Инд. авторы:	Миронов Н.Л., Тобелко Д.П., Смирнов С.З., Портнягин М.В., Крашенинников С.П.
Заглавие:	Оценка содержания со2 в газовой фазе расплавных включений с использованием рамановской спектроскопии (на примере включений в оливине карымского вулкана, камчатка)
Библ. ссылка:	Миронов Н.Л., Тобелко Д.П., Смирнов С.З., Портнягин М.В., Крашенинников С.П. Оценка содержания со2 в газовой фазе расплавных включений с использованием рамановской спектроскопии (на примере включений в оливине карымского вулкана, камчатка) // Геология и геофизика. - 2020. - Т.61. - № 5-6. - С.734-747. - ISSN 0016-7886.
Идентиф-ры:	DOI: 10.15372/GiG2019169; РИНЦ: 43080218;
Реферат:	rus: Углекислый газ (СО2) является одним из главных летучих компонентов природных магм, однако оценка его исходных концентраций остается трудной задачей. Изучение расплавных включений в минералах позволяет получить прямую оценку содержания CO2 в расплавах. Для точного определения его содержания в расплавных включениях необходим анализ концентрации СО2 как в стекле, так и в дочерней флюидной фазе включений. В результате данного исследования получена калибровочная зависимость между плотностью CO2 в интервале 0.01-0.22 г/см3 и расстоянием между его характеристическими пиками (диадами Ферми). Это расстояние было измерено с помощью конфокальной рамановской спектроскопии в пузырях расплавных включений с известной плотностью СО2. Точность определения плотности составляет ± 0.03 г/см3. Полученная калибровка была применена для оценки плотности CO2 в газовой фазе расплавных включений в магнезиальном оливине (Fo84.8-88.5) из базальтов Карымского вулкана, Восточная Камчатка. Расчетная плотность составила 0.03-0.21 г/см3, что позволило впервые для Карымского вулкана оценить минимальное исходное содержание CO2 в его родоначальных магмах как 0.45 мас. %. Вместе с данными об исходном содержании воды (~4.5 мас. %) это свидетельствует о начале кристаллизации родоначальных магм Карымского вулкана при давлении не менее 7 кбар (>25 км). Для увеличения надежности метода оценки содержания СО2 в газовой фазе расплавных включений в оливине предлагается проведение предварительного нагрева включений для полной гомогенизации флюидной фазы, а также определение размеров включений в трех измерениях. Проведенное исследование открывает перспективы надежной оценки содержания СО2 в родоначальных магмах, глубины кристаллизации, степени дегазации магм, а также возможности сопоставления состава магматических флюидов и высокотемпературных вулканических газов. eng: Carbon dioxide (CO2) is one of the main volatile components of natural magmas, but estimation of its initial contents remains a challenge. Study of melt inclusions in minerals permits a direct estimation of the content of CO2 in the melts. For the precise determination of its content in melt inclusions, it is necessary to analyze the contents of CO2 both in glass and in the fluid daughter phase of the inclusions. In this work we constructed a calibration dependence of the density of CO2 in the range 0.01-0.22 g/cm3 on the distance between its characteristic peaks in Raman spectra (Fermi diads). The accuracy of density determination is ±0.03 g/cm3. The calibration was used to estimate the density of CO2 in the gas phase of melt inclusions in magnesian olivine (Fo84.8-88.5) from basalts of the Karymsky Volcano, eastern Kamchatka. The estimated density was 0.03-0.21 g/cm3. Using these values, we evaluated the minimum initial content of CO2 in the parental magmas of the Karymsky Volcano, 0.45 wt.%. These data, along with the known initial content of water (~4.5 wt.%), indicate that the parental magmas began to crystallize at a pressure of at least 7 kbar (depth of >25 km). To increase the reliability of the above method of estimation of the CO2 content in olivine-hosted melt inclusions, we propose to carry out preliminary experimental reheating of inclusions for complete homogenization of the fluid phase and determination of the 3D size of melt inclusions. The performed study provides a reliable evaluation of the content of CO2 in parental magmas, the depth of crystallization, and the degree of magma degassing and permits a comparison of the compositions of magmatic fluids and high-temperature volcanic gases.
