Zahrnutí taveniny - Melt inclusion

Několik roztavených inkluzí v olivínovém krystalu. Jednotlivé inkluze mají oválný nebo kulatý tvar a sestávají z čirého skla, spolu s malou kulatou bublinou páry a v některých případech s malým čtvercem spinel krystal. Černá šipka ukazuje na jeden dobrý příklad, ale existuje několik dalších. Výskyt více inkluzí v jediném krystalu je relativně běžný

A zahrnutí taveniny je malá zásilka nebo „kapky“ taveniny, která je zachycena rostoucími krystaly[1] v magma a nakonec se formovat vyvřeliny. V mnoha ohledech je analogický k a tekutá inkluze uvnitř magmatických hydrotermálních systémů.[2] Tavné inkluze mají tendenci mít mikroskopickou velikost a lze je analyzovat na těkavé obsahy, které se používají k interpretaci zachycovacích tlaků taveniny v hloubce.

Vlastnosti

Tavné inkluze jsou obecně malé - většina z nich je méně než 80 mikrometry napříč (mikrometr je tisícina milimetru nebo asi 0,00004 palce).[3] Mohou obsahovat řadu různých složek, včetně skla (což představuje taveninu, která byla zchlazena rychlým ochlazením), malých krystalů a samostatné bubliny bohaté na páru.[4] Vyskytují se v krystalech, které lze nalézt v vyvřelých horninách, jako například křemen, živce, olivín, pyroxen, nefelin, magnetit, perovskit a apatit.[5][6][7] Tavné inkluze lze nalézt v obou sopečný a plutonické skály. Navíc mohou inkluze taveniny obsahovat nemísitelné (nemísitelné) fáze taveniny a jejich studium je výjimečným způsobem, jak najít přímý důkaz přítomnosti dvou nebo více tavenin při zachycení.[4]

Analýza

I když jsou malé, inkluze taveniny mohou poskytnout spoustu užitečných informací. Pomocí mikroskopických pozorování a řady chemických látek mikroanalýza techniky geochemici a magné petrologové může získat řadu jedinečných informací z inkluzí taveniny. Při analýze inkluze taveniny H se používají různé techniky2O a CO2 obsah, hlavní, vedlejší a stopové prvky včetně oboustranných FTIR mikro propustnost,[8] jednostranný mikroodrazivost FTIR,[9] Raman spektroskopie,[1] mikrotermometrie,[10] Sekundární iontová hmotnostní spektroskopie (SIMS ), Laserovou ablací indukčně vázanou plazmovou hmotnostní spektrometrií (LA-ICPMS ), Skenovací elektronová mikroskopie (SEM ) a elektronová mikrosonda (EMPA ).[11] Pokud je uvnitř inkluze taveniny přítomna bublina páry, je třeba při rekonstrukci celkového těkavého rozpočtu inkluze taveniny vzít v úvahu analýzu bubliny páry.[12]

Mikrotermometrie

Mikrotermometrie je proces opětovného ohřevu tavného inkluze na jeho původní teplotu tavení a poté rychlého ochlazení za vzniku homogenní skleněné fáze bez dceřiných minerálů nebo parních bublin, které mohly být původně obsaženy v inkluzi taveniny.[13]

Mikroskopické vysokoteplotní topení

Stupeň ohřevu je proces ohřevu inkluze taveniny na mikroskopickém stolku a proudění buď plynného helia (Vernadsky stupeň)[14][15] nebo argonový plyn (Linkam TS1400XY)[16] přes fázi a poté rychle zhášení inkluze taveniny poté, co dosáhne své původní teploty taveniny za vzniku homogenní skleněné fáze. Použití ohřívacího stupně umožňuje pozorování měnících se fází inkluze taveniny při jejím opětovném zahřívání na původní teplotu taveniny.[17]

Jedna atmosféra vertikálních pecí

Tento proces umožňuje opětovné zahřívání jedné nebo více inkluzí taveniny v peci udržované na konstantním tlaku jedné atmosféra na své původní teploty tání a poté rychle zchladit ve vodě za vzniku homogenní skleněné fáze.[18]

Infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR)

Tato analytická metoda vyžaduje použití infračervený laser zaměřeno na skvrnu na skelné fázi inkluze taveniny za účelem stanovení koeficientu absorpce (nebo extinkce) buď pro H2O a CO2 spojené s vlnovými délkami pro každý druh v závislosti na rodičovské litologii, která obsahovala inkluzi taveniny.[9][19]

