Стабильность карбонатов при субдукции: роль растворения в дегидратационном флюиде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Растворение карбонатов в дегидратационном флюиде в ходе субдукции может существенно влиять на эффективность транспорта карбонатов в мантию и, в целом, определять глубинный цикл углерода. В этой работе количественные данные о растворимости арагонита в водном флюиде с разным содержанием NaCl получены экспериментально при давлениях и температурах, характерных для усредненной субдукционной геотермы. Установлено, что при давлении 3.0 ГПа и температуре 750°С растворимость арагонита в водном флюиде составляет 2.4±0.2 мас. %, что соответствует ранее сделанным оценкам. Впервые показано, что при давлении 5.5 ГПа и температуре 850°С растворимость арагонита кратно увеличивается, достигая 12.1±0.6 мас. %. Причем, увеличение концентрации NaCl в водном флюиде до 9 мас. % не оказывает влияния на растворимость арагонита в пределах погрешности измерений. Таким образом, водный флюид, образующийся при давлении более 5.5 ГПа в процессе дегидратации серпентинизированных пород океанической литосферы, может обеспечить растворение и вынос из слэба в окружающую мантию существенной доли субдуцируемых карбонатов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Н. Крук

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. Г. Сокол

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. Ф. Хохряков

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Ю. Н. Пальянов

Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской Академии наук

Email: KrukAN@igm.nsc.ru

член-корреспондент РАН

Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Plank T., Manning C. E. Subducting carbon // Nature. 2019. V. 574. P. 343–352. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1643-z
  2. Kelemen P. B., Manning C. E. Reevaluating carbon fluxes in subduction zones, what goes down, mostly comes up // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015. V. 112. P. E3997–E4006. https://doi.org/10.1073/pnas.1507889112
  3. Lan L., Kolesnikov A., Kozai Y., Iizuka R., Sunagawa I. CO 2 and carbonate mobility in subduction zones: An experimental study on carbonate solubility in aqueous fluids under deep subduction conditions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2023. V. 318. P. 96–114. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.01.002
  4. Frezzotti M. L., Selverstone J., Sharp Z. D., Compagnoni R. Carbonate dissolution during subduction revealed by diamond-bearing rocks from the Alps // Nature Geoscience. 2011. V. 4. P. 703–706. https://doi.org/10.1038/ngeo1246
  5. Newton R. C., Manning C. E. Experimental determination of calcite solubility in H2O-NaCl solutions at deep crust/ upper mantle pressures and temperatures: Implications for metasomatic processes in shear zones // American Mineralogist. 2002. V. 87(10). P. 1401–1409. https://doi.org/10.2138/am-2002-1016
  6. Caciagli N. C., Manning C. E. The solubility of calcite in water at 6–16 kbar and 500–800°C // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2003. V. 146. P. 275–285. https://doi.org/10.1007/s00410-003-0500-3
  7. Facq S., Daniel I., Montagnac G., Cardon H., Sverjensky D. A. In situ Raman study and thermodynamic model of aqueous carbonate speciation in equilibrium with aragonite under subduction zone conditions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014. V. 132. P. 375–390. https://doi.org/10.1016/j.gca.2014.02.017
  8. Alt J. C., Teagle D. A.H. The uptake of carbon during alteration of ocean crust // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1999. V. 63. P. 1527–1535. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00123-4
  9. Plank T. The chemical composition of subducting sediments / In: Holland HD, Turekian KK (Eds.). Treatise on geochemistry. Elsevier, Amsterdam. 2014. P. 607–629. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00319-3
  10. Hermann J., Spandler C., Hack A., Korsakov A. Aqueous fluids and hydrous melts in high-pressure and ultra-high pressure rocks: Implications for element transfer in subduction zones // Lithos. 2013. V. 156–159. P. 1–17. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2012.08.008
  11. Sverjensky D. A., Huang F., Xie X. Beyond organics in the deep Earth: The role of oxygenated organic compounds in carbon cycling // Geochemical Perspectives. 2014. V. 3. P. 127–151. https://doi.org/10.7185/geochempersp.3.2
  12. Huang F., Sverjensky D. A. Extended Deep Earth Water model for predicting major element mantle metasomatism // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019. V. 254. P. 192–230. https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.03.019
  13. Palyanov Y. N., Kupriyanov I. N., Khokhryakov A. F., Borzdov Y. M. High-pressure crystallization and properties of diamond from magnesium-based catalysts // CrystEngComm. 2017. V. 19. № 31. P. 4459–4475. https://doi.org/10.1039/C7CE01083D
  14. Sokol A. G., Khokhryakov A. F., Palyanov Y. N. Composition of primary kimberlite magma: constraints from melting and diamond dissolution experiments // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2015. V. 170. P. 1–18. https://doi.org/10.1007/s00410-015-1182-z
  15. Manning C. E., Frezzotti M. L. Subduction-zone fluids // Elements: An International Magazine of Mineralogy, Geochemistry, and Petrology. 2020. V. 16(6). P. 395–400. https://doi.org/10.2138/gselements.16.6.395
  16. Scambelluri M., Fiebig J., Malaspina N., Muntener O., Pettke T. Serpentinite subduction: Implications for fluid processes and trace-element recycling // Int. Geol. Rev. 2004. V. 46. P. 595–613. https://doi.org/10.2747/0020-6814.46.7.595
  17. Schmidt M., Poli S. Devolatilization during subduction // Treatise on geochemistry: V. 4: the crust. Elsevier, 2013. V. 4. P. 669–701. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00321-1
  18. Ulmer P., Trommsdorff V. Serpentine stability to mantle depths and subduction-related magmatism // Science. 1995. V. 268. P. 858–861. https://doi.org/10.1126/science.268.5212.858
  19. Сокол А. Г., Крук А. Н., Козьменко О. А., Пальянов Ю. Н. Стабильность карбонатов при субдукции: влияние режима дефлюидизации хлорсодержащего пелита // Доклады Российской Академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 509. № 1. С. 50–55. https://doi.org/10.31857/S2686739722602381
  20. Sokol A. G., Kozmenko O. A., Kruk A. N. Composition of supercritical fluid in carbonate-and chlorine-bearing pelite at conditions of subduction zones // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2023. V. 178(12). P. 90. https://doi.org/10.1007/s00410-023-02074-0

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 2. Кристаллы новообразованного арагонита, полученные при 3.0 ГПа и 750°C (а, б) и при 5.5 ГПа и 850°C (в).

Скачать (126KB)
Метаданные
3. Рис. 3. Формы выделения закалочного арагонита, полученные при при 3.0 ГПа и 750°C (а, б) и при 5.5 ГПа и 850°C (в). (а) дендриты в объеме ампулы, (б, в) микрокристаллы на поверхности новообразованных кристаллов и растворенных фрагментов исходного арагонита.

Скачать (134KB)
Метаданные
4. Рис. 1. Фрагменты кристаллов арагонита после экспериментов при 3.0 ГПа и 750°C.

Скачать (122KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сопоставление полученных экспериментально значений растворимости арагонита (в пересчете на ppm углерода (С)) в водном флюиде при 3.0 ГПа и 750°C, а также при 5.5 ГПа и 850°C, со значениями, полученными расчетной моделью Deep Earth Water [3] Изолинии обозначают концентрацию ppm С.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024