Влияние метаново-водородного флюида на кристаллизацию алмаза в металл-углеродном расплаве при РТ-параметрах литосферной мантии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Одним из нерешённых вопросов генезиса алмаза в восстановительных условиях мантии является роль метаново-водородного флюида. В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния добавок антрацена (С14Н10) на кристаллизацию, свойства и характеристики алмаза в металл-углеродных расплавах при РТ-параметрах литосферной мантии. Установлено, что увеличение содержания антрацена в системе Ni7Fe3–С от 0 до 2.69 мас. % при давлении 5.5 ГПа и температуре 1400°С приводит к снижению степени трансформации графита в алмаз от 100% до нуля, что свидетельствует об ингибирующей роли добавленной примеси. В синтезированных алмазах в качестве основных фаз включений выявлены металл, графит, метан и водород. Обосновано, что состав флюида в изученной системе является метаново-водородным и он рассматривается в качестве ингибирующей примеси. Установлено, что с увеличением содержания антрацена в системе рост алмаза на затравках сменяется спонтанной кристаллизацией, затем образуются метастабильный графит и алмазы с элементами антискелетного роста, далее кристаллизуется только метастабильный графит.

Об авторах

Ю. Н. Пальянов

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук

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

Ю. М. Борздов

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук

Новосибирск, Россия

И. Н. Куприянов

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук

Новосибирск, Россия

Д. В. Нечаев

Институт геологии и минералогии имени В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук

Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. Shirey S.B., Cartigny P., Frost D.J., Keshav S., Nestola F., Nimis P., Pearson G.D., Sobolev N.V., Walte M.J. Diamonds and the geology of mantle carbon // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2013. V. 75. P. 355–421.
  2. Luth R.W., Palyanov Y.N., Bureau H. Experimental Petrology Applied to Natural Diamond Growth // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2022. V. 88 (1). P. 755–808.
  3. Smith E.M., Shirey S.B., Nestola F., Bullock E.S., Wang J., Richardson S.H., Wang W. Large gem diamonds from metallic liquid in Earth’s deep mantle // Science. 2016. V. 354. 1403.
  4. Smith E.M., Kopylova M.G. Implications of metallic iron for diamonds and nitrogen in the sublithospheric mantle // Canadian Journal of Earth Science. 2014. V. 51. P. 510–516.
  5. Shatsky V.S., Ragozin A.L., Logvinova A.M., Wirth R., Kalinina V.V., Sobolev N.V. Diamond-rich placer deposits from iron-saturated mantle beneath the northeastern margin of the Siberian Craton // Lithos. 2020. V. 364. 105514.
  6. Palyanov Y., Kupriyanov I., Khokhryakov A., Ralchenko V. Crystal growth of diamond / In: P. Rudolph (Ed.), Handbook of Crystal Growth. 2nd edition, 2a. Elsevier, 2015. P. 671–713.
  7. Frost D.J., Liebske C., Langenhorst F., McCammon C.A., Trønnes R.G., Rubie D.C. Experimental evidence for the existence of iron-rich metal in the Earth’s lower mantle // Nature. 2004. V. 428. P. 409–412.
  8. Rohrbach A., Ballhaus C., Golla-Schindler U., Ulmer P., Kamenetsky V.S., Kuzmin D.V. Metal saturation in the upper mantle // Nature. 2007. V. 449. P. 456–458.
  9. Frost D.J., McCammon C.A. The redox state of Earth’s mantle // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2008. V. 36. P. 389–420.
  10. Rohrbach A., Schmidt M.W. Redox freezing and melting in the Earth’s deep mantle resulting from carbon–iron redox coupling // Nature. 2011. V. 472 (7342). P. 209–212
  11. Kaminsky F.V., Wirth R. Iron carbide inclusions in lower-mantle diamond from Juina, Brazil // The Canadian Mineralogist. 2011. V. 49. P. 555–572.
  12. Woodland A.B., Koch M. Variation in oxygen fugacity with depth in the upper mantle beneath the Kaapvaal craton, Southern Africa // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 214. P. 295–310.
  13. Sokol A.G., Palyanova G.A., Palyanov Yu.N., Tomilenko A.A., Melenevsky V.N. Fluid regime and diamond formation in the reduced mantle: experimental constraints // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. V. 73. Iss. 19. P. 5820–5834.
  14. Sokol A.G., Palyanov Y.N., Tomilenko A.A., Bul’bak T.A., Palyanova G.A. Carbon and nitrogen speciation in nitrogen-rich C–O–H–N fluids at 5.5–7.8 GPa // Earth and Planetary Science Letters. 2017. V. 460. P. 234–243.
  15. Томиленко А.А., Рагозин А.Л., Шацкий В.С., Шебанин А.П. Вариации состава флюидной фазы в процессе кристаллизации природных алмазов // ДАН. 2001. Т. 378. № 6. С. 802–805.
  16. Пальянов Ю.Н., Хохряков А.Ф., Борздов Ю.М., Дорошев А.М., Томиленко А.А., Соболев Н.В. Включения в синтетическом алмазе // ДАН. 1994. Т. 338. № 1. C. 78–80.
  17. Tomilenko A.A., Chepurov A.I., Pal’yanov Yu.N., Shebanin A.P., Sobolev N.V. Hydrocarbon Inclusions in Synthetic Diamonds // Eur. J. Mineral. 1998. № 10. P. 1135‒1141.
  18. Smith E.M., Wang W. Fluid CH4 and H2 trapped around metallic inclusions in HPHT synthetic diamond // Diamond and Related Materials. 2016. V. 68. P. 10–12.
  19. Sonin V.M., Zhimulev E.I., Chepurov A.I., Goryainov S.V., Gromilov S.A., Gryaznov I.A., Chepurov A.A., Tomilenko A.A. Synthesis of diamond from polycyclic aromatic hydrocarbons (anthracene) in the presence of an Fe, Ni-melt at 5.5 GPa and 1450°C // CrystEngComm. 2024. V. 26. P. 1583–1589.
  20. Palyanov Yu.N., Khokhryakov A.F., Borzdov Yu.M., Kupriyanov I.N. Diamond growth and morphology under the influence of impurity adsorption // Cryst. Growth Des. 2013. V. 13. Iss. 12. P. 5411–5419.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025