УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГРАФИТА И АЛМАЗА ИЗ КАРБИДА ЖЕЛЕЗА ПРИ Р,Т-ПАРАМЕТРАХ ЛИТОСФЕРНОЙ МАНТИИ
Ю.В. Баталева1,2, Ю.Н. Пальянов1,2, Ю.М. Борздов1,2, О.А. Баюков3, Н.В. Соболев1,2
1Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, 630090, Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, Россия
bataleva@igm.nsc.ru
2Новосибирский государственный университет, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2, Россия
3Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, 660036, Красноярск, Академгородок, Россия
Ключевые слова: Карбид железа, вюстит, графит, алмаз, оксиды, оливин, субдукция, редокс-взаимодействие, литосферная мантия, высокобарический эксперимент
Страницы: 225-240
Подраздел: ПЕТРОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ
Аннотация
Экспериментальное моделирование редокс-взаимодействия в системах Fe 3C-Fe 2O 3 и Fe 3C-Fe 2O 3-MgO-SiO 2, направленное на оценку условий стабильности карбида железа в окислительных обстановках и определение возможности образования элементарного углерода в результате взаимодействия карбида железа и оксидов, проведено на многопуансонном аппарате высокого давления «разрезная сфера» при 6.3 ГПа в интервале 900-1600 °C, длительностью 18-20 ч. Установлено, что при взаимодействии карбид-оксид в системе Fe 3С-Fe 2O 3 происходит кристаллизация графита в ассоциации с Fe 3+-содержащим вюститом. Основным механизмом образования графита из углерода карбида является окисление когенита по реакциям Fe 3C + 3Fe 2O 3 → 9FeO + C 0 и FeO + Fe 3C → (Fe 2+,Fe 3+)O + C 0. При температурах выше солидуса (≥ 1400 °C) при окислении металл-углеродного расплава вюститом реализуется редокс-механизм кристаллизации графита и алмаза с образованием ассоциации Fe 3+-содержащий вюстит + графит/алмаз. Взаимодействие в системе Fe 3С-Fe 2O 3-MgO-SiO 2 приводит к образованию ассоциации Fe 3+-содержащего магнезиовюстита, оливина и графита. При Т ≥ 1500 °C происходит генерация двух контрастных по ƒ O2 расплавов - металл-углеродного и силикатно-оксидного, окислительно-восстановительное взаимодействие которых приводит к кристаллизации графита и росту алмаза. Установлено, что в окислительных условиях карбид железа в присутствии оксидов Fe, Si и Mg неустойчив, даже при относительно низких температурах. Взаимодействие карбида железа с оксидами при мантийных P , T -параметрах является углеродпродуцирующим процессом, при этом основными механизмами образования графита из углерода карбида являются редокс-реакции когенита (или металл-углеродного расплава) с Fe 2O 3 и FeO, а также взаимодействие металл-углеродного и силикатно-оксидного расплавов. Полученные результаты позволяют рассматривать когенит в качестве потенциального источника углерода в процессах образования графита (алмаза) в условиях литосферной мантии, а взаимодействие карбида железа с оксидами Fe, Si и Mg, в ходе которого реализуется экстракция углерода, как один из возможных процессов глобального углеродного цикла.
DOI: 10.15372/GiG20160112 |
