stringtranslate.com

Алмазные включения

Включение граната в алмазе-хозяине.

Алмазные включения — это неалмазные материалы, которые инкапсулируются внутри алмаза в процессе его формирования в мантии . Захваченными материалами могут быть другие минералы или жидкости , такие как вода. Поскольку алмазы обладают высокой прочностью и низкой реакционной способностью как с включением, так и с вулканическими вмещающими породами, которые переносят алмаз на поверхность Земли, алмаз служит контейнером, который сохраняет включенный материал нетронутым в изменяющихся условиях от мантии до поверхности. Хотя алмазы могут устанавливать только нижнюю границу давления своего формирования, многие включения накладывают дополнительные ограничения на давление, температуру и даже возраст формирования.

Типы включения

Минеральные включения

Содержание хрома и кальция в различных включениях. Эклогитовые (т.е. гранатсодержащие) включения в алмазе содержат меньше Cr2O3, тогда как перидотитовые ( лерцолит и гарцбургит ) гранатовые включения содержат меньше CaO. Эклогит и перидотит являются двумя основными материнскими породами мантии, а верлит и вебстерит являются второстепенными типами. [1] [2] [3]

Минеральные включения, особенно силикатные включения в литосферных алмазах, можно разделить на два основных типа в зависимости от мантийных материнских пород вмещающего алмаза: эклогит (E-тип) и перидотит (P-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 различить на основе содержания определенных материалов в захваченном минерале. Например, во включениях граната соотношение содержания оксида хрома (III) (Cr 2 O 3 ) и оксида кальция (CaO) может быть основой для классификации. [5] Включение граната E-типа содержит меньше Cr 2 O 3 , в то время как включение P-типа содержит меньше CaO. Микроэлементы , такие как редкоземельные элементы (РЗЭ), также могут характеризовать включения граната P-типа и E-типа. [6] Аналогичным образом, азотные включения можно классифицировать на включения P-типа и E-типа, анализируя их стабильные изотопы . [7] Для сульфидных включений содержание осмия , полученное при датировании рением-осмием, может дифференцировать включения P-типа и E-типа. [8]

В кратонной коре кратона Каапвааль - Зимбабве , Южная Африка, сейсмическая скорость на глубине 150 км коррелирует с природой алмазных включений, будь то перидотитовые или эклогитовые. Это говорит о том, что скорости литосферных P-волн могут быть использованы, возможно, в других местах, а также в Южной Африке, для картирования распределения различных регионов источников алмазов. [9]

Томографическое изображение литосферной мантии, полученное по данным P-волн. Красные квадраты представляют эклогитовые, а зеленые квадраты представляют перидотитовые включения. [10] [9]

Минеральные включения , находящиеся под литосферой, такие как маджорит и силикатные перовскиты (например, бриджманит, давемаоит ), также можно классифицировать на включения ультрамафического типа (перидотитовые) и базальтового типа (эклогитовые). [11] Однако эти дополнительные классификации сложнее, чем литосферные включения, из-за редкости образцов, малого размера зерен и трудностей в распознавании исходных минеральных ассоциаций в условиях глубокой мантии . [1]

Примеры, показывающие наложение морфологии алмаза-хозяина на включенный минерал в сингенетических включениях. (a) Включение оливина в алмазе с их гранями, наложенными октаэдрическими (o) и кубическими (c) формами, обычными для алмаза. (b) Алмаз с несколькими включениями оливина с гранями, параллельными октаэдрической грани алмаза. [1] [12] [13]

Время кристаллизации минералов можно использовать для классификации включений алмазов на три типа: протогенетические, сингенетические и эпигенетические включения. [14] Минералы в протогенетических включениях кристаллизовались раньше, чем образовался алмаз. Алмаз-хозяин инкапсулировал ранее существовавшие минералы во время своей кристаллизации. Таким образом, протогенетические включения предоставляют информацию об условиях, которые существовали до образования алмаза. Это может объяснить изотопно различные минеральные включения, обнаруженные в одном и том же поколении алмазов. [15] Для сингенетических включений минералов кристаллизация захваченного минерала и алмаза происходит одновременно. [1] В этом случае экологические записи от включенных минералов совпадают с данными алмаза-хозяина. Сингенетические включения могут быть подтверждены наложением морфологии алмаза -хозяина на захваченный минерал. [16] Эпигенетические включения образуются из минералов, которые кристаллизовались после образования алмаза. Образовавшиеся впоследствии минералы могут кристаллизоваться вдоль трещин алмаза, или же ранее существовавшие протогенетические/сингенетические включения могли быть преобразованы в новый материал. [1]

