Розчинність води та інших флюїдних компонентів в силікатних розплавах

Не меньшую роль играет и взаимодействие магмы с флюидами. Как уже говорилось, магма - это флюидно-силикатный расплав, состоящий из нелетучих главных петрогенных окислов: SiO2, TiO2, А12O3, Fе2O3, FeO, CaO, MgO, Na2O, K2O, по объему составляющих 90-97 %. Летучие компоненты в магме представлены СO2, H2, H2O, F2, В и др. Оксид углерода, водород, вода легко (раньше всего) отделяются от расплава, способствуя образованию "сухих" магм. Фтор и другие летучие компоненты накапливаются в расплаве, так как они трудно отделимы от него.

Моделирование структурных равновесий позволяет прогнозировать поведение системы в динамике и может быть полезным для выяснения механизма физико-химического взаимодействия расплава и флюида в зависимости от условий и состава системы.

Согласно [Симакин и др., 2008; Xye et al., 2004; 2006; 2008], механизм растворения воды в силикатных и алюмосиликатных расплавах зависит от его состава. Действие воды на расплав осуществляется в двух основных направлениях – это деполимеризация расплава с образованием гидратированных силикатных и алюмосиликатных группировок, с одной стороны, и образование свободных оснований с некоторым увеличением степени полимеризации, с другой. Смещение структурных равновесий в ту или другую сторону под действием давления приводит к преобладанию в расплаве тех или иных структурных группировок, которые по-разному взаимодействуют с водой, что определяет характер и состав кристаллизующихся минералов, а также влияет на распределение подвижных в флюиде элементов между расплавом и флюидом.

С учетом предполагаемых структурных равновесий, рассмотрен возможный механизм взаимодействия флюида и расплава при различном давлении. На основании этого механизма выдвинута гипотеза – о дифференциации магм Курильской островной дуги в процессе их эволюции в зависимости от давления в магматической системе. Для демонстрации гипотезы использованы геохимические тренды, построенные по данным К. Хёрнле и Р. Вернера (K. Hernle and R. Werner, KOMEX-2 project, 2002-2005) и базы данных Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, а также петрохимические данные из монографии [Подводный…, 1992]. Сделано предположение, что эволюция известково-щелочных магм протекает преимущественно при повышенном давлении флюида (>~2-4 кбар), тогда как толеитовых – при низком давлении (<~2-4 кбар). Давление перехода от одного типа дифференциации к другому предполагается из результатов численного эксперимента (по программе MELTS) из работы [Bindeman et al., 1999] по кристаллизации анортита при различном давлении и содержании воды для магматических составов, аналогичных Курильским базальтам.

Так как дегазация магматического расплава с содержанием воды 3-5 %, вероятно, происходит в интервале давлений 1-2 кбар [Moore et al., 1998], то перестройка структуры расплава в условиях снижения давления может сопровождаться удалением флюида из расплава и массовой кристаллизацией плагиоклаза, что предполагается в некоторых Курильских магмах.

Определение констант предполагаемых структурно-химических равновесий принципиально возможно из диаграмм плавкости силикатных систем и может быть полезным в будущем не только для петрохимических расчетов, но и для определения термодинамических свойств силикатов в расплаве.