Карбонатные расплавы в условиях нижней мантии: к генезису сверхглубинных алмазов

Спивак А.В.*, Солопова Н.А.*^,**, Литвин Ю.А.*, Дубровинский Л.С. **

* Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка, Росиия, spivak@iem.ac.ru

** Баварский Геоинститут, Университет Байройта, Байройт, Германия

 

Экспериментально исследованы фазовые отношения и построены фазовые диаграммы систем  CaCO₃, MgCO₃ и Na₂CO₃ при давлениях до 46 ГПа и температурах до 4000 K. Получены доказательства конгруэнтного плавления Са-, Mg- карбонатов при температурах выше 2000 К и давлениях 11 – 43 ГПа и Na-карбоната при температурах выше 1200 К и давлениях до 46 ГПа. Определено, что карбонатные расплавы указанных соединений устойчивы в достаточно широких пределах давлений и температур, при этом впервые в статическом эксперименте определено положение высокотемпературных границ фазовых полей расплавов.

Впервые показано, что при достижении высокотемпературных границ Са-, Mg- и Na-карбонаты испытывают разложение с образованием соответствующих оксидов и, вероятно, флюида. Выделяющийся свободный СО₂ в свою очередь разлагается с образованием твердых форм углерода – алмаза или графита в зависимости от термодинамических и кинетических условий их нуклеации. При этом использование в эксперименте изотопно индивидуальных Ca¹³CO₃, Mg¹³CO₃, Na₂¹³CO₃ однозначно свидетельствует об образования алмаза ¹³C за счет углерода карбоната в двухступенчатых реакциях разложения карбонатных расплавов на высокотемпературных границах их фазовых полей:

СаСО₃ = СаО + CO₂; CO₂ = C + O₂ (1),

MgСО₃ = MgО + CO₂; CO₂ = C+O₂ (2),

Na₂СО₃ = Na₂О + CO₂; CO₂ = C + O₂ (3).

Вместе с тем получены экспериментальные данные, в соответствии с которыми  расплавы простых карбонатных систем на их основе СаСО₃ - С, MgCO₃ – С и Na₂CO₃ – С при 18-25 ГПа и 1700-2300 К эффективны как раствор-расплавные алмазообразующие среды у низкотемпературных границ фазовых полей карбонатных расплавов. Эти результаты перспективны в плане их приложения к модели многокомпонентных составов карбонатно-оксидно-силикатных материнских сред сверхглубинных алмазов и первичных минеральных включений в них на основе критерия сингенезиса алмаза и включений.

 

               Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 8317, дог. 16.740.11.0621 и грантов РФФИ 13-05-00835, 12-05-33044 и 11-05-00401.