Ученые МГУ объяснили, почему в алмазных включениях часто содержится титан

Ученые геологического факультета МГУ провели моделирование условий и механизмов образования слюд в мантии Земли и сопоставили полученные результаты с данными по включениям в природных алмазах. Проведенное исследование расширяет представление о разнообразии природных слюд и вносит вклад в понимание условий зарождения и эволюции глубинных алмазообразующих магм. Результаты работы были опубликованы в международных журналах Physics and Chemistry of Minerals и Petrology.

Исследование позволило подтвердить и уточнить идею академика Николая Соболева о том, что состав флогопита может быть использован для выделения парагенетических ассоциаций алмаза. Показано, что образование титансодержащей слюды происходит при участии океанической коры, которая погружается в зонах субдукции в мантию Земли. При этом доля корового субстрата в мантийном веществе определяет кристаллохимические особенности слюды. Так, значительное участие корового субстрата приводит к кристаллизации диоктаэдрических разностей, а в мантийном веществе образуются триоктаэдрические слюды. 

«Исследование мантийных минеральных ассоциаций, в том числе алмазоносных, на протяжении многих десятков лет является важнейшей фундаментальной задачей. На пути к ее решению важно определить условия стабильности фаз в различных геодинамических обстановках. Необходимо рассматривать не только их собственную кристаллохимию, но и выявлять особенности кристаллизации в различных по составу системах. Методы теоретического моделирования на сегодняшний день позволяют исследовать свойства вещества в широком диапазоне температур и давлений и спрогнозировать стабильность соединений, разработав их термодинамическую модель. Эксперимент при высоких давлениях, направленный на синтез твердых растворов в системах, близких к природным, оказывается крайне информативным в сочетании с атомистическим моделированием, благодаря которому можно определить особенности вхождения примесных компонентов в минеральные фазы», – комментирует работу один из авторов, зам. декана геологического факультета МГУ, профессор РАН Андрей Бобров. 

Ученые описали наиболее реалистичные механизмы изоморфного вхождения во флогопит ионов Ti4+ (титан) и Cr3+ (хром) в условиях верхней мантии Земли. Исследователи впервые разработали термодинамические модели твердых растворов титан- и хромсодержащих слюд. Было доказано, что высокая степень обогащения мантийного вещества титаном практически исключает возможность одновременного накопления значительных содержаний хрома в составе слюды. Это позволило авторам объяснить наблюдаемые закономерности состава флогопита из включений в природных алмазах, в которых содержание титана значительно превышает содержание хрома. Теоретически предсказано, что вхождение высоких концентраций примесей может приводить к образованию переходных разностей между ди- и триоктаэдрическими слюдами.