Лаборатория теоретических и экспериментальных исследований высокобарического минералообразования (452)

 

Лаборатория была выделена в апреле 2017 года из состава лаборатории 451. На момент выделения основными направления работы лаборатории были теоретические и экспериментальные исследования минералообразования при высоких температурах и давлениях. В 2018 году из коллектива лаборатории была создана лаборатория 454 (Фазовых превращений и диаграмм состояния вещества Земли при высоких давлениях). В настоящее время в лаборатории активно развиваются следующие направления (i) высокобарическое минералообразование на примере глубоко субдуцированных пород континетальной коры, (ii) высокобарическое минералообразование в условиях нижней части земной коры и верхней мантии, (iii) численное моделирование условий образования выосокбарических ассоциаций на основе упруго-пластических равновесий в системах "включение - минерал-хозяин". Одной из приоритетных задач является выявление ключевых карбонатсодержащих минеральных ассоциаций, контролирующие транспорт углерода, радиоактивных и щелочных элементов в мантию Земли в ходе субдукции корового материала, оценка роли и влияния субдукционных процессов на эволюцию вещества литосферной мантии. 

Основные объекты исследования лаборатории располагаются в пределах Северного Казахстана (Кокчетавский массив), Южного Урала (Максютовский комплекс), Республики Саха (Якутия). Члены коллектива принимали активное участие в полевых работах на территории Канады, Королевства Марокко.

За последние 5 лет сотрудники лаборатории принимали участие в качестве руководителей и исполнителей более чем в 4 грантах РНФ, 5 грантах РФФИ, а также участвовали в работе и организации международных конференций и полевых экскурсий.

 

Свернуть  

 

В коллективе лаборатории идут исследования по трем взаимно дополняющим друг друга блокам:

 

высокобарическое минералообразование на примере глубоко субдуцированных пород континетальной коры

В рамках данного направления проводятся исследования ультравысокобарических пород Кокчетавского массива (Северный Казахстан), Максютовский комплекс (Южный Урал). Отдельным аспектом деятельности являются алмазоносные кианитовые гнейсы, которые являются наилучшим природным аналогом KCMASH экспериментальных систем, что позволяет применять к ним полученные ранее результаты экспериментальных работ. Для реконструкции метаморфической истории алмазоносных кианитовых гнейсов используется комплекс аналитических методов, таких как рентгеноспектральный микроанализ, сканирующая электронная микроскопия, катодолюминесценция, КР-спектроскопия и ИК-спектроскопия. Геохимические особенности алмазоносных пород позволили определить природу протолита, а на основании исследования породообразующих и акцессорных минералов впервые была построена прогрессивная часть РТ-тренда эволюции данных пород и определены РТ-условия пика метаморфизма и регрессивного этапа. Особое внимание также уделяется минеральным и флюидным включениям в минералах, так как они содержат ценную генетическую информацию о процессах, происходящих в зонах субдукции.

 

высокобарическое минералообразование в условиях нижней части земной коры и верхней мантии

 

Деятельность группы направлена на изучение микроминералогии литосферной мантии древних кратонов, в особенности редких метасоматических минералов и включений в породообразующих минералах перидотитов, пироксенитов и эклогитов. Особое внимание уделяется проблеме состава и происхождения кимберлитовых расплавов, а также вопросу взаимодействия глубинных протолитов с реакционно-активными метасоматическими агентами.

 

численное моделирование условий образования выосокбарических ассоциаций на основе упруго-пластических равновесий в системах "включение - минерал-хозяин"

 

Деятельность группы направлена на реконструкцию и моделирование РТ трендов, запечатленных в системе "включение - минерал-хозяин". Нередко именно по реликтовым ассоциациям, не информативным с точки зрения, классических подходов геобаротермометрии, удается реконструировать метаморфическую историю. Остаточная упругая деформация во включении может быть измерена напрямую (например, по параметрам решетки с помощью монокристаллической дифракции) или косвенно по смещению положения КР пиков относительно недеформированного кристалла. Затем на основании измеренных деформаций рассчитывается напряжение остаточных включений. Эксперименты с контролируемым негидростатическим давлением могли бы дать более точные калибровки, но они слишком сложны или даже невозможны на настоящий момент. Для решения этой проблемы можно обратиться к теоретическим методам. Расчеты ab initio могут быть использованы для моделирования широкого спектра свойств минералов: от кристаллической структуры и механических свойств до термодинамики (Prencipe 2019). Единственные ограничения этого метода - время и вычислительная мощность. Кроме того, такое моделирование позволяет приложить любую деформацию или напряжение к структуре минерала, обеспечивая тем самым аккуратный метод связи смещения КР пика с деформацией включения и, далее путем расчетов, с напряжением.

