Трансформации

Экзолюция Гидроидных Стадий


Чешуйки K-bearing pargasite [KCa2(Mg,Fe)4AlSi6Al2O22(OH,F)2] в клинопироксеновых включениях в пределах мегакруст граната, и чешуек флогопита в лерзолитовом (lherzolitic) диопсиде из области Sulu показывают topotactic прорастание и ограничены ядрами вмещающего клинопироксена. Эти K-и ОН-имеющие экзолюционные стадии предлагают, что первичный клинопироксен, возможно, включал значительное количество K2O и H2O при VHP условиях, как это имеет место в клинопироксеновых включениях в Кокчетавские цирконы. Это заключение совместимо с экспериментами VHP, демонстрирующими растворимость K в клинопироксене.


Подобные экзолюционные чешуйки рутила плюс содовый амфибол плюс апатит в гранате из гранатового перидотита из области Qaidam западного Китая, позволяют предположить, чтобы это продукты декомпрессии суперкремниевых majorite кристаллов из глубин более 200 км, символизирующие высокие концентрации Na2O (0.3 % веса) и гидроксила (до 1 000 ppm). Таким образом, в дополнение к DHMS (dense hydrous magnesian silicates) –плотным гидроидным магнезиальным силикатам и номинально безводным силикатам, majoritic garnet и суперкремниевый клинопироксен могли быть важными бассейнами H2O в глубинах мантии.


Полиморфные Трансформации


Прорастание орто-и клиноэнстатитовых чешуек типично для китайских орогенных гранатовых перидотитов. Чешуйки (lamellae) клиноэнстатита в ортоэнстатите, возможно формировались или как инверсия от ортоэнстатита, или диспласивной (displacive) трансформацией от VHP клиноэнстатита в ходе декомпрессии. Эксперименты указывают, что ортоэнстатит трансформируется в VHP клиноэнстатит при давлении P свыше 8 GPa, и температуре в 900 °, что соответствует глубине мантии около 300 км. Прорастание высокобарического клиноэнстатита в полученном из мантии перидотите, и inferred majoritic garnet precursor, возможно, сформировалось на большой глубине в клине мантии перед вставкой в погружающуюся континентальную литосферную пластину, затем произошла перекристаллизация в течение метаморфизма зон субдукции (subduction-zone metamorphism).


Синергетические Изучения VHP Метаморфизма с Физикой Минералов


На базе вышесказанного можно заключить, что некоторые сегменты континентальной коры достигли глубин субдукции или превышающие 200 км, вовлекая литологию пассивной границы, включая карбонаты, felsic, pelitic, и некоторое количество мафито-ультрамафитового протолита. Некоторые перидотиты, теперь разместившиеся в континентальных орогенных зонах, возможно, были сформированы еще глубже. Однако распознать, была ли получена минеральная экзолюция из мантийных гранатовых перидотитов (mantle-derived garnet peridotites) в результате декомпрессии в клине мантии, или из-за эксгумации в зоне субдукции, не возможно, кроме случаев с ограничением возраста, как в Western Gneiss Region. С появлением новых технологий изучения VHP, синхротронов нового поколения, нейтроных и лазерных средств исследования объектов наноскопического размера, стали возможными новое глубокое исследования минералов VHP и такие исследования только начинаются. Здесь три общих поля исследования физики минералов и их тектоники: идентификация минералов нано размера (nano-sized minerals), хорактеричтики фаз трансформаций, экспериментальное фазовое родство и композиционные вариации.

Идентификация Минералов Нано Размера
.

Вместитель специфических минералов описан обычными методами исследования VHP в Western Gneiss Region (38 минералов) и в массиве Dora Maira massif (более 7 минералов). Новые методы, развитые для эксперимента с высоким разрешением пространственный, временный, и энергетической задачи нужно применять для микроанализа твердых и жидких включений в естественные VHP минералы, включая след (trace) и фазы опок (opaque phases в сульфидах Fe-Ni) в гранатовом перидотите и корундовом гранате (corundum-bearing garnetite). Вездесущие минеральные и жидкие включения микроразмера в жестких, твердых вместителях VHP минералов (in tough, rigid VHP mineral hosts), включая циркон, алмаз, гранат, и пироксены, должны быть охарактеризованы аналитической электронной микроскопией по их структуре и составу. Например, кокчетавит, новый гексагональный полиморф K-полевого шпата, был обнаружен как метастабильная фаза вместе с а-кристобалитом плюс phengite плюс силикатное (siliceous) стекло с или без флогопита/титанита/кальцита/циркона как многофазное облакоподобное включение в клинопироксен и гранат из алмазоносных гранат-пироксненовых пород Кокчетава. Эта проблематичная стадия (размера 2-7-миллимикрон) может быть не распознана как K-полевой-шпат обычными методами и может быть ошибочно признана стадией экзолюции.