Минеральные включения могут сохранять материалы, сформированные в экстремальных условиях в мантии Земли, обратно в поверхностные условия. [1] Это позволяет открывать естественную форму минералов, которые ранее были синтезированы только в лабораторных условиях. [17] Например, природный силикат кальция перовскит (CaSiO 3 ) недавно получил 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 чего казалось маловероятным, что он мог сохраниться на поверхности Земли. [17]

Жидкие включения

Жидкостные включения захватывают жидкости, содержащие такие материалы, как силикаты, карбонаты и гидроксильные группы, воду и рассол. [19] Такие жидкие включения можно найти в покрытых алмазах (монокристаллические алмазы, покрытые поликристаллическими алмазами с жидкими включениями) и волокнистых алмазах (алмазы, покрытые стержнями или лезвиями алмазов с волокнистыми структурами). [1] Жидкостные микровключения в основном содержат карбонаты с силикатом или галогенидами, образующими силикатно-карбонатные или галогенидно-карбонатные комплексы. [20] Аналогичным образом, субдукционные солевые жидкости с высокой концентрацией K и Cl можно найти в микровключениях в мутных алмазах (богатые жидкостью центральные волокнистые алмазы, превращающиеся в бедные жидкостью внешние алмазы). [21] Солевые и кремнистые жидкие включения 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 переработки земной коры во время образования алмазов на определенных континентах, где алмаз был создан. [24]

В 2018 году в алмазном включении была обнаружена форма воды высокого давления, известная как лед-VII . Это открытие предполагает наличие богатых водой флюидов в переходной зоне . [25]

Многофазные включения

В условиях алмазообразования при высоких давлениях и температурах водный силикатный расплав и водная жидкость образуют однофазную сверхкритическую смесь . Эта смесь образует волокнистые, мутные или поликристаллические алмазы с многофазными включениями. [26] Многофазные включения содержат жидкости (в основном содержащие карбонаты и силикаты, водные жидкости высокой плотности и рассолы ) и минеральные включения в том же алмазе. [27]

Методы исследования

Высокоразрешающие методы, такие как инфракрасная Фурье-спектроскопия (FTIR) , просвечивающая электронная микроскопия (TEM) , сканирующая электронная микроскопия (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 двулучепреломления деформации и монокристаллическая рентгеновская дифракция , используются для оценки условий давления и температуры материала внутри алмаза, сводя к минимуму повреждение образца. [1]