 

Свернуть  

 

В своих исследованиях коллектив лаборатории активно использует большинство современных аналитических методик, а также имеет богатый опыт проведения полевых работ в различных климатических зонах от Казахстана, до полярных широт Российской Федерации.

 

 

Свернуть  

 

Исследования, проводимые в лаборатории, позволили реконструировать состав метасоматических агентов, преобразующих породы литосферной мантии Сибирского кратона. В наиболее глубинных ксенолитах деформированных перидотитов, залегающих в основании континентальной литосферы, диагностированы продукты раскристаллизации высокобарического щелочно-карбонатитового расплава, метасоматизировавшего эти породы. Впервые для природных образцов были идентифицированы вторичные включения расплава в породообразующих минералах этих ксенолитов. Дочерние минеральные фазы в этих включениях представлены разнообразными карбонатами (Na-K-Ca-, Na-Ca-, Na-Mg-, Ca-Mg- and Ca-), K-Na- and Na-сульфатами, Na-, K-, Mg-хлоридами, K-Fe-Ni-, K-Fe-, Fe-Ni- and Fe-сульфидами, фосфатами, оксидами и силикатами. Среди дочерних фаз во включениях установлен арагонит (высокобарическая полиморфная модификация CaCO3) однозначно свидетельствующий о мантийном высокобарическом происхождении включений. По данным КР-картирования карбонаты во включениях составляют не менее 64 объемных %. Таким образом, эти включения являются щелочно-карбонатными жидкостями и впервые на природном объекте зафиксировано существование таких жидкостей в макромасштабе на границе астеносферы с литосферой. Считается, что щелочно-карбонатитовые расплавы так же являются самой эффективной средой для формирования алмазов при мантийных условиях [Pal'yanov et al., 1999]. Сходство составов, изученных щелочно-карбонатитовых расплавных включений в оливине деформилованных перидотитов и составов микровключений из волокнистых алмазов мира, позволяет предполагать, что просачивание примитивных кимберлитовых жидкостей через мантийные породы может приводить к формированию по крайней мере некоторой части алмазов в мантии.

Продукты раскристаллизации расплавов - полифазные включения были идентифицированы в порфиробластах породообразующих минералов из метаморфических пород участка Барчинский (Кокчетавский массив, Северный Казахстан). Эти включения состоят из минеральных ассоциаций, включающих породообразующие и акцессорные минералы, которые кристаллизуются во время эксгумации. После гомогенизации этих включений были определены два типа стёкол. Один тип присутствует в гранатовых порфиробластах в меланократовой части одного из образцов и представляет собой высокобарический расплав, образованный вблизи условий пика метаморфизма >4.5 ГПа и 1000 ° С. Эти включения характеризуются высокой концентрацией легких редкоземельных элементов (LREE), Th и U. Экстракция этих расплавов привела к истощению Кокчетавских гнейсов в отношении этих элементов. Измеренные коэффициенты распределения крупных ионных литофильных элементов (LILE) между включениями фенгита и расплавных включений составляют DRb = 1.9-2.5, DBa=1.1-1.6 и DCs=0.6-0.8. Эти коэффициенты показывают, что при частичном плавлении коровых пород в присутствии фенгита происходит незначительное их обеднение в отношении этих элементов. Концентрация Nb в расплавах (27 ppm) примерно вдвое больше, чем в рестите (15 ppm), что указывает на несовместимое поведение Nb при высокобарическом анатексисе, несмотря на наличие остаточного фенгита и акцессорного рутила. Второй тип включения был идентифицирован в порфиробластах граната из лейкократической части этого же образца и представляет собой расплав, образовавшийся во время эксгумации при 650-750 ° С и давлениях земной коры. Эти включения характеризуются низкими концентрациями LREE и Nb, но высоким содержанием U. Составы высокобарических расплавов характеризуются умеренным обогащением в LILE, без истощения в отношении Nb, и экстремально высоким обогащением в отношении LREE и Th, и заметно отличаются от геохимических характеристик островодужных базальтов. Следовательно, можно предполагать, что подобные расплавы не участвуют в образовании островодужной коры. Состав исследованных нами расплавных высокобарических включений аналогичен составу расплавных включений в минералах из ксенолитов земной коры, выносимых щелочными базальтоидами на Памире [Мадюков и др., 2011], а также составам некоторых шошонитов из Тибета [Campbell et al, 2014; Wang et al., 2016]. Образование шошонитовых щелочных магматических пород, распространенных в зонах коллизии, может быть связано с анатексисом Кокчетавского типа пород континентальной коры [Stepanov и др., 2017].

