Пропустить команды ленты
Пропустить до основного контента
SharePoint

 

 

 

Лаборатория геохимии мантии Земли   Ris2g.jpg
 Заведующий Луканин Олег Александрович,

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Тел.: (499)  137-30-55

 

 
Направление экспериментальных исследований. Лаборатория основана член-корр. АН СССР Н.И.Хитаровым в 1953 г. для экспериментального и теоретического изучения геохимических процессов при высоких РТ-параметрах. В последнее десятилетие исследования лаборатории сосредоточены на выяснении особенностей формировании молекул и комплексов углерода, водорода, азота и кислорода на ранних этапах эволюции Земли при ее плавлении и сегрегации металлического ядра планеты, изучении влияния ударных воздействий на валентное и структурное состояние железа, режим кислорода в продуктах импактного плавления Земли. Эксперименты включают изучение механизмов сегрегации силикатного расплава, сульфидной и металлической фаз в зонах частичного плавления, которое ведет к формированию металлического ядра Земли и других планетных тел. В программу лаборатории входит изучение фракционирования летучих, литофильных и рудных элементов при дегазации магм, влияние этого процесса на преобразование вещества литосферы. Новым направлением экспериментальных и теоретических работ является изучение фазовых равновесий в мантии с участием высокобарических минеральных фаз гранатов и углерода (алмаза).
Прикладное значение исследований. Результаты экспериментальных и теоретических исследований могут быть использованы в геохимии и геофизике при решении одной из фундаментальных проблем наук о Земле, а именно, роли крупномасштабных процессов плавления ранней мантии Земли при сегрегации металлического ядра в образовании летучих соединений углерода, азота, кислорода и водорода, а также их магматического переноса к поверхности Земли, при оценке условий формирования ранней восстановленной атмосферы планеты, обогащенной CH4, H2, NH3, CO. С образованием ранней восстановленной атмосферы связывают предбиологическую эволюцию органического вещества, которая приводит и возникновению жизни и биосферы на Земле. Изучение фракционирования литофильных и рудных элементов при дегазации магм связано с пониманием вклада магматических флюидов при формировании рудных месторождений.

 

Методы экспериментальных исследований. Лаборатория располагает следующим экспериментальным оборудованием: 1) установка высокого давления твердого сжатия для опытов до 70 кбар 1500–1700оС (а); 2) высокотемпературная установка с регулируемым режимом кислорода и водорода для изучения окислительно-восстановительных реакций в силикатных системах при нормальном давлении температурах до 1400 оС (б); 3) высокотемпературная установка с кислородными электрохимическими ячейками для измерения собственной летучести кислорода глубинных минералов; 4) высокотемпературная центрифуга для изучения динамического разделения магматических расплавов, кристаллов; металлических и сульфидных фаз (в); 5) современные высокотемпературные камерные печи для изучения природных и синтетических систем (до 1500-1600 оС).


Ris3ag.jpgRis3bg.jpgRis3cg.jpg
                          (а)                                            (б)                                           (в)
 
 

 

Научно-образовательный центр «Экспериментальное моделирование магматических и минеральных равновесий, синтез минералов». Организован на базе лаборатории геохимии мантии Земли ГЕОХИ РАН и кафедры петрологии геологического факультета МГУ для обучения магистрантов и аспирантов современным методам изучения магматических и минеральных равновесий 
 
Конференция и семинар, одним из организаторов которых является лаборатория:
Всероссийские ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (проводится с 1960 года).
Международная конференция «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о земле» (проводится с 1999 года).
 
Сотрудники лаборатории:
В лаборатории работают дгмн проф. Кадик А.А., внс дхн Лебедев Е.Б., внс дгмн Луканин О.А., дгмн проф. А.В. Бобров, снс кхн Жаркова Е.В., снс кфмн Колташев В.В., снс кхн Куровская Н.А., нс кгмн Дернов-Пегарев В.Ф., нс кфмн Крюкова Е.Б., нс Игнатьев Ю.А., нс Цехоня Т.И., вед.инж. Каргальцев А.А.,  вед.техн. Павлова Л.Ф., слес. мср Адвокатов Э.В.
 
Главные достижения лаборатории (2005-2013 годы)
 
Роль плавления и сегрегации металлической фазы железа в формировании летучих соединений C-N-H-О ранней восстановленной мантии Земли (Руководитель профессор. дгмн А.А.Кадик).
Согласно экспериментам при высоких давлениях химическая дифференциация мантии Земли во время ее крупномасштабного плавления и сегрегации металлического ядра планеты сопровождается образованием в силикатных жидкостях молекул и комплексов H2, CH4, NH3 при подчиненных количествах H2O, N2, CO2 ., Это позволяет рассматривать ранний магматический перенос C-N-H летучих компонентов планеты в качестве эндогенного источника газовых компонентов ранней восстановленной атмосферы Земли.
 