Ссылки

  1. ^ abcdefghij Ширей, 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.
  2. ^ Stachel, T.; Harris, JW (2008-09-01). «Происхождение кратонных алмазов — ограничения, обусловленные минеральными включениями». Ore Geology Reviews . Генезис месторождений драгоценных камней. 34 (1): 5–32. Bibcode : 2008OGRv...34....5S. doi : 10.1016/j.oregeorev.2007.05.002. ISSN  0169-1368.
  3. ^ Грюттер, Герман С.; Герни, Джон Дж.; Мензис, Эндрю Х.; Винтер, Ферди (01.09.2004). «Обновленная схема классификации мантийного граната для использования исследователями алмазов». Литос . Избранные доклады Восьмой международной конференции по кимберлиту. Том 2: Том Дж. Барри Хоуторна. 77 (1): 841–857. Bibcode : 2004Litho..77..841G. doi : 10.1016/j.lithos.2004.04.012. ISSN  0024-4937.
  4. ^ «Возраст, происхождение и размещение алмазов: научные достижения последнего десятилетия | Драгоценные камни и геммология». www.gia.edu . Получено 14.02.2022 .
  5. ^ Gurney, JJ; Switzer, GS (1973-06-01). «Открытие гранатов, тесно связанных с алмазами, в трубке Финш, Южная Африка». Вклад в минералогию и петрологию . 39 (2): 103–116. Bibcode :1973CoMP...39..103G. doi :10.1007/BF00375734. ISSN  1432-0967. S2CID  129566418.
  6. ^ Stachel, Thomas; Aulbach, Sonja; Brey, Gerhard P.; Harris, Jeff W.; Leost, Ingrid; Tappert, Ralf; Viljoen, KS (Fanus) (2004-09-01). "Состав микроэлементов силикатных включений в алмазах: обзор". Lithos . Избранные доклады Восьмой международной конференции по кимберлиту. Том 2: The J. Barry Hawthorne Volume. 77 (1): 1–19. Bibcode : 2004Litho..77....1S. doi : 10.1016/j.lithos.2004.03.027. ISSN  0024-4937.
  7. ^ Картиньи, Пьер (2005-03-01). "Стабильные изотопы и происхождение алмаза". Элементы . 1 (2): 79–84. Bibcode :2005Eleme...1...79C. doi :10.2113/gselements.1.2.79. ISSN  1811-5209.
  8. ^ Пирсон, Д.Г.; Ширей, С.Б.; Харрис, Дж.У.; Карлсон, Р.У. (1998-08-01). «Включения сульфидов в алмазах из кимберлита Коффифонтейн, Южная Африка: ограничения на возраст алмазов и мантийную систематику Re–Os». Earth and Planetary Science Letters . 160 (3): 311–326. Bibcode : 1998E&PSL.160..311P. doi : 10.1016/S0012-821X(98)00092-2. ISSN  0012-821X.
  9. ^ аб 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. PMID  12215642. S2CID  21246590.
  10. ^ "Минералогическое общество Америки - Углерод в Земле (открытый доступ)". www.minsocam.org . Получено 2022-02-18 .
  11. ^ Stachel, Thomas; Brey, Gerhard P.; Harris, Jeffrey W. (2005-03-01). "Включения в сублитосферных алмазах: проблески глубокой Земли". Elements . 1 (2): 73–78. Bibcode : 2005Eleme...1...73S. doi : 10.2113/gselements.1.2.73. ISSN  1811-5209. S2CID  129249737.
  12. ^ Нестола, Фабрицио; Нимис, Паоло; Зиберна, Лука; Лонго, Микаэла; Марцоли, Андреа; Харрис, Джефф В.; Мангнани, Мурли Х.; Федорчук, Яна (2011-05-01). "Первое определение кристаллической структуры оливина в алмазе: состав и последствия для происхождения в мантии Земли". Earth and Planetary Science Letters . 305 (1): 249–255. Bibcode : 2011E&PSL.305..249N. doi : 10.1016/j.epsl.2011.03.007. ISSN  0012-821X.
  13. ^ Соболев, Н. В. «Кристаллические включения с октаэдрическими гранями в алмазах». Доклады Академии наук . 204 : 117.
  14. ^ Мейер, Генри О.А.; МакКаллум, Малкольм Э. (1986). «Минеральные включения в алмазах из кимберлитов Слоуна, Колорадо». Журнал геологии . 94 (4): 600–612. Bibcode : 1986JG.....94..600M. doi : 10.1086/629062. ISSN  0022-1376. JSTOR  30071572. S2CID  128532495.