2020 год

 

 

2021 год

 

 

2022 год

 

 

2023 год

 

 

2024 год

 

 

 

Свернуть  

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Свернуть  

 

Сотрудники лаборатории принимают участие в подготовке научных кадров высшей квалификации, а также являются научными руководителями бакалаврских и магистерских дипломных работ. Кроме того, способствуют успешному проведению Сибирской геологической олимпиады школьников (http://www.nsu.ru/Sib_GeoOlymp ).

 

Свернуть  

 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Свернуть  

 

 

• XI International Eclogite Conference, Dominican Republic, 31 January-7 February 2015
• «Advances in High-Pressure Research II: Deepest Understanding», Новосибирск, 29 August - 4 September 2015
• «Онтогения, филогения и система минералов», Миасс, 5-9 октября 2015
• ХI International Conference GeoRaman 2016, Novosibirsk, 9-15 June 2016
• International Siberian Early Career Geoscientists Conference, Novosibirsk, 13-24 June 2016
• 26th Goldschmidt Conference, Yokohama, 26 June – 1 July 2016
• Third International Symposium "Advances in High-Pressure Research III: Towards Geodynamic Implications", Novosibirsk, Russia, August 29 – September 2, 2016
• 2nd European Mineralogical Conference, Rimini, 11-15 September, 2016
• European Current Research on Fluid Inclusions, Nancy, 23-29 June, 2017
• XII International Eclogite Conference, Sweden, 20-29 August 2017
• IX Всероссийская молодежная научная конференция "Минералы: строение, свойства, методы исследования", Екатеринбург, 5-8 февраля 2018
• ХII International Conference GeoRaman 2018, Catania, 10-14 June 2018
• XIX International meeting on crystal chemistry, X-ray diffraction and spectroscopy of minerals, 2-6 June 2019, Apatity
• 29th Goldschmidt Conference, Barcelona, 17 August – 24 August

2020 год

 

 

2021 год

 

 

2022 год

 

 

2023 год

 

 

2024 год

 

 

Свернуть  

 

 

Базовый проект фундаментальных исследований

• Шифр ГЗ – FWZN-2022-0024; Номер Гос. учета: 122041400241-5. «Щелочной магматизм Сибири: источники, условия генерации расплавов, их эволюция и рудообразование », руководитель Дорошкевич Анна Геннадьевна
• Шифр ГЗ – FWZN-2026-0002. «Рудный потенциал метасоматических процессов, связанных с щелочными и карбонатитовыми комплексами», руководитель Дорошкевич Анна Геннадьевна 

 

Гранты Российского научного фонда

• РНФ№ 24-17-00164; Номер Гос. учета – 124112900052-7. «Высокобарическое (~3ГПа) плавление корового материала и генерация различных типов расплавов в орогенных комплексах», руководитель Корсаков Андрей Викторович
• РНФ№ A-8230-2014; Номер Гос. учета – 124051600023-2. «Реконструкция этапов образования и эволюции литосферной мантии и нижней коры Aрктических территорий Восточно-Европейской платформы: выявление связи с алмазоносностью региона», руководитель Агашева Елена Владимировна
• РНФ№ 21-77-10006; Номер Гос. учета – 122041800099-8. «Реконструкция эволюции формирования коэситсодержащих эклогитов в мантии Земли», руководитель Михайленко Денис Сергеевич
• РНФ№ 20-77-10018; Номер Гос. учета – 121120600257-7. «Реконструкция этапов образования и эволюции литосферной мантии и нижней коры Aрктических территорий Восточно-Европейской платформы: выявление связи с алмазоносностью региона.», руководитель Агашева Елена Владимировна

 

 

Свернуть  

 

2023 год

 

