Compositional and pressure effects on the solubility of H2O and CO2 in mafic melts
Compositional and pressure effects on the solubility of H2O and CO2 in mafic melts
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成分和压力对镁铁质熔体中 H2O 和 CO2 溶解度的影响
DOI：
10.1016/j.chemgeo.2014.09.001
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
3.9
通讯作者：
Jakubiak A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shishkina T.A;Botcharnikov R.E;Holtz F;Almeev R;Jazwa A;Jakubiak A.
在1200 ~ 1250℃、50 ~ 500 MPa的温度范围内，研究了无水组分对镁铁熔体中H2O和co2溶解度的影响。在所有成分中，co2仅以碳酸盐形式存在于淬火玻璃中。用KFT （Karl-Fischer滴定法）和FTIR（傅里叶变换红外光谱法）分析了溶液中H2O和co2的浓度。在3500cm−1h2o波段中红外（MIR）吸收系数在误差范围内是相同的，为59.2±4 L/(mol * cm)。碳酸盐波段的吸收系数在1430 cm−1波段的范围为306±32 ~ 360±24 L/(mol∗cm)，在1520 cm−1波段的范围为349±25 ~ 394±27 L/(mol∗cm)。然而，不能确定与熔体成分的简单关系。基性至中间熔体的水溶性随着总碱含量的增加而略有增加，组成的影响在高压下更为明显。在500mpa时，H2O在与几乎纯H2O流体共存的熔体中的溶解度变化在8.8 ~ 9.5 wt.% H2O之间。在所有被研究的压力下，熔体成分对co2溶解度有很强的影响。例如，在500兆帕时，基性熔体与几乎纯的二氧化碳流体共存，随着熔体成分从拉斑岩变为辉石岩，溶解的二氧化碳含量在0.32 wt.%到1.30 wt.%之间。组分对与纯co2流体共存的co2熔体溶解度的影响最好通过与组分参数(如Dixon （1997; American Mineralogist, 82: 368-378）或结构参数（例如，每个四面体配位阳离子的非桥接氧）的非线性（指数）相关性来描述。利用得到的关系式提出了经验推导式ln(CO2) = 1.150·lnP+ 6.71·Π*−1.345，其中CO2为CO2在硅酸盐熔体中的溶解度wt.%（1200 ~ 1250℃），Pis压力（MPa） andΠ*为组成参数（Π* = Ca2 ++ 0.8K++ 0.7Na++ 0.4Mg2 ++ 0.4Fe2 +） / (Si4 ++ Al3 +)，阳离子以熔体中的阳离子组分表示。
The effect of the anhydrous composition on the solubilities of H2O and CO2in mafic melts varying from MORB to nephelinite was investigated experimentally between 50 and 500 MPa at 1200 to 1250 °C. In all compositions, CO2is only present as carbonate species in the quenched glasses. The concentrations of dissolved H2O and CO2have been analyzed by KFT (Karl–Fischer titration) and FTIR (Fourier-transform infrared spectroscopy). The Mid-Infrared (MIR) absorption coefficients for the H2O band at 3500 cm− 1are identical within error for all investigated melt compositions and equal to 59.2 ± 4 L/(mol∗ cm). The absorption coefficients for the carbonate bands vary in the range 306 ± 32 to 360 ± 24 L/(mol ∗ cm) for the 1430 cm− 1band and in the range 349 ± 25 to 394 ± 27 L/(mol ∗ cm) for the 1520 cm− 1band. However, a simple correlation with the melt composition could not be determined.Water solubility in mafic to intermediate melts increases slightly with the total alkali content and the effect of composition is more pronounced at higher pressures. At 500 MPa, the solubility of H2O in melts coexisting with nearly pure H2O fluids varies from 8.8 to 9.5 wt.% H2O. A strong effect of melt composition on the solubility of CO2is observed at all investigated pressures. For instance, at 500 MPa, mafic melts coexisting with nearly pure CO2fluids can dissolve from around 0.32 to more than 1.30 wt.% CO2as melt composition changes from tholeiite to nephelinite. The compositional effect on the solubility of CO2in melts coexisting with pure CO2fluid is best described by non-linear (exponential) correlations with compositional parameters such as the parameterΠproposed by Dixon (1997; American Mineralogist, 82: 368–378) or structural parameters (e.g., nonbridging oxygen per tetrahedrally coordinated cation). The obtained relationships are used to propose empirically derived equations of the form ln(CO2) = 1.150 · lnP+ 6.71 ·Π* − 1.345, where CO2is the solubility of CO2in silicate melts in wt.% (at 1200 to 1250 °C),Pis pressure in MPa andΠ* is a compositional parameter (Π* = Ca2 ++ 0.8K++ 0.7Na++ 0.4Mg2 ++ 0.4Fe2 +) / (Si4 ++ Al3 +) with cations expressed as cation fractions in melt.
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