Ключевые слова:	родоначальные магмы; СО2; рамановская спектроскопия; флюид; расплавные включения в оливине; subduction zones; parental magmas; Co2; raman spectroscopy; gas bubble; Olivine-hosted melt inclusions; субдукционные зоны;
Издано:	2020
Физ. хар-ка:	с.734-747
Цитирование:	1. Балеста С.Т. Земная кора и магматические очаги областей современного вулканизма. М., Наука, 1981, 134 с. 2. Гриб Е.Н., Перепелов А.Б. Оливинсодержащие базальты Карымского вулканического центра: минералогия, петрогенезис и источники магм // Вулканология и сейсмология, 2008, № 4, с. 1-22. 3. Крашенинников С.П., Соболев А.В., Батанова В.Г., Каргальцев А.А., Борисов А.А. Экспериментальная проверка моделей равновесия оливин-расплав в области высоких температур // ДАН, 2017, т. 475, № 5, с. 559-563. 4. Крашенинников С.П., Соболев А.В., Асафов Е.В., Каргальцев А.А., Борисов А.А. Рутинная методика гомогенизации расплавных включений в минералах в высокотемпературной трубчатой печи при атмосферном давлении // Всероссийский ежегодный семинар по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2018, Москва, 18-19 апреля 2018). М., ГЕОХИ РАН, 2018, с. 82. 5. Миронов Н.Л., Портнягин М.В. Содержание H2O и CO2 в исходных магмах Ключевского вулкана по данным изучения расплавных и флюидных включений в оливине // Геология и геофизика, 2011, т. 52 (11), c. 1718-1735. 6. Миронов Н.Л., Портнягин М.В. Связь окислительно-восстановительных условий плавления мантии и содержаний меди и серы в первичных магмах на примере Толбачинского дола (Камчатка) и хребта Хуан де Фука (Тихий океан) // Петрология, 2018, т. 26, № 2, c. 140-162. 7. Наумов В.Б., Портнягин М.В., Толстых М.Л., Ярмолюк В.В. Химический состав и параметры кристаллизации трахибазальтов Джидинского района Южно-Байкальской вулканической области по данным изучения расплавных и флюидных включений // Геохимия, 2006, № 3, с. 322-331. 8. Наумов В.Б., Дорофеева В.А., Толстых М.Л., Гирнис А.В., Ярмолюк В.В. Состав и геохимическая специфика магматических расплавов Камчатки по данным анализа расплавных включений и закалочных стекол пород // Геохимия, 2020, т. 65, № 3, с. 237-257. 9. Нурмухамедов А.Г., Недядько В.В., Ракитов В.А., Липатьев М.С. Границы литосферы на Камчатке по данным метода обменных волн землетрясений // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2016, 1 (29), c. 35-52. 10. Портнягин М.В., Миронов Н.Л., Матвеев С.В., Плечов П.Ю. Петрология "авачитов" - высокомагнезиальных базальтов вулкана Авачинский, Камчатка: II. Расплавные включения в оливине // Петрология, 2005, т. 13, № 4, с. 358-388. 11. Соболев А.В. Включения расплавов в минералах как источник принципиальной петрологической информации // Петрология, 1996, т. 4, № 3, с. 228-239. 12. Тобелко Д.П., Портнягин М.В., Крашенинников С.П., Гриб Е.Н., Плечов П.Ю. Состав и условия образования примитивных магм Карымского вулканического центра (Камчатка) по данным изучения расплавных включений и микроэлементной термобарометрии // Петрология, 2019, т. 27, № 3, с. 258-282. 13. Трегер В.Е. Оптическое определение породообразующих минералов. М., Недра, 1968, 208 с. 14. Aster E.M., Wallace P.J., Moore L.R., Watkins J., Gazel E., Bodnar R.J. Reconstructing CO2 concentrations in basaltic melt inclusions using Raman analysis of vapor bubbles // J. Volcanol. Geotherm. Res., 2016, v. 323, p. 148-162. 15. Bakker R.J., Diamond L.W. Estimation of volume fractions of liquid and vapor phases in fluid inclusions, and definition of inclusion shapes // Am. Mineral., 2006, v. 91, p. 635-657. 