1. Alves J.F., Edwards H.G.M., Korsakov A., de Oliveira L.F.C. Revisiting the Raman Spectra of Carbonate Minerals. Minerals 2023, 13, 1358. DOI: 10.3390/min13111358
2. Aulbach S., Stalder R., Massuyeau M., Stern R.A., Ionov D.A., Korsakov, A.V. Water in omphacite and garnet from pristine xenolithic eclogite: T-X-fO2 controls, retentivity, and implications for electrical conductivity and deep H2O recycling // Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2023, 24, e2023GC011170. DOI: 10.1029/2023GC011170
3. Korsakov A.V., Mikhailenko D.S., Zhang Le, Xu Yi-G. Inclusions of diamond crystals in the tourmaline of the schorl-uvite series: problems of genesis // Journal of Mining Institute – 2023 – Pp.1-9. DOI: 10.31897/PMI.2023.18
4. Korsakov A.V., Romanenko A.V., Sokol A.G., Musiyachenko K.A. Raman spectroscopic study of the transformation of nitrogen-bearing K-cymrite during heating experiments: Origin of kokchetavite in high-pressure metamorphic rocks // J Raman Spectrosc – 2023 – 1–8. DOI: 10.1002/jrs.6541
5. Korsakov A.V., Yudin D.S., Musiyachenko K.A., Demin S.P. 40Ar/39Ar DATING OF MARUYAMAITE (K-DOMINANT TOURMALINE) FROM DIAMOND-BEARING METAMORPHIC ROCKS OF THE KOKCHETAV MASSIF // Geodynamics & Tectonophysics – 2023 – VOLUME 14 – ISSUE 3 – ARTICLE 0699. DOI: 10.5800/GT-2023-14-3-0699
6. Mikhno A.O., Shatskiy A.F., Korsakov A.V., Vinogradova Y.G., Berndt J., Klemme S., Rashchenko S.V. Theorigin of calcite in calc-silicate rocks from the Kokchetav ultrahigh-pressure metamorphic complex // Journal of Metamorphic Geology, 2023, 1–28. DOI: 10.1111/jmg.12749
7. Mikhno A.O., Vinogradova Yu.G., Rashchenko S.V., Korsakov A.V. Methane in Carbonate Melt Inclusions in the Rock-Forming Minerals of Calc-Silicate Rocks of the Kokchetav Massif // Doklady Earth Sciences – 2023 - 2volume – 508 – pages 6–11. DOI: 10.1134/S1028334X22601882
8. Sharygin I.S., Solovev K. A., Golovin A. V. Kelyphite around garnet in unaltered lherzolite xenolith from the Udachnaya pipe (Siberian Craton): Formation exclusively via interaction with kimberlite melt // Journal of Asian Earth Sciences – 2023 – Volume 256 – 15 October– 105821. DOI: 10.1016/j.jseaes.2023.105821
9. Sokol A.G., Kupriyanov I.N., Kotsuba D.A., Korsakov A.V., Sokol E.V., Kruk A.N. Nitrogen storage capacity of phengitic muscovite and K-cymrite under the conditions of hot subduction and ultra high pressure metamorphism // Geochimica et Cosmochimica Acta – V. 355 - 15 August – P. 89-109. DOI: 10.1016/j.gca.2023.06.026
10. Zhukova I.A., Stepanov A.S., Malyutina A., Doroshkevich A.G., Korsakov A.V., Jiang Sh.-Y., Bakovets V.V., Pomelova T.A., Nigmatulina E.N. Raman spectroscopic study of non-stoichiometry in cerianite from critical zone // J Raman Spectrosc – 2023 – 1–10. DOI: 10.1002/jrs.6557
11. Калугина А.Д., Зедгенизов Д.А., Логвинова А.М. (2023) Использование рамановской спектроскопии для характеристики состава минеральных включений перидотитового парагенезиса в алмазах. Литосфера, 23(4), 531-548. DOI: 10.24930/1681-9004-2023-23-4-531-548
12. Нугуманова Я.Н., Калугина А.Д., Старикова А.Е., Дорошкевич А.Г., Прокопьев И.Р. Минералы группы апатита из ультраосновных лампрофиров зиминского щелочно-ультраосновного карбонатитового комплекса (Урикско-Ийский грабен, Восточное Присаянье).Литосфера. 2023;23(4):589-602. DOI: 10.24930/1681-9004-2023-23-4-589-602

 

2024 год

 