Ramanova spektroskopie

Tato analýza je podobná FTIR při použití zaměřeného laseru na skleněnou fázi inkluze taveniny[20][21] nebo bublina páry[22] které mohou být obsaženy v inkluzi taveniny k identifikaci vlnových délek spojených s Ramanovými vibračními pásy těkavých látek, jako je H2O a CO2. K určení hustoty CO lze také použít Ramanovu spektroskopii2 obsažené v parní bublině, pokud jsou přítomny v dostatečně vysoké koncentraci v inkluzi taveniny.[1]

Hmotnostní spektrometrie se sekundárními ionty (SIMS)

Tato analytická technika se používá ke stanovení koncentrací těkavých i stopových prvků zaměřením iontového paprsku (16Ó- nebo 133Čs+) na inkluzi taveniny za vzniku sekundárních iontů, které lze měřit hmotnostním spektrometrem.[23]

Laserová ablace - indukčně vázaná plazmová hmotnostní spektrometrie (LA-ICPMS)

Tato analytická technika může určit hlavní a stopové prvky, avšak s LA-ICPMS jsou inkluze taveniny a jakékoli doprovodné materiály uvnitř inkluze taveniny ionizovány, čímž dojde k destrukci inkluze taveniny, a poté jsou analyzovány hmotnostním spektrometrem.[24][25]

Skenovací elektronová mikroskopie (SEM)

Skenovací elektronová mikroskopie je užitečný nástroj, který lze použít před jakoukoli z výše uvedených analýz, která může vést ke ztrátě původního materiálu, protože může být použita ke kontrole dceřiných minerálů nebo parních bublin a pomáhá určit nejlepší techniku, která by měla být zvolena pro zahrnutí taveniny. analýza.[3]

Analýza elektronových mikroskopů (EPMA)

Analýza elektronových mikrosond je všudypřítomná při analýze hlavních a vedlejších prvků v inkluzích taveniny a poskytuje koncentrace oxidů používaných při určování rodičovských typů magmatu inkluzí taveniny a fenokrystalových hostitelů.[26]

Parní bubliny

Přítomnost parní bubliny přidává další složku pro analýzu za předpokladu, že parní bublina může obsahovat významnou část H2O a CO2 původně v tavenině vzorkované inkluzí taveniny.[14][27] Pokud je bublina páry složena převážně z CO2K určení hustoty CO lze použít Ramanovu spektroskopii2 současnost, dárek.[28]

Výklad

Těkavé koncentrace

Tavné inkluze lze použít ke stanovení složení, vývoje složení a těkavých složek[12] magmat, která existovala v historii magmatických systémů. Je to proto, že inkluze taveniny fungují jako malá tlaková nádoba, která izoluje a uchovává okolní taveninu obklopující krystal před tím, než jsou upraveny pozdějšími procesy, jako je krystalizace po zachycení.[3] Vzhledem k tomu, že se inkluze taveniny tvoří při různých tlacích (P) a teplotách (T), mohou také poskytovat důležité informace o podmínkách zachycení (P-T) v hloubce a jejich těkavých obsahech (H2O, CO2, S, Cl a F), které pohání sopečné erupce.[19]

Koncentrace hlavních, vedlejších a stopových prvků

Koncentrace hlavních a vedlejších prvků se obecně určují pomocí EPMA a společné složení prvků zahrnuje Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F a S.[29] Znalost koncentrací oxidů souvisejících s těmito hlavními a vedlejšími prvky může pomoci určit složení rodičovského magmatu inkluze taveniny a fenokrystalových hostitelů.[26]

Koncentrace stopových prvků lze měřit analýzou SIMS s rozlišením v některých případech až 1 ppm.[30] Analýzy LA-ICPMS lze také použít ke stanovení koncentrací stopových prvků, avšak nižší rozlišení ve srovnání s SIMS neposkytuje stanovení koncentrací již od 1 ppm.[31]