16. Balesta S.T., Gontovaya L.I. Crustal structure in the Kamchatkan segment of the Pacific transition zone // J. Geodynam., 1985, v. 3 (3-4), p. 245-257. 17. Blank J.G., Brooker R.A. Experimental studies of carbon dioxide in silicate melts: solubility, speciation, and stable carbon isotope behavior // Rev. Mineral. Geochem., 1994, v. 30 (1), p. 157-186. 18. Bucholz C.E., Gaetani G.A., Behn M.D., Shimizu N. Post-entrapment modification of volatiles and oxygen fugacity in olivine-hosted melt inclusions // Earth Planet. Sci. Lett., 2013, v. 374, p. 145-155. 19. Creon L., Levresse G., Remusat L., Bureau H., Carrasco-Nunez G. New method for initial composition determination of crystallized silicate melt inclusions // Chem. Geol., 2018, v. 483, p. 162-173. 20. Danyushevsky L., McNeill A.W., Sobolev A.V. Experimental and petrological studies of melt inclusions in phenocrysts from mantle-derived magmas: an overview of techniques, advantages and complications // Chem. Geol., 2002, v. 183, p. 5-24. 21. Duan X.Z. A general model for predicting the solubility behavior of H2O-CO2 fluids in silicate melts over a wide range of pressure, temperature and compositions // Geochim. Cosmochim. Acta, 2014, v. 125, p. 582-609. 22. Fall A., Tattitch B., Bodnar R.J. Combined microthermometric and Raman spectroscopic technique to determine the salinity of H2O-CO2-NaCl fluid inclusions based on clathrate melting // Geochim. Cosmochim. Acta, 2011, v. 75 (4), p. 951-964. 23. Frezzotti M.L. Silicate-melt inclusions in magmatic rocks: applications to petrology // Lithos, 2001, v. 55, p. 273-299. 24. Frezzotti M.L., Tecce F., Casagli A. Raman spectroscopy for fluid inclusion analysis // J. Geochem. Expl., 2012, v. 112, p. 1-20. 25. Gordeev E.I. Droznin D.V., Kasahara M., Levina V.I., Leonov V.L., Miyamachi H., Okayama M., Saltykov V.A., Sinitsyn V.I., Chebrov V.N. Seismic events associated with the 1996 volcanic eruptions in the Karymsky volcanic center // Volcanol. Seismol., 1998, v. 19, p. 713-735. 26. Hartley M.E., Maclennan J., Edmonds M., Thordarson T. Reconstructing the deep CO2 degassing behaviour of large basaltic fissure eruptions // Earth Planet. Sci. Lett., 2014, v. 393, p. 120-131. 27. https://www.horiba.com/at/scientific/products/raman-spectroscopy/raman-imaging/3d-confocal-volume-imaging 28. Kamenetsky V.S., Davidson P., Mernagh T.P., Crawford A.J., Gemmell J.B., Portnyagin M.V., Shinjo R. Fluid bubbles in melt inclusions and pillow-rim glasses: high-temperature precussors to hydrothermal fluids? // Chem. Geol., 2002, v. 183, p. 349-64. 29. Koulakov I., Abkadyrov I., Al Arifi N., Deev E., Droznina S., Gordeev E.I., Jakovlev A., El Khrepy S., Kulakov R.I., Kugaenko Y., Novgorodova A., Senyukov S., Shapiro N., Stupina T., West M. Three different types of plumbing system beneath the neighboring active volcanoes of Tolbachik, Bezymianny, and Klyuchevskoy in Kamchatka // J. Geophys. Res. Solid Earth, 2017, 122 (5), p. 3852-3874. 30. Lamadrid H.M., Moore L.R., Moncada D., Rimstidt J.D., Burruss R.C., Bodnar R.J. Reassessment of the Raman CO2 densimeter // Chem. Geol., 2017, v. 450, p. 210-222. 31. Mironov N., Portnyagin M., Botcharnikov R., Gurenko A., Hoernle K., Holtz F. Quantification of the CO2 budget and H2O-CO2 systematics in subduction-zone magmas through the experimental hydration of melt inclusions in olivine at high H2O pressure // Earth Planet. Sci. Lett., 2015, v. 425, p. 1-11. 