<>
Ris4.jpgRis5g.jpgRis6g.jpg
Стекло с каплями Fe-Si сплава и кристаллами
графита в продуктах закалки после опытов
при 4 ГПа, 1550оС, ∆logfO2(IW)=–3.8.
Молекулы и комплексы N–С–HO компонентов в силикатных расплавах FeONa2OSiO2Al2O3, равновесных с метал-лической фазой (Fe-Si) при 4 ГПа и 1550оС, согласно Раман спектроскопии стекол (NH3, NH4+, NH2+, NH2-, N2, H2 ,CH4 , OH-, H2O).
При умеренных значениях fO2 современной мантии растворимость азота в магматических расплавах весьма невелика (несколько ppm) ввиду молекулярного характера вхождения N2 в структуру силикатной жидкости. Однако, как установлено экспериментами, при равновесии силикатов с металлической фазой железа при низких значениях fO2, азот обнаруживает высокую растворимость в расплавах (несколько мас.%) в результате химического взаимодействия азота с кремнекислородными ионами расплавов. Можно предполагать, что магматический перенос азота из глубин к поверхности был более значительным на ранних этапах формирования Земли.
 
 
  
Влияние импактного плавления и испарения  на окислительно-восстановительное состояние силикатного вещества Земли и содержание в нем воды (Руководитель  дгмн О.А.Луканин).
Показано, что бомбардировка внешних оболочек планет, содержащих часть железа в окисной форме, должно сопровождаться образованием более восстановленного остаточного силикатного вещества и поступлением в первичную атмосферу летучих компонентов, обогащенных восстановленными компонентами.
Ris7g.jpg

 

 

 

 

Соотношение Т-Р-pO2(Fe3+/Fe2+) при формировании импактных расплавов (тектитов и импактитов). Линии R(mv±n) – силикатные расплавы с постоянным Fe3+/Fe2+ при парциальном давлении кислорода рО2 , соответствующим буферу MW (n=0) или на n порядков больше (+n) или меньше (-n) рО2(MW); красные линии со стрелками – траектории адиабатической декомпрессии импактных расплавов, образующихся в  результате ударных событий.

 
 
Формирование металлического ядра Луны в условиях частичного плавления мантии (Руководитель дхн Лебедев Е.Б).
С использованием методов высокотемпературного центрифугирования установлена возможность сегрегации железа и сульфидных фаз при частичном плавлении и деформации силикатного вещества Луны в условиях низких значений летучести кислорода.
 
Ris8g.jpg
 
 
 
 
 
Перколяция (просачивание) металлической фазы в силикатной матрице при ее частичном плавлении.
  
Фракционирование летучих, рудных и редких элементов в процессе дегазации магм (Руководитель дгмн О.А.Луканин). Разработана компьютерная модель поведения летучих (Н2О, Сl), рудных (Zn, Pb)  и редкоземельных элементов в процессе дегазации гранитоидных магм, при их подъеме к поверхности и кристаллизации, которая дает возможность количественно оценить масштабы выноса этих элементов из магматических расплавов в процессе их дегазации на разных глубинах.
   
 
Ris9ag.jpgRis9bg.jpg
 
 
Изменение содержаний La, Eu и Lu во флюидной фазе, образующейся при декомпрессионной дегазации гранитного расплава в условиях закрытой (а) и открытой (б) системы. Исходный расплав содержит 7.2 мас.% Н2О, 0.25 мас.% Cl и 100 ррm каждого из редкоземельных элементов; флюидное насыщение достигается при 3 кбар.
 
 
Фазовые равновесия в мантии с участием высокобарических гранатов и углерода (алмаза) (Руководитель дгмн А.В.Бобров).
Экспериментально установлена область термодинамической стабильности натрийсодержащего мэйджоритового граната, типичного минерала-включения в природных алмазах, выявлена связь концентрации натрия в гранате с давлением, температурой и щелочностью расплавов. Показано, что натриевый гранат следует рассматривать в качестве главной фазы-концентратора натрия в условиях низов верхней мантии и переходной зоны Земли.
 
Ris99g.jpg
 
 
 
РТ-фазовая диаграмма системы пироп Mg3Al2Si3O12 – натриевый мэйджорит Na2MgSi5O12