1. Agasheva E.V., Mikhailenko D.S., Korsakov A.V. Association of quartz, Cr-pyrope and Cr-diopside in mantle xenolith in V.Grib kimberlite pipe (northern East European Platform): genetic models // Journal of Mining Institute. 2023, p. 1-17. DOI: EDN HLLHDR
2. Celata B., Bosi F., Musiyachenko K.A., Korsakov A.V., Andreozzi G.B. Crystal chemistry of K-tourmalines from the Kumdy-Kol microdiamond deposit, Kokchetav Massif, Kazakhstan // European Journal of Mineralogy, Volume 36, issue 5, EJM, 36, 797–811, 2024. DOI: 10.5194/ejm-36-797-2024
3. Gavryushkin P.N., Rečnik A., Donskikh K.G., Banaev M.V., Sagatov N.E., Rashchenko S., Volkov S., Aksenov S., Mikhailenko D., Korsakov A., Daneu N., Litasov K.D. The intrinsic twinning and enigmatic twisting of aragonite crystals // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (6) e2311738121. DOI: 10.1073/pnas.2311738121
4. Korsakov A.V., Mikhailenko D.S., Serebryannikov A.O., Logvinova A.M., Gladkochub D.P. Inclusion of Kokchetavite in a Diamond Crystal from Venezuela: Evidence of Subduction of the Continental Crust. // Doklady Earth Sciences, Volume 517, Issue 1, p.1206-1212. DOI: 10.1134/S1028334X24601317
5. Kumar N., Ishchenko D.V., Milekhin I.A., Yunin P.A., Kyrova E.D., Korsakov A.V., Tereshchenko O.E. Polarization-resolved resonant Raman excitation of surface and bulk electronic bands and phonons in MBE-grown topological insulator thin films//Physical Chemistry Chemical Physics, Issue 46, 2024. DOI: 10.1039/d4cp02994a
6. Mikhailenko D.S., Aulbach S., Stepanov A.S., Korsakov A.V., Le Zhang, Yi-Gang Xu, Allanite in Mantle Eclogite Xenoliths // Journal of Petrology, Volume 65, Issue 5, May 2024, egae041. DOI: 10.1093/petrology/egae041
7. Nugumanova Y., Doroshkevich A., Kalugina A., Chebotarev D., Izbrodin I., Hou T., Age and composition of perovskite in ultramafic lamprophyres from the Zima alkaline-ultramafic carbonatite complex, the southern margin of the Siberian craton: Petrogenetic implications // Geochemistry, 2024, 126159. DOI: 10.1016/j.chemer.2024.126159
8. Romanenko A.V., Rashchenko S.V., Korsakov A.V., Sokol A.G. High pressure behavior of K-cymrite (KAlSi3O8·H2O) crystal structure // Physics and Chemistry of Minerals, Volume 51, article number 36, (2024). DOI: 10.1007/s00269-024-01296-3
9. Romanenko A.V., Rashchenko S.V., Korsakov A.V., Sokol A.G., Kokh K.A. Compressibility and pressure-induced structural evolution of kokchetavite, hexagonal polymorph of KAlSi3O8, by single-crystal X-ray diffractio//American Mineralogist (2024) 109 (7): 1284–1291, DOI: 10.2138/am-2023-9120
10. Sokol A.G., Korsakov A.V., Kruk A.N. The Formation of K-Cymrite in Subduction Zones and Its Potential for Transport of Potassium, Water, and Nitrogen into the Mantle// Geochemistry International, 2024, Vol. 62, No. 12, pp. 1322–1331. DOI: 10.1134/S0016702924700745
11. Starikova A.E., Malyutina A.V., Izbrodin I.A., Doroshkevich A.G., Radomskaya T.A., Isakova A.T., Semenova D.V., Korsakov A.V., Mineralogical, Petrographic and Geochemical Evidence for Zircon Formation Conditions within the Burpala Massif, Northern Baikal Region// Geodynamics & Tectonophysics 15 (5), 0787. 2024. doi:10.5800/GT-2024-15-5-0787
12. Zhitova E. S., Mikhailenko D. S., Pekov I. V., Korsakov A. V., Zolotarev A. A. Iowaite from the Udachnaya Kimberlite Pipe, Yakutia: Crystal Chemistry and Postcrystallization Transformations // Doklady Earth Sciences, Volume 517, pages 1190–1198, (2024). DOI: 10.1134/S1028334X24601858

 

Свернуть