32. Moore L.R., Bodnar R.J. A pedagogical approach to estimating the CO2 budget of magmas // J. Geol. Soc., 2019, v. 176 (2), p. 398-407. 33. Moore L.R., Gazel E., Tuohy R., Lloyd A.S., Esposito R., Steele-MacInnis M., Hauri E.H., Wallace P.J., Plank T., Bodnar R.J. Bubbles matter: An assessment of the contribution of vapor bubbles to melt inclusion volatile budgets // Am. Mineral., 2015, v. 100 (4), p. 806-823. 34. Moore L.R., Mironov N.L., Portnyagin M.V., Gazel E., Bodnar R.J. Volatile contents of primitive bubble-bearing melt inclusions from Klyuchevskoy volcano, Kamchatka: Comparison of volatile contents determined by mass-balance versus experimental homogenization // J. Volcan. Geotherm. Res., 2018, v. 358, p. 124-131. 35. Portnyagin M., Hoernle K., Plechov P., Mironov N., Khubunaya S. Constraints on mantle melting and composition and nature of slab components in volcanic arcs from volatiles (H2O, S, Cl, F) and trace elements in melt inclusions from the Kamchatka Arc // Earth Planet. Sci. Lett., 2007, v. 255 (1-2), p. 53-69. 36. Robidoux P., Frezzotti M.L., Hauri E.H., Aiuppa A. Shrinkage bubbles: The C-O-H-S magmatic fluid system at San Cristóbal volcano // J. Petrol., 2018, v. 59 (11), p. 2093-2122. 37. Schiano P. Primitive mantle magmas recorded as silicate melt inclusions in igneous minerals // Earth Sci. Rev., 2003, v. 63 (1-2), p. 121-144. 38. Shishkina T.A., Botcharnikov R.E., Holtz F., Almeev R.R., Portnyagin M.V. Solubility of H2O- and CO2-bearing fluids in tholeiitic basalts at pressures up to 500 MPa // Chem. Geol., 2010, v. 277 (1-2), p. 115-125. 39. Steele-Macinnis M., Esposito R., Bodnar R.J. Thermodynamic model for the effect of post-entrapment crystallization on the H2O-CO2 systematics of vapor-saturated silicate melt inclusions // J. Petrol., 2011, v. 52 (12), p. 2461-2482. 40. Taracsak Z., Hartley M.E., Burgess R., Edmonds M., Iddon F., Longpre M.A. High fluxes of deep volatiles from ocean island volcanoes: Insights from El Hierro, Canary Islands // Geochim. Cosmochim. Acta, 2019, v. 258, p. 19-36. 41. Tingle T.N., Green H.W., Finnerty A.A. Experiments and observations bearing on the solubility and diffusivity of carbon in olivine // J. Geophys. Res. Solid Earth, 1988, v. 93 (B12), p. 15289-15304. 42. Tucker J.M., Hauri E.H., Pietruszka A.J., Garcia M.O., Marske J.P., Trusdell F.A. A high carbon content of the Hawaiian mantle from olivine-hosted melt inclusions // Geochim. Cosmochim. Acta, 2019, v. 254, p. 156-172. 43. Wallace P.J. Volatiles in subduction zone magmas: concentrations and fluxes based on melt inclusion and volcanic gas data // J. Volcan. Geotherm. Res., 2005, v. 140 (1-3), p. 217-240. 44. Wallace P., Kamenetsky V.S., Cervantes P. Melt inclusion CO2 contents, pressures of olivine crystallization and the problem of shrinkage bubbles // Am. Mineral., 2015, v. 100 (4), p. 787-794. 45. Wang X.L., Chou I.M., Hu W.X., Burruss R.C., Sun Q., Song Y.C. Raman spectroscopic measurements of CO2 density: Experimental calibration with high-pressure optical cell (HPOC) and fused silica capillary capsule (FSCC) with application to fluid inclusion observations // Geochim. Cosmochim. Acta, 2011, v. 75 (14), p. 4080-4093. 46. Zobin V.M., Levina V.I., Maguskin M.A. Seismicity and crustal deformation preceding the January 1996 eruptions at Karymsky Volcanic Center, Kamchatka // Bull. Volcanol., 2003, v. 65, p. 477-485.