г.). «TEM-визуализация и анализ микровключений в алмазах: внимательный взгляд на жидкости для выращивания алмазов» . Американский минералог . 91 (2–3): 353–365. Бибкод : 2006AmMin..91..353K . дои : 10.2138/am.2006.1864 . ISSN 1945-3027 . S2CID 98714884 .
- ^ Израэли, Элад С.; Харрис, Джеффри В.; Навон, Одед (15 мая 2001 г.). «Рассоловые включения в алмазах: новая жидкость верхней мантии» . Письма о Земле и планетологии . 187 (3): 323–332. Бибкод : 2001E&PSL.187..323I . дои : 10.1016/S0012-821X(01)00291-6 . ISSN 0012-821X .
- ^ Сафонов Олег Георгиевич; Перчук Леонид Л.; Литвин, Юрий А. (15 января 2007 г.). «Закономерности плавления в хлоридно-карбонатно-силикатных системах при высоком давлении и модель образования щелочных алмазообразующих жидкостей в верхней мантии» . Письма о Земле и планетологии . 253 (1): 112–128. Бибкод : 2007E&PSL.253..112S . дои : 10.1016/j.epsl.2006.10.020 . ISSN 0012-821X .
- ^ Берджесс, Рэй; Картиньи, Пьер; Харрисон, Даррелл; Хобсон, Эмили; Харрис, Джефф (15 марта 2009 г.). «Летучий состав микровключений в алмазах из кимберлита Панда, Канада: последствия химической и изотопной неоднородности в мантии» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (6): 1779–1794. Бибкод : 2009GeCoA..73.1779B . дои : 10.1016/j.gca.2008.12.025 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Ричардсон, Ш.; Ширей, СБ; Харрис, JW; Карлсон, RW (15 сентября 2001 г.). «Архейская субдукция, зафиксированная изотопами Re – Os в эклогитовых сульфидных включениях в алмазах Кимберли» . Письма о Земле и планетологии . 191 (3): 257–266. Бибкод : 2001E&PSL.191..257R . дои : 10.1016/S0012-821X(01)00419-8 . ISSN 0012-821X .
- ^ Чаунер, О.; Хуанг, С.; Гринберг, Э.; Прокопенко В.Б.; Ма, К.; Россман, Греция; Шен, А.Х.; Чжан, Д.; Ньювилл, М.; Ланциротти, А.; Тейт, К. (09 марта 2018 г.). «Включения Ice-VII в алмазах: свидетельства наличия водной жидкости в глубокой мантии Земли» . Наука . 359 (6380): 1136–1139. Бибкод : 2018Sci...359.1136T . дои : 10.1126/science.aao3030 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 29590042 . S2CID 206662912 .
- ^ Бюро, Элен; Лангенхорст, Фалько; Озенде, Анн-Лайн; Фрост, Дэниел Дж.; Эстев, Имене; Зиберт, Жюльен (15 января 2012 г.). «Рост волокнистых, мутных и поликристаллических алмазов» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 77 : 202–214. Бибкод : 2012GeCoA..77..202B . дои : 10.1016/j.gca.2011.11.016 . ISSN 0016-7037 .
{{cite journal}}:|last1=имеет общее имя ( справка ) - ^ Израэли, Элад С.; Харрис, Джеффри В.; Навон, Одед (15 мая 2001 г.). «Рассоловые включения в алмазах: новая жидкость верхней мантии» . Письма о Земле и планетологии . 187 (3): 323–332. Бибкод : 2001E&PSL.187..323I . дои : 10.1016/S0012-821X(01)00291-6 . ISSN 0012-821X .