Глава 2. Глубины появления и дифференциации расплавов в мантии
Как показывает обзор работ, посвященных условиям генерации и дифференциации
расплавов в мантии, петрогенетические гипотезы, как правило, не учитывают
зависимости распределения Т от Р, которая определяет невозможность плавления в
любом интервале глубин мантии. Многие геотектонические гипотезы далеко не во
всех случаях учитывают зависимость состава магматических пород, образованных в
процессе активизации, от давления, что определяет невозможность постулирования
астеносферы на произвольной глубине.
Состав магм, появляющихся на поверхности, зависит от глубины формирования
расплава. Очевидно, существуют разнообразные магматические породы, образованные
на разных уровнях в мантии. Оценка ТР-условий генерации меймечитов (щелочного
комплекса Гули) и субщелочных пикритобазальтов (плато Путорана) Р =7 ГПа,
соответствующая Т=1650 -1760єС [83, 179]. Наличие астеносферы на меньших
глубинах фиксируется геофизическими методами. В Европе большинство активных
регионов характеризуется размещением астеносферы на 50 км (активизированные
районы Украины, Карпато-Паннонский регион, Рейнский грабен) либо на 100 км
(Центрально-Французкий массив) [15, 190, 193 и др.]. Причины появления
астеносферы на этих глубинах дискутируются.
Поэтому необходимо в первом приближении определить уровни в мантии, на которых
возможно плавление (с учетом РТ-условий и Т солидуса мантийных пород), а также
глубины вероятной дифференциации расплавов.
2.1. Глубины, на которых возможно плавление
Разница температур между «холодными» и «горячими» ксенолитами составляет около
300 єС на максимальной глубине (200-220 км), с которой вынесены образцы.
Сопоставление значений температур солидуса, зафиксированных в экспериментальных
исследованиях, и зависимости распределения температур с глубиной в мантии
показывает, что их пересечения в «сухих» условиях не происходит. Линия
солидуса, полученная в работе [189] фиксирует меньшие температуры при тех же
давлениях, чем в работе [184] (см. рис.1.1). Для выяснения возможных причин
проведены дополнительные экспериментальные исследования [173], показывающие,
что в присутствии графита возможно понижение Т начала плавления на 150°С при 5
ГПа [173]. Однако и минимальное значение (1600 ± 15 °С) находится на ~100 °С от
линии солидуса. Экстраполяция в область более высоких давлений позволяет
предположить, что пересечение линии распределения температур возможно на
глубинах около 200 км и более.
Понижение линии солидуса мантийных пород возможно в присутствии карбонатов. В
эксперименте с 12,24 мас % СО2 пересечение кривой распределения температур
может происходить на 170 км [159]. Подобные количества карбонатов, графита в
мантии содержаться не могут и нигде не описаны. Парагенезисы «раннего этапа»
представлены структурно уравновешенными флогопитом, а также клинопироксеном ±
сульфидами ± апатитом ± ильменитом. В метасоматитах часто присутствует графит
[90]. Подобные парагенезисы описаны и в ксенолитах, вынесенных вулканом Лашайн
(Танзания), где они названы метасоматитами первого этапа [147].
Cущественное влияние на снижение температуры солидуса оказывает даже
незначительное присутствие флюида. Расчет в работе [152] приводит авторов к
выводу, что добавление 100 ррm Н2О к безводному лерцолиту (КLВ-1) способно
понизить температуру появления 1 % расплава на 25 °С (при давлении 2ГПа и 1420
°С). На больших глубинах эффект будет проявлен еще интенсивнее, однако расчет
его затруднен вследствие наложения эффекта сокращения температурного интервала
между ликвидусом и солидусом.
Присутствие воды, карбонатов в метасоматических ассоциациях, не связанных с
плавлением и воздействием ранних надастеноферных флюидов, не фиксируется.
Сульфиды, К -Na –Са карбонаты, К –Na хлориды, силикаты зафиксированы в виде
включений в природных алмазах [71, 123]. Вероятно, кристаллы с менее плотной
упаковкой (особенно клинопироксены, флогопиты) могут содержать подобные
включения. Метасоматически обогащенные участки, «дефектные» кристаллы очень
редки. Однако для инициации процесса их наличие, по всей видимости, является
определяющим. Для начала плавления (разрушения кристаллической решетки)
достаточно присутствия очень незначительных количеств графита, флюида
(например, в форме карбоната), наличия дефектов в кристаллической решетке
минералов (в том числе, присутствия флюида в форме ОН- групп) и накопления
флуктуаций температуры. Очевидно, что подобное возможно на глубине, где линия
солидуса и линия распределения температур максимально близки.
2.2. Давления, при которых изменяется поведение двух- и трех-компонентных
систем
Рассмотрение результатов экспериментов по плавлению лерцолита в предыдущей
главе показывает, что существуют давления, при которых системы лерцолит -
расплав, расплав – флюид, расплав - кристаллы меняют поведение.
2.2.1. Состав расплава
В фракционном («эвтектоидном» по [40]) плавлении участвуют все минералы
лерцолита, однако количественное соотношение переходящих в расплав минералов
зависит от давления и условий эксперимента (окислительного потенциала,
присутствия СО2 [153, 173]). Во всех экспериментальных исследованиях изменение
состава композиции, переходящей в расплав, происходит при 3 ГПа. При высоком
окислительном потенциале (если эксперименты проводятся в Pt- капсуле) до 3 ГПа
в процесс плавления вовлекаются клинопироксен и гранат, при более высоких
давлениях в большей степени в плавлении участвует ортопироксен, что определяет
состав близсолидусного расплава: резкое увеличение относительного содержания
MgO и уменьшение — Al2O3. Максимальное кол
- Київ+380960830922