Lithium and boron diffusivity and isotopic fractionation in hydrated rhyolitic melts
Lithium and boron diffusivity and isotopic fractionation in hydrated rhyolitic melts
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水合流纹岩熔体中锂和硼的扩散率和同位素分馏
DOI：
10.1007/s00410-022-01937-2
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发表时间：
2022
影响因子：
3.5
通讯作者：
Oelze M.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Spallanzani R;Koga K;Cichy S.B;Wiedenbeck M;Wilke M;Schmidt B;Oelze M.
锂和硼是岩浆的微量成分，在火山活动期间气相析出时释放出来。在这项研究中，我们确定了Li和B在含水硅酸盐熔体中的扩散率和同位素分馏。用相同的流纹岩组成（4.2 wt%的水）合成了两种玻璃，它们具有不同的Li和B含量；我们在一个内部加热的压力容器中进行了扩散偶实验，在700-1250°C的温度范围内，在300 MPa下工作0秒到24小时。由此我们确定Li和B的扩散活化能分别为57±4 kJ/mol和152±15 kJ/mol，指数前因子分别为1.53 × 10-7m2 /s和3.80 × 10-8m2 /s。扩散过程中锂同位素分馏得到的β值在0.15 ~ 0.20之间，而B没有明显的同位素分馏。我们的Li扩散系数和同位素分馏结果与先前发表的值略有不同，但总体上证实了Li扩散系数随着含水量的增加而增加。我们关于B扩散的结果表明，与Li类似，B的迁移率在水的存在下增加。通过应用Eyring关系，我们证实了B扩散系数受硅酸盐熔体中粘性流动的限制。我们对Li和B扩散的研究结果为理解脱气相关过程提供了一种新的工具，为测量火山上升速率提供了一种潜在的地质速度计。
Lithium and boron are trace components of magmas, released during exsolution of a gas phase during volcanic activity. In this study, we determine the diffusivity and isotopic fractionation of Li and B in hydrous silicate melts. Two glasses were synthesized with the same rhyolitic composition (4.2 wt% water), having different Li and B contents; these were studied in diffusion-couple experiments that were performed using an internally heated pressure vessel, operated at 300 MPa in the temperature range 700–1250 °C for durations from 0 s to 24 h. From this we determined activation energies for Li and B diffusion of 57 ± 4 kJ/mol and 152 ± 15 kJ/mol with pre-exponential factors of 1.53 × 10–7m2/s and 3.80 × 10–8m2/s, respectively. Lithium isotopic fractionation during diffusion gave β values between 0.15 and 0.20, whereas B showed no clear isotopic fractionation. Our Li diffusivities and isotopic fractionation results differ somewhat from earlier published values, but overall confirm that Li diffusivity increases with water content. Our results on B diffusion show that similarly to Li, B mobility increases in the presence of water. By applying the Eyring relation, we confirm that B diffusivity is limited by viscous flow in silicate melts. Our results on Li and B diffusion present a new tool for understanding degassing-related processes, offering a potential geospeedometer to measure volcanic ascent rates.
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