Геохимия, 2022, T. 67, № 5, стр. 403-412

Эффект кислотно-основного взаимодействия при испарении щелочных компонентов из расплавов хондр

О. И. Яковлев a*, С. И. Шорников a**

a Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия

* E-mail: yakovlev@geokhi.ru
** E-mail: sergey.shornikov@gmail.com

Поступила в редакцию 11.03.2021
После доработки 07.06.2021
Принята к публикации 07.08.2021

Аннотация

Приводятся экспериментальные данные по испарению K2O и Na2O из расплавов различной кислотности и, в том числе, из пироксеновых хондр хондрита Саратов (L4). Обсуждается проблема летучести щелочей и дается ее интерпретация в рамках теории Коржинского о кислотно-основном взаимодействии компонентов расплава. На примерах испарения модельных составов и составов, близких к хондрам, подтверждается главный тезис теории, что базовые параметры активности компонентов – концентрация и коэффициент активности – управляют поведением K2O и Na2O в расплаве. Рассмотрены причины противоречий в трактовке имеющихся экспериментальных данных по испарению щелочей и показано, что неучтенное в работах зарубежных авторов свойство кислотности-основности расплава следует отнести к числу важных факторов, определяющих сравнительную летучесть калия и натрия при испарении хондр.

Ключевые слова: хондры, испарение, активности компонентов, принцип кислотно-основного взаимодействия

Список литературы

  1. Коржинский Д.С. (1956) Зависимость активности компонентов от кислотности раствора и последовательность реакций при постмагматических процессах. Геохимия (7), 3-10.

  2. Коржинский Д.С. (1959) Кислотно-основное взаимодействие компонентов в силикатных расплавах и направление котектических линий. ДАН СССР 128(2), 383-386.

  3. Коржинский Д.С. (1963) Соотношение между активностью кислорода, кислотностью и восстановительным потенциалом при эндогенным минералообразовании. Известия АН СССР, серия геологическая (3), 54-63.

  4. Шорников С. И. (2015) Коэффициенты испарения оксидов, содержащихся в расплавах Ca–Al–включений в хондритах. Геохимия (12), 1110-1119.

  5. Shornikov S.I. (2015) Vaporization coefficients of oxides contained in the melts of Ca–Al–inclusions. Geochem. Int. 53(12), 1080-1089.

  6. Шорников С.И. (2019) Термодинамическое моделирование процессов испарения лунного и метеоритного вещества. Геохимия 64 (8), 794–802.

  7. Shornikov S.I. (2019) Thermodynamic modelling of evaporation processes of lunar and meteoritic substance. Geochem. Int. 57 (8), 865–872.

  8. Шорников С.И., Яковлев О.И. (2020) Термодинамика расплавов в системе Na2O–K2O–SiO2. XXI междунар. конф. Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле, М.: ИГЕМ РАН, 293-296.

  9. Яковлев О.И., Косолапов А.И., Кузнецов А.В., Нусинов М.Д. (1972) Результаты исследования фракционного испарения базальтового расплава в вакууме. ДАН СССР 206(4), 970-973.

  10. Яковлев О.И., Косолапов А.И., Кузнецов А.В., Нусинов М.Д. (1973) Особенности испарения K и Na из расплавов в вакууме. Вестник МГУ (5), 85-88.

  11. Яковлев О.И., Маркова О.М., Семенов Г.А., Белов А.Н. (1984) Результаты эксперимента по испарению хондрита Крымка. Метеоритика (43), 126-132.

  12. Яковлев О.И., Маркова О.М., Белов А.Н., Семенов Г.А. (1987) Об образовании металлической формы железа при нагревании хондритов. Метеоритика (46), 104-118.

  13. Яковлев О.И., Шорников С.И. (2