Dějiny

Henry Clifton Sorby v roce 1858 jako první dokumentoval mikroskopické inkluze taveniny v krystalech.[32] Studium inkluzí taveniny bylo v poslední době řízeno vývojem sofistikovaných technik chemické analýzy. Vědci z bývalého Sovětského svazu vedli studii inkluzí taveniny v následujících desetiletích druhá světová válka,[33] a vyvinuli metody pro ohřev inkluzí taveniny pod mikroskopem, takže změny mohly být přímo pozorovány. NA. Anderson prozkoumal analýzu inkluzí taveniny z čedičových magmat z Kilauea Sopka na Havaji k určení počátečních těkavých koncentrací magmatu v hloubce.[34]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Moore, L. R .; Gazel, E .; Tuohy, R .; Lloyd, A. S .; Esposito, R .; Steele-MacInnis, M .; Hauri, E. H .; Wallace, P. J .; Plank, T .; Bodnar, R. J. (2015). „Bubliny jsou důležité: Posouzení příspěvku bublin výparů k roztavení nestálých rozpočtů.“. Americký mineralog. 100 (4): 806–823. doi:10.2138 / am-2015-5036. ISSN  0003-004X.
  2. ^ Becker, S.P .; Bodnar, R.J .; Reynolds, T.J. (2019). „Časové a prostorové rozdíly v charakteristikách inkluzí tekutin v epizodických magmaticko-hydrotermálních systémech: aplikace při průzkumu ložisek porfyrové mědi“. Journal of Geochemical Exploration. 204: 240–255. doi:10.1016 / j.gexplo.2019.06.002.
  3. ^ A b C Cannatelli, C .; Doherty, A.L .; Esposito, R .; Lima, A .; De Vivo, B. (2016). „Pochopení sopky prostřednictvím kapičky: přístup zahrnující tavení“. Journal of Geochemical Exploration. 171: 4–19. doi:10.1016 / j.gexplo.2015.10.003.
  4. ^ A b Kent, A. J.R. (2008). „Tavné inkluze v čedičových a souvisejících vulkanických horninách“. Recenze v mineralogii a geochemii. 69 (1): 273–331. doi:10,2138 / rmg. 2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  5. ^ Abersteiner, Adam; Giuliani, Andrea; Kamenetsky, Vadim S .; Phillips, David (2017). „Petrografická omezení a omezení inkluze taveniny na petrogenezi magmaclastu z kimberlitového klastru Venetia v Jižní Africe“. Chemická geologie. 455: 331–341. doi:10.1016 / j.chemgeo.2016.08.029.
  6. ^ Tollan, Peter; Ellis, Ben; Troch, Juliana; Neukampf, Julia (2019). „Hodnocení magmatických těkavých rovnováh pomocí FTIR spektroskopie neexponovaných inkluzí taveniny a jejich hostitelského křemene: nová technika a aplikace pro Mesa Falls Tuff, Yellowstone“. Příspěvky do mineralogie a petrologie. 174 (3): 24. doi:10.1007 / s00410-019-1561-r. ISSN  0010-7999.
  7. ^ Chang, Jia; Audétat, Andreas (2020). „LA-ICP-MS analýza krystalizovaných inkluzí taveniny v olivinu, plagioklasu, apatitu a pyroxenu: strategie kvantifikace a účinky modifikací po zachycení“. Journal of Petrology: egaa085. doi:10.1093 / petrologie / egaa085. ISSN  0022-3530.
  8. ^ Mironov, N.L .; Portnyagin, M. V. (2011). „H2O a CO2 v rodičovských magmech sopky Kliuchevskoi vycházejí ze studie tavenin a tekutých inkluzí v olivinu“. Ruská geologie a geofyzika. Taje a kapaliny v přírodních procesech formování minerálů a rud: Moderní studie inkluzí tekutin a taveniny v minerálech. 52 (11): 1353–1367. doi:10.1016 / j.rgg.2011.10.007. ISSN  1068-7971.
  9. ^ A b King, P.L .; Larsen, J. F. (2013). „Mikro-odrazová IR spektroskopie pro analýzu těkavých látek v čedičových, andezitových, fonolitických a rhyolitických sklech“. Americký mineralog. 98 (7): 1162–1171. doi:10.2138 / am.2013.4277. ISSN  0003-004X.
  10. ^ Mironov, N.L .; Tobelko, D.P .; Smirnov, S.Z .; Portnyagin, M.V .; Krasheninnikov, S.P. (2020). „ODHAD OBSAHU CO2 VE FÁZI PLYNU INKLUZÍ Tavenin pomocí SPEKTROSKOPIE RAMAN: PŘÍPADOVÁ STUDIE INKLUZÍ V OLIVINĚ Z KARYMSKÉHO VOLCANA (Kamčatka)“. Ruská geologie a geofyzika. 61 (5): 600–610. doi:10.15372 / RGG2019169.
