Особенности изоморфизма постшпинелевых фаз: результаты компьютерного моделирования состава включений в нижнемантийных алмазах

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методом полуэмпирического моделирования исследованы свойства смешения твердых растворов постшпинелевых фаз состава CaCr2O4–CaAl2O4, CaCr2O4–CaFe2O4, MgCr2O4–MgAl2O4 и MgCr2O4–MgFe2O4 в диапазоне температур 1873–2223 К и давлений 18–25 ГПа. При данных PT-параметрах проведена оценка энергий образования примесных дефектов ионов трехвалентных металлов (алюминия и железа) в изоморфных позициях. Показано, что (1) для исследованных бинарных твердых растворов характерна полная смесимость, (2) вхождение примесного иона Fe3+ в постшпинелевые фазы MgCr2O4 и CaCr2O4 менее выгодно по энергии, чем вхождение ионов Al3+ во всем диапазоне исследуемых давлений и температур. Полученные результаты использованы для интерпретации состава постшпинелевых фаз, образующих включения в нижнемантийных алмазах.

Об авторах

В. В. Бучинский

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Россия, Москва

Е. И. Марченко

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Россия, Москва

А. B. Искрина

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт экспериментальной минералогии имени академика Д. С. Коржинского Российской академии наук

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Россия, Москва; Черноголовка, Московская область

Н. Н. Еремин

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru

член-корреспондент РАН

Россия, Москва

А. В. Бобров

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова; Институт экспериментальной минералогии имени академика Д. С. Коржинского Российской академии наук

Email: marchenko-ekaterina@bk.ru
Россия, Москва; Черноголовка, Московская область

Список литературы

  1. Искрина А.В., Бобров А.В., Спивак А.В. Постшпинелевые фазы в мантии Земли // Геохимия. 2022. Т. 67. № 4. С. 303–317.
  2. Decker B.F., Kasper J.S. The structure of calcium ferrite // Acta Crystallographica. 1957. No. 10, P. 332–337.
  3. Giesber H.G., Pennington W.T., Kolis J.W. Redetermination of CaMn2O4 // Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications. 2001. V. 57. P. 329–330.
  4. Rogge M.P., Caldwell J.H., Ingram D.R., Green C.E., Geselbracht M.J., Siegrist T. A New Synthetic Route to Pseudo-Brookite-Type CaTi2O4 // Journal of Solid State Chemistry. 1998. V. 141. P. 338–342.
  5. Kaminsky F.V. The Earth’s Lower Mantle: Composition and Structure // Springer Geology. 2017. P. 340.
  6. Kesson S.E., Fitz Gerald J.D., Shelley J.M. Mineral chemistry and density of subducted basaltic crust at lower mantle pressures // Nature. 1994. V. 372. P. 767–769.
  7. Walter M.J., Kohn S.C., Araujo D., Bulanova G.P., Smith C.B., Gaillou E., Wang J., Steele A., Shirey S.B. Deep mantle cycling of oceanic crust: Evidence from diamonds and their mineral inclusions // Science. 2011. V. 334. P. 54–57.
  8. Kaminsky F.V., Wirth R., Schreiber A. A Microinclusion of Lower-Mantle Rock and Other Minerals and Nitrogen Lower-Mantle Inclusions in a Diamond // Canadian Mineralogist // 2015. V. 53(1). P. 83–104.
  9. Akaogi M., et al. High Pressure Transitions in the System MgAl2O4-CaAl2O4: A New Hexagonal Aluminous Phase with Implication for the Lower Mantle // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 1999. V. 115(1). P. 67–77.
  10. Andrault D., Bolfan-Casanova N. High-pressure phase transformations in the MgFe2O4 and Fe2O3-MgSiO3 system // Phys. Chem. Min. 2001. V. 28. P. 211–217.
  11. Merlini M., Hanfland M., Gemmi M., Huotari S., Simonelly L., Strobel P. Letter: Fe3+ spin transition in CaFe2O4 at high pressure // American Mineralogist. 2010. V. 95. No. 1. P. 200–203.
  12. Yamanaka, T., Uchida A., Nakamoto Y. Structural transition of post‐spinel phases CaMn2O4, CaFe2O4, and CaTi2O4 under high pressures up to 80 GPa // Am. Mineral. 2008. V. 93(11–12). P. 1874–1881.
  13. Zhai S., Yin Y., et al. High-Pressure X-Ray Diffraction and Raman Spectroscopy of CaFe2O4-Type β-CaCr2O4 // Physics and Chemistry of Minerals. 2016. V. 43(4). P. 307–14.
  14. Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program (GULP) // Molecular Simulation. 2003. V. 29(5). P. 291–341.
  15. Pedone A., et al. A New Self-Consistent Empirical Interatomic Potential Model for Oxides, Silicates, and Silicas-Based Glasses // Journal of Physical Chemistry B. 2006. V. 110(24). P. 11780–95.
  16. Eremin N.N., Deyanov R.Z., Urusov V.S. Choice of the Supercell with the Optimum Atomic Configuration in Simulation of Disordered Solid Solutions // Glass Physics and Chemistry. 2008. V. 34(1). P. 9–18.
  17. Jain A., et al. Commentary: The Materials Project: A Materials Genome Approach to Accelerating Materials Innovation // APL Materials. 2013. V. 1(1).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024