Методы фокусированного ионного луча (focused ion beam techniques) и TEM (трансмиссионная электронная микроскопия) микроалмазов из Рудных гор (Erzgebirge) показали многочисленные нанометрические кристаллические ксенолиты, включая фазы известных стехиометрий (stoichiometries), таких как SiO2 и Al2SiO5 и минералов с различными комбинациями Si, K, P, Ti, Fe, и O2. Эти стадии нужно исследовать при помощи радиации синхротрона. К примеру, метаморфические алмазы Рудных гор были исследованы, используя синхротрон инфракрасного поглощения, Рамановское рассеивание и флюоресцентную спектроскопию (synchrotron infrared absorption, Raman scattering, and fluorescence spectroscopy). Характерными особенностями являтся пропечатки С и CH, молекулярная Н2О, ОН −, радикал CO3 2 − и примеси N вся поддержки алмазной кристаллизации из богатого на COH-суперкритического флюида.


Характеристика Минеральной Экзолюции и Фаз Трансформации.



Экзолюционные прорастания (еxsolution intergrowths) обычны в минералах пород уменьшенных давлений VHP; однако механизмы экзоляции плохо изучены. Каждый имеющий чешуйки вмещающий минерал (lamellae-bearing host mineral) сохраняет информацию относительно состава и физических условий формирования гомогенной стадии предшественника (homogeneous precursor phase), так же как и части P-T дорожки в ходе декомпрессии. Композиционная и структурная характеристика пар «вмещающие минералы – чешуйки» (lamellae–host mineral pairs) обеспечивает важные границы физических состояний кристаллизации/перекристаллизации. Такие изучения должны включать последующее экспериментирование, чтобы очертить P-T условия и механизмы для формирования первичных VHP минералов.

Композиционные Вариации


Экспериментальные исследования KMASH, CMASH, и KNCMASH систем показали возможность возникновения гидроидных фаз в породах VHP пелитового (pelitic) и перидотитового (peridotitic) ряда. Экспериментальное исследование гидроксильной растворимости в клинопироксене, ортопироксене и оливине указывает, что ОН содержание этих минералов сильно зависит от давления и температуры. Многие имеющиеся гидроксильные стадии типа ОН-топаз и стадии A устойчивы только при мантийном P-T состоянии при геотермах значительно меньше чем 5°C/км. Поскольку такие условия являются переходными и неизбежно сопровождаются периодом теплового расслабления, эти фазы имеют небольшой шанс на преодоление увеличения температур T и уменьшения давления P при возвращении к поверхности в процессе эрозионных и тектонически процессов. Однако существует одна возможность для сохранения этих фаз как минутное включение в сильную механическую силу непроницаемых контейнеров тапа граната, циркона или алмаза (as minute inclusions in high mechanical-strength, impervious containers like garnet, zircon, or diamond).

Интерпретация возникновения majoritic garnets в орогенных перидотитах требует лучших экспериментальных данных и некоторых синтезов достигнутых результатов. Например определение глубин формирования majoritic garnets базируется на исследовании псевдодвойной системы MgSiO3-Mg3Al2Si3O12 (reconnaissance investigation of the pseudobinary system MgSiO3–Mg3Al2Si3O12). Хотя эксперименты включают исследования эффектов Fe и Ca, эффект Ti не исследуется. Растворимость Ti, K, ОН, и других trace elements в оливине, гранате и пироксене в мафических-ультрамафических системах нужно бы исследовать, поскольку естественные аналоги демонстрируют многочисленные микроструктуры. Эти фазы также содержат случайные включения (minute inclusions), пока еще не исследованные, которые, возможно, представляют VHP фазы или высокогидроидные магнезиальные силикаты DHMS (dense hydrous magnesian silicates), предварительно синтезируемые только в алмазной ячейке или экспериментах мультинаковальни (multianvil). Открытие естественных представителей этих синтетических фаз было бы шагом вперед к пониманию процессов в мантии, включая роль гидроидных стадий как участки хранения для H2O (as storage sites for H2O).