  11. ^ Hartley, Margaret E .; Bali, Enikö; Maclennan, John; Neave, David A .; Halldórsson, Sæmundur A. (2018). „Omezení inkluze taveniny na petrogenezu erupce Holuhraun 2014–2015 na Islandu“. Příspěvky do mineralogie a petrologie. 173 (2): 10. doi:10.1007 / s00410-017-1435-0. ISSN  0010-7999. PMC  6953965. PMID  31983759.
  12. ^ A b Wallace, P. J .; Kamenetsky, V. S .; Cervantes, P. (2015). „Obsah CO2 v tavenině, tlaky krystalizace olivinu a problém smršťovacích bublin“. Americký mineralog. 100 (4): 787–794. doi:10.2138 / am-2015-5029. ISSN  0003-004X.
  13. ^ Danyushevsky, Leonid V; McNeill, Andrew W; Sobolev, Alexander V (2002). „Experimentální a petrologické studie inkluzí taveniny ve fenokrystalech z magmat odvozených z plášťů: přehled technik, výhod a komplikací“. Chemická geologie. 183 (1–4): 5–24. doi:10.1016 / S0009-2541 (01) 00369-2.
  14. ^ A b Esposito, Rosario; Lamadrid, Hector M .; Redi, Daniele; Steele-MacInnis, Matthew; Bodnar, Robert J .; Manning, Craig E .; De Vivo, Benedetto; Cannatelli, Claudia; Lima, Annamaria (2016). „Detekce kapalné H20 v parních bublinách v ohřátých inkluzích taveniny: Důsledky pro složení magmatické kapaliny a těkavé rozpočty magmatu?“. Americký mineralog. 101 (7): 1691–1695. doi:10.2138 / am-2016-5689. ISSN  0003-004X.
  15. ^ Sobolev, A.V .; Dmitriev, L.V .; Baruskov, V.L .; Nevsorov, V.N .; Slutsky, A.B. (1980). „Podmínky formování vysoce magnezitového olivinu z monominerální frakce regolitu Luna 24. Sborník z konference o lunární vědě Apollo 11“. Geochimica Cosmochimica Acta. Dodatek I: 105–116.
  16. ^ MacDonald, A.J .; Spooner, E.T.C. (1981). "Kalibrace programovatelného stupně ohřevu a chlazení Linkam TH 600 pro mikrotermometrické vyšetření inkluzí tekutin". Ekonomická geologie. 76: 1248–1258.
  17. ^ Esposito, R .; Klebesz, R .; Bartoli, O .; Klyukin, Y .; Moncada, D .; Doherty, A .; Bodnar, R. (2012). "Aplikace fáze ohřevu Linkam TS1400XY na studie inkluze taveniny". Otevřené geovědy. 4: 208–218.
  18. ^ Schiano, Pierre (2003). „Primitivní plášťová magma zaznamenaná jako inkluze silikátové taveniny v magmatických minerálech“. Recenze vědy o Zemi. 63 (1–2): 121–144. doi:10.1016 / S0012-8252 (03) 00034-5.
  19. ^ A b Metrich, N .; Wallace, P. J. (2008). „Těkavé množství čedičových magmat a jejich odplyňovací cesty sledované inkluzí taveniny“. Recenze v mineralogii a geochemii. 69 (1): 363–402. doi:10.2138 / rmg.2008.69.10. ISSN  1529-6466.
  20. ^ Thomas, Rainer; Davidson, Paul (2012). „Aplikace Ramanovy spektroskopie při studiu inkluzí tekutin a tavenin“. Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften. 163 (2): 113–126. doi:10.1127/1860-1804/2012/0163-0113. ISSN  1860-1804.
  21. ^ Severs, M. J.; Azbej, T .; Thomas, J. B.; Mandeville, C.W .; Bodnar, R.J. (2007). „Experimentální stanovení ztráty H2O z inkluzí taveniny během laboratorního ohřevu: důkazy z Ramanovy spektroskopie“. Chemická geologie. 237 (3–4): 358–371. doi:10.1016 / j.chemgeo.2006.07.008.
  22. ^ Behrens, Harald; Roux, Jacques; Neuville, Daniel R .; Siemann, Michael (2006). „Kvantifikace rozpuštěné H2O v silikátových sklech pomocí konfokální mikroRaman spektroskopie“. Chemická geologie. 229 (1–3): 96–112. doi:10.1016 / j.chemgeo.2006.01.014.
  23. ^ Hauri, Erik (2002). „SIMS analýza těkavých látek v silikátových sklech, 2: izotopy a četnosti v havajských inkluzích taveniny“. Chemická geologie. 183 (1–4): 115–141. doi:10.1016 / S0009-2541 (01) 00374-6.
