Состав лаборатории насчитывает 12 сотрудников, в том числе: 1 доктор геолого-минералогических наук, 4 кандидатов наук, а также квалифицированных инженеров, техников и лаборантов, имеющих большой опыт исследований высокобарических пород и минералов.
Контакты
Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Методы и методики
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.
Инфраструктура
Важнейшие достижения за 5 лет
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].
Информационная справка
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.
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.
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.
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 ).
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
Список основных проектов и публикаций
Базовый проект НИР (VIII.72.1.) «Исследование карбонатсодержащих природных и модельных систем, связанных с субдукцией корового материала в мантию Земли» (2017-2021 гг.). Научный руководитель: д.г.-м.н. А.В. Корсаков
Грант Президента Российской Федерации МК-971.2020.5. “Минералого-геохимическая характеристика и выявление генезиса ксенокристаллов граната с твердофазными включениями оксидов из лампрофиров Алданского щита”, 2020-2021 гг. Руководитель Резвухин Д.И.
РНФ № 18-17-00186 «Минералы-концентраторы калия - ключ к реконструкции состава минералообразующих сред в зонах субдукции», 2018-2020 гг. Руководитель А.В. Корсаков.
РНФ № 18-77-00041 «Физико-химические условия образования графита и алмаза в мантии на примере мантийных ксенолитов из кимберлитовой трубки «Удачная» (Сибирский кратон)», 2019-2020 гг. Руководитель Михайленко Д.С.
РНФ № 15-17-30012 «Рамановское картирование вариаций напряжений (давлений) в масштабах отдельных зерен для метаморфических пород сверхвысоких давлений», 2015-2017 гг. Руководитель А.В. Корсаков.
РФФИ № 18-35-00219 «Окислительно-восстановительные условия образования графита и алмаза в породах верхней мантии на примере ксенолитов эклогитов из кимберлитовой трубки «Удачная»». Руководитель Михайленко Д.С.
РФФИ № 19-35-90002 «Метаморфическая история алмазоносных кианитовых гнейсов Кокчетавского массива, запечатленная в акцессорных минералах», 2019-2021 гг. Руководитель А.В. Корсаков
РФФИ № 18-05-00643-а «Поведение серы, халькофильных и сидерофильных элементов при высоких давлениях на примере глубокосубдуцированных пород Кокчетавского массива и нижнекоровых (эклогитоподобных) и эклогитовых ксенолитов кимберлитовой трубки «Удачная», 2018-2020 гг. Руководитель А.В. Корсаков