  15. ^ Thomassot, E.; Cartigny, P.; Harris, JW; Lorand, JP; Rollion-Bard, C.; Chaussidon, M. (2009-05-30). "Метасоматический рост алмаза: многоизотопное исследование (13C, 15N, 33S, 34S) сульфидных включений и их вмещающих алмазов из Jwaneng (Ботсвана)". Earth and Planetary Science Letters . 282 (1): 79–90. Bibcode : 2009E&PSL.282...79T. doi : 10.1016/j.epsl.2009.03.001. ISSN  0012-821X.
  16. ^ JW, Harris (1968). «Распознавание включений в алмазах. 1. Сингенетические минеральные включения». Industrial Diamond Review . 28 : 402.
  17. ^ ab Witze, Alexandra (11.11.2021). «Алмаз доставляет долгожданный минерал из глубин Земли». Nature . doi :10.1038/d41586-021-03409-2. PMID  34764468. S2CID  244039394.
  18. ^ Tschauner, Oliver; Huang, Shichun; Yang, Shuying; Humayun, Munir; Liu, Wenjun; Corder, Stephanie N. Gilbert; Bechtel, Hans A.; Tischler, Jon; Rossman, George R. (12.11.2021). «Открытие давемаоита, CaSiO3-перовскита, как минерала из нижней мантии». Science . 374 (6569): 891–894. Bibcode :2021Sci...374..891T. doi :10.1126/science.abl8568. PMID  34762475. S2CID  244039905.
  19. ^ Де Корте, К; Картиньи, П; Шацкий В.С.; Соболев Н. В.; Джавой, М. (1 декабря 1998 г.). «Свидетельства наличия 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.
  20. ^ Klein-BenDavid, Ofra; Wirth, Richard; Navon, Oded (2006-02-01). "TEM imaging and analysis of microinclusions in diamonds: A close look on diamond-growing fluids". American Mineralogist . 91 (2–3): 353–365. Bibcode :2006AmMin..91..353K. doi :10.2138/am.2006.1864. ISSN  1945-3027. S2CID  98714884.
  21. ^ Израэли, Элад С.; Харрис, Джеффри У.; Навон, Одед (2001-05-15). «Рассольные включения в алмазах: новая верхняя мантийная жидкость». Earth and Planetary Science Letters . 187 (3): 323–332. Bibcode : 2001E&PSL.187..323I. doi : 10.1016/S0012-821X(01)00291-6. ISSN  0012-821X.
  22. ^ Сафонов, Олег Г.; Перчук, Леонид Л.; Литвин, Юрий А. (2007-01-15). «Соотношения плавления в хлоридно-карбонатно-силикатных системах при высоком давлении и модель образования щелочных алмазообразующих жидкостей в верхней мантии». Earth and Planetary Science Letters . 253 (1): 112–128. Bibcode :2007E&PSL.253..112S. doi :10.1016/j.epsl.2006.10.020. ISSN  0012-821X.
  23. ^ Берджесс, Рэй; Картиньи, Пьер; Харрисон, Даррелл; Хобсон, Эмили; Харрис, Джефф (2009-03-15). «Летучий состав микровключений в алмазах из кимберлита Панда, Канада: последствия для химической и изотопной гетерогенности в мантии». Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (6): 1779–1794. Bibcode : 2009GeCoA..73.1779B. doi : 10.1016/j.gca.2008.12.025. ISSN  0016-7037.
  24. ^ Ричардсон, SH; Ширей, SB; Харрис, JW; Карлсон, RW (2001-09-15). «Архейская субдукция, зафиксированная изотопами Re–Os в эклогитовых сульфидных включениях в алмазах Кимберли». Earth and Planetary Science Letters . 191 (3): 257–266. Bibcode : 2001E&PSL.191..257R. doi : 10.1016/S0012-821X(01)00419-8. ISSN  0012-821X.
  25. ^ Tschauner, O.; Huang, S.; Greenberg, E.; Prakapenka, VB; Ma, C.; Rossman, GR; Shen, AH; Zhang, D.; Newville, M.; Lanzirotti, A.; Tait, K. (2018-03-09). "Включения льда VII в алмазах: доказательства наличия водной жидкости в глубокой мантии Земли". Science . 359 (6380): 1136–1139. Bibcode :2018Sci...359.1136T. doi : 10.1126/science.aao3030 . ISSN  0036-8075. PMID  29590042. S2CID  206662912.
  26. ^ 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 название ( помощь )
  27. ^ Израэли, Элад С.; Харрис, Джеффри У.; Навон, Одед (2001-05-15). «Рассольные включения в алмазах: новая верхняя мантийная жидкость». Earth and Planetary Science Letters . 187 (3): 323–332. Bibcode : 2001E&PSL.187..323I. doi : 10.1016/S0012-821X(01)00291-6. ISSN  0012-821X.