  24. ^ Pettke, Thomas; Halter, Werner E .; Webster, James D .; Aigner-Torres, Mario; Heinrich, Christoph A. (2004). „Přesná kvantifikace chemie inkluze taveniny pomocí LA-ICPMS: srovnání s EMP a SIMS a výhody a možná omezení těchto metod“. Lithos. 78 (4): 333–361. doi:10.1016 / j.lithos.2004.06.011.
  25. ^ Tucker, Jonathan M .; Hauri, Erik H .; Pietruszka, Aaron J .; Garcia, Michael O .; Marske, Jared P .; Trusdell, Frank A. (2019). „Vysoký obsah uhlíku v havajském plášti z inkluzů taveniny hostovaných olivinem“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 254: 156–172. doi:10.1016 / j.gca.2019.04.001.
  26. ^ A b Venugopal, Swetha; Moune, Séverine; Williams-Jones, Glyn (2016). „Zkoumání podpovrchového spojení pod sopkou Cerro Negro a komplexem El Hoyo v Nikaragui“. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 325: 211–224. doi:10.1016 / j.jvolgeores.2016.06.001.
  27. ^ Aster, Ellen M .; Wallace, Paul J .; Moore, Lowell R .; Watkins, James; Gazel, Esteban; Bodnar, Robert J. (2016). „Rekonstrukce koncentrací CO2 v čedičových inkluzích taveniny pomocí Ramanovy analýzy parních bublin“. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 323: 148–162. doi:10.1016 / j.jvolgeores.2016.04.028.
  28. ^ Steele-Macinnis, M .; Esposito, R .; Bodnar, R. J. (2011). „Termodynamický model pro účinek krystalizace po zachycení na systematiku H2O-CO2 parami plněných silikátových inkluzí nasycených parami“. Journal of Petrology. 52 (12): 2461–2482. doi:10.1093 / petrologie / egr052. ISSN  0022-3530.
  29. ^ Straub, Susanne M .; Layne, Graham D. (2003). „Systematika chloru, fluoru a vody v sopečných horninách v přední části oblouku Izu: Důsledky pro těkavou recyklaci v subdukčních zónách“. Geochimica et Cosmochimica Acta. 67 (21): 4179–4203. doi:10.1016 / S0016-7037 (03) 00307-7.
  30. ^ Audetat, A .; Lowenstern, J.B .; Turekian, H.D .; Holland, K.K. (2014). Pojednání o geochemii (druhé vydání). Oxford: Elsevier. 143–173. ISBN  978-0-08-098300-4.
  31. ^ Kent, A. J.R. (2008). „Tavné inkluze v čedičových a souvisejících vulkanických horninách“. Recenze v mineralogii a geochemii. 69 (1): 273–331. doi:10,2138 / rmg. 2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  32. ^ Sorby, H. C. (1858). "Na mikroskopických strukturách krystalů, označujících původ minerálů a hornin". Čtvrtletní deník Geological Society of London. 14: 453–500. doi:10.1144 / GSL.JGS.1858.014.01-02.44. hdl:2027 / hvd.32044103124566.
  33. ^ V. S., Sobolev; Kostyuk, V. P. (1975). "Magmatická krystalizace založená na studiu inkluzí taveniny". Výzkum začlenění tekutin. 9: 182–235.
  34. ^ Anderson, A.T .; Wright, T.L. (1972). „Fenocrysts and glass inkluces and their relationship on oxidation and mix of basaltic magmas, Kilauea Volcano, Hawaii“. Americký mineralog. 57: 188–216.

Další čtení

  • Frezzotti, Maria-Luce (leden 2001). "Inkluze silikátové taveniny v magmatických horninách: aplikace v petrologii". Lithos. 55 (1–4): 273–299. Bibcode:2001Litho..55..273F. doi:10.1016 / S0024-4937 (00) 00048-7.
  • Lowenstern, J. B. (1995). "Aplikace inkluzí silikátové taveniny pro studium magmatických těkavých látek". V Thompson, J.F.H. (vyd.). Vklady magmatu, tekutin a rud. Krátký kurz mineralogické asociace Kanady. 23. 71–99.
  • Vivo, B. de; Bodnar, R.J., eds. (2003). Tavné inkluze ve vulkanických systémech: metody, aplikace a problémy. Elsevier. ISBN  9780080536101.

externí odkazy