Trace element partitioning in silica-undersaturated alkaline magmatic systems
Trace element partitioning in silica-undersaturated alkaline magmatic systems
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二氧化硅不饱和碱性岩浆系统中的微量元素分配
DOI：
10.1016/j.gca.2023.01.025
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发表时间：
2023
影响因子：
5
通讯作者：
Molendijk S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Molendijk S
碱性岩浆作用是岩浆活动的一个重要的化学端元，通常发生在响应小体积熔融的软流圈和/或岩石圈地幔物质在大陆内设置。因此，了解微量元素的分配和相平衡过程中碱性岩浆作用可以提供大陆内的地球动力学设置的约束。然而，微量元素之间的碱性熔体和其占主导地位的平衡矿物相的分配仍然受到很大的限制。特别是长石类矿物的微量元素含量受到了有限的关注，这阻碍了我们解释碱性岩浆系统中地球化学趋势的能力。在这项研究中，我们进行了一系列的1气氛实验中的气体混合炉使用各种高碱性（Na 2 O + K2 O = 4.15-14.97重量%）和二氧化硅不饱和（SiO2= 36.73-45.96重量%）的熔岩组合物从尼拉贡戈，刚果，为了研究微量元素的分配行为的矿物碱性岩浆。在QFM（石英-铁橄榄石-磁铁矿平衡）和QFM + 1下进行氧逸度缓冲的实验运行，并覆盖地质相关温度范围（1025-1200 °C）。这些实验的淬火产物中含有白榴石、霞石、黄长石、单斜辉石、橄榄石和蔷薇辉石晶体，其中玻璃-晶体对被分析为稀土元素、大离子亲石元素和高场强元素。白榴石和霞石宿主大量的大离子亲石元素，但采取了更高的电荷阳离子可以忽略不计的数额。黄长石易掺入一价至三价阳离子，与重稀土元素相比，更倾向于轻稀土元素，但仅掺入选定的二价阳离子。Rhönite和单斜辉石有类似的分配行为，重稀土元素的强烈偏好超过轻稀土元素。分馏建模使用报告的分区行为再现2021年喷发产品的尼拉贡戈，48%的分馏从橄榄石黄长石母熔体组合物。微量元素贫乏的辉长岩的结晶放大了母岩浆中预先存在的高LREE/MREE比值，并逐步增加了除一价阳离子外的所有微量元素丰度。
Alkaline magmatism is an important chemical end-member of magmatic activity that typically occurs in response to small volume melting of asthenospheric- and/or lithospheric mantle material in intra-continental settings. Understanding trace element partitioning and phase equilibria during alkaline magmatism can therefore provide constraints on intra-continental geodynamic settings. However, the partitioning of trace elements between alkaline melts and their dominant equilibrium mineral phases remains poorly constrained. Feldspathoids in particular have received limited attention with regards to their trace element contents, hampering our ability to interpret geochemical trends in alkaline magmatic systems. In this study, we performed a series of 1 atmosphere experiments in a gas-mixing furnace using a variety of highly alkaline (Na2O + K2O = 4.15–14.97 wt%) and silica-undersaturated (SiO2= 36.73–45.96 wt%) lava compositions from Nyiragongo, Democratic Republic of Congo, in order to investigate the partitioning behaviour of trace elements in minerals from alkaline magmas. Experimental runs were performed with oxygen fugacity buffered at both QFM (quartz-fayalite-magnetite equilibrium) and QFM + 1 and cover a range of geologically-relevant temperatures (1025–1200 °C). The quenched products of these experiments contained leucite, nepheline, melilite, clinopyroxene, olivine, and rhönite crystals, of which glass-crystal pairs were analysed for rare earth elements, large-ion lithophile elements, and high-field-strength elements. Leucite and nepheline host considerable quantities of large-ion lithophile elements but take up negligible amounts of more highly charged cations. Åkermanitic melilite readily incorporates mono- to trivalent cations with a preference for light over heavy rare earth elements, but incorporates only select divalent cations. Rhönite and clinopyroxene have analogous partitioning behaviours, with a strong preference for heavy over light rare earth elements. Fractionation modelling using the reported partitioning behaviours reproduces the 2021 eruption products of Nyiragongo, with 48% fractionation from an olivine-melilitic parental melt composition. Crystallization of trace-element poor feldspathoid amplifies pre-existing high LREE/MREE ratios of the parental magma and progressively increase trace element abundances for all but monovalent cations.
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