Włączenie stopu - Melt inclusion

Wielokrotne wtrącenia stopu w krysztale oliwinu. Poszczególne wtrącenia mają kształt owalny lub okrągły i składają się z przezroczystego szkła wraz z małym okrągłym pęcherzykiem pary iw niektórych przypadkach z małego kwadratowego kryształu spinelu . Czarna strzałka wskazuje jeden dobry przykład, ale istnieje kilka innych. Występowanie wielokrotnych wtrąceń w pojedynczym krysztale jest stosunkowo powszechne

Stopu włączenie jest mała paczka lub „plamki” o szybkości płynięcia (s), które są uwięzione w kryształach rośnie w magmy i ostatecznie tworzy magmowe skały . Pod wieloma względami jest to analogiczne do inkluzji płynu w hydrotermalnych układach magmowych. Wtrącenia w stopie mają tendencję do mikroskopijnych rozmiarów i mogą być analizowane pod kątem zawartości lotnych, które są wykorzystywane do interpretacji ciśnień wychwytywania stopu na głębokości.

Charakterystyka

Wtrącenia w stopie są na ogół małe – większość ma mniej niż 80 mikrometrów średnicy (mikrometr to jedna tysięczna milimetra, czyli około 0,00004 cala). Mogą zawierać wiele różnych składników, w tym szkło (które reprezentuje stopiony materiał, który został szybko schłodzony), małe kryształy i oddzielny, bogaty w parę pęcherzyk. Występują w kryształach występujących w skałach magmowych, takich jak np. kwarc , skaleń , oliwin , piroksen , nefelin , magnetyt , perowskit i apatyt . Inkluzje stopowe można znaleźć zarówno w skałach wulkanicznych, jak i plutonicznych . Ponadto wtrącenia ze stopu mogą zawierać niemieszające się (nie mieszające się) fazy stopu, a ich badanie jest wyjątkowym sposobem znalezienia bezpośrednich dowodów na obecność dwóch lub więcej stopów w pułapce.

Analiza

Chociaż są małe, inkluzje ze stopu mogą dostarczyć wielu przydatnych informacji. Korzystając z obserwacji mikroskopowych i szeregu technik mikroanalizy chemicznej , geochemicy i naftolodzy magmowi mogą uzyskać szereg unikalnych informacji na temat wtrąceń stopu. Istnieją różne techniki stosowane do analizy zawartości H 2 O i CO 2 w stopie , pierwiastków głównych, drugorzędnych i śladowych, w tym dwustronnej mikroprzepuszczalności FTIR , jednostronnej mikroodbicia FTIR, spektroskopii Ramana , mikrotermometrii, spektroskopii masowej jonów wtórnych ( SIMS ) , ablacja laserowa-spektrometria mas z indukcyjnie sprzężoną plazmą ( LA-ICPMS ), skaningowa mikroskopia elektronowa ( SEM ) i analiza mikrosond elektronowych ( EMPA ). Jeżeli w stopionym wtrąceniu znajduje się pęcherz pary, przy odtwarzaniu całkowitego lotnego budżetu stopionego wtrącenia należy wziąć pod uwagę analizę pęcherza pary.

Mikrotermometria

Mikrotermometria to proces ponownego nagrzewania stopionego wtrącenia do jego pierwotnej temperatury topnienia, a następnie szybkiego hartowania w celu utworzenia jednorodnej fazy szklanej wolnej od minerałów potomnych lub pęcherzyków pary, które mogły być pierwotnie zawarte w stopionym wtrąceniu.

Ogrzewanie stopnia wysokotemperaturowego montowane na mikroskopie

Ogrzewanie stopniowe to proces podgrzewania stopionego wtrącenia na stoliku zamontowanym pod mikroskopem i przepływającego przez niego helu (stopień Vernadsky'ego) lub gazowego argonu (Linkam TS1400XY), a następnie szybkiego hartowania stopionego wtrącenia po osiągnięciu przez niego pierwotnej temperatury topnienia tworząc jednorodną fazę szkła. Zastosowanie etapu ogrzewania pozwala na obserwację zmieniających się faz wtrącenia stopionego w miarę jego ponownego nagrzewania do pierwotnej temperatury topnienia.

Piece pionowe z jedną atmosferą

Proces ten pozwala na ponowne ogrzanie jednego lub więcej wtrąceń stopu w piecu utrzymywanym pod stałym ciśnieniem jednej atmosfery do ich pierwotnych temperatur stopu, a następnie szybkie hartowanie w wodzie w celu wytworzenia jednorodnej fazy szkła.

Spektroskopia w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR)

Ta metoda analityczna wymaga użycia lasera podczerwonego skupionego na plamce na fazie szklistej wtrącenia stopionego w celu określenia współczynnika absorpcji (lub ekstynkcji) dla H 2 O i CO 2 związanych z długościami fal dla każdego gatunku w zależności od macierzystej litologii który zawierał inkluzję stopioną.

Spektroskopia Ramana

Ta analiza jest podobna do FTIR w użyciu zogniskowanego lasera na fazie szklistej wtrącenia stopionego lub pęcherzyka pary, który może być zawarty we wtrąceniu stopu, w celu zidentyfikowania długości fal związanych z wibracyjnymi pasmami Ramana substancji lotnych, takich jak H 2 O i CO 2 . Spektroskopia Ramana można również zastosować do pomiaru gęstości CO 2 zawartego w bańce pary, jeżeli obecny w wystarczająco wysokim stężeniu w ciągu w stanie stopionym włączenia.

Spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS)

Ta technika analityczna służy do określania stężeń pierwiastków lotnych oraz pierwiastków śladowych poprzez skierowanie wiązki jonów ( 16 O − lub 133 Cs + ) na wtrącenia stopu w celu wytworzenia jonów wtórnych, które można zmierzyć spektrometrem mas.

Spektrometria mas w plazmie sprzężonej indukcyjnie z ablacją laserową (LA-ICPMS)

Ta technika analityczna może oznaczać pierwiastki główne i śladowe, jednak w przypadku LA-ICPMS wtrącenia ze stopu i wszelkie materiały towarzyszące wtrąceniu ze stopu są jonizowane, niszcząc w ten sposób wtrącenia ze stopu, a następnie analizowane za pomocą spektrometru masowego.

Skaningowa Mikroskopia Elektronowa (SEM)

Skaningowa mikroskopia elektronowa jest użytecznym narzędziem do zastosowania przed każdą z powyższych analiz, które mogą skutkować utratą oryginalnego materiału, ponieważ można ją wykorzystać do sprawdzenia minerałów potomnych lub pęcherzyków pary i pomóc w określeniu najlepszej techniki, którą należy wybrać dla inkluzji stopionej analiza.

Analiza mikrosond elektronowych (EPMA)

Analiza mikrosond elektronowych jest wszechobecna w analizie głównych i drugorzędnych pierwiastków w stopionych wtrąceniach i dostarcza stężeń tlenków stosowanych do określania macierzystych typów magmy wtrąceń stopu i żywicieli fenokrystalicznych.

Bąbelki pary

Stopić inkluzję z towarzyszącym pęcherzykiem pary z kryształu oliwinu. Zebrane z popiołu związanego z erupcją wulkanu Cerro Negro w Nikaragui w 1992 roku

Obecność pęcherzyków pary stanowi dodatkowy element do analizy podano, że bańka pary może zawierać znaczną ilość H 2 O i CO 2 pierwotnie w stopie próbkowane przez stopu włączenia. Jeśli pęcherzyk pary składa się głównie z CO 2 , spektroskopia Ramana może być wykorzystana do określenia gęstości obecnego CO 2 .

Interpretacja

Stężenia lotne

Inkluzje stopu można wykorzystać do określenia składu, ewolucji składu i składników lotnych magm, które istniały w historii systemów magmowych. Dzieje się tak, ponieważ wtrącenia ze stopu działają jak małe naczynie ciśnieniowe, które izoluje i konserwuje otaczający kryształ stopiony w otoczeniu przed ich modyfikacją w późniejszych procesach, takich jak krystalizacja po uwięzieniu. Biorąc pod uwagę, że wtrącenia ze stopu tworzą się przy różnych ciśnieniach (P) i temperaturach (T), mogą one również dostarczyć ważnych informacji na temat warunków uwięzienia (PT) na głębokości i ich zawartości lotnych (H 2 O, CO 2 , S, Cl i F) które napędzają erupcje wulkanów.

Główne, drugorzędne i śladowe stężenia pierwiastków

Stężenia głównych i mniejszych pierwiastków są na ogół określane przy użyciu EPMA, a typowe składy pierwiastków obejmują Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F i S. Znajomość stężeń tlenków związane z tymi głównymi i pomniejszymi elementami mogą pomóc w określeniu składu macierzystej magmy, inkluzji stopionej i żywicieli fenokrystalicznych.

Stężenia pierwiastków śladowych można mierzyć za pomocą analizy SIMS z rozdzielczością w niektórych przypadkach nawet 1 ppm. Analizy LA-ICPMS mogą być również wykorzystywane do oznaczania stężeń pierwiastków śladowych, jednak niższa rozdzielczość w porównaniu z SIMS nie zapewnia oznaczenia stężeń tak niskich jak 1 ppm.

Historia

Henry Clifton Sorby w 1858 roku jako pierwszy udokumentował mikroskopijne wtrącenia stopionego materiału w kryształach. Badania nad inkluzjami ze stopu były ostatnio napędzane rozwojem zaawansowanych technik analizy chemicznej. Naukowcy z byłego Związku Radzieckiego prowadzili badania nad stopionymi inkluzjami w dziesięcioleciach po II wojnie światowej i opracowali metody podgrzewania stopionych inkluzji pod mikroskopem, dzięki czemu zmiany można było bezpośrednio obserwować. AT Anderson zbadał analizę wtrąceń w stopionych magmach bazaltowych z wulkanu Kilauea na Hawajach, aby określić początkowe stężenia lotnych magmy na głębokości.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Frezzotti, Maria-Luce (styczeń 2001). „Wtrącenia krzemianowo-topliwe w skałach magmowych: zastosowania w petrologii”. Litos . 55 (1–4): 273–299. Kod Bibcode : 2001Litho..55..273F . doi : 10.1016/S0024-4937(00)00048-7 .
  • Lowenstern, JB (1995). „Zastosowania stopionych wtrąceń krzemianowych do badania substancji lotnych magmowych”. W Thompson, JFH (red.). Magmy, złoża fluidów i rud . Krótki kurs Towarzystwa Mineralogicznego Kanady. 23 . s. 71–99.
  • Vivo, B. de; Bodnar, RJ, wyd. (2003). Inkluzje stopowe w systemach wulkanicznych: metody, zastosowania i problemy . Elsevier. Numer ISBN 9780080536101.

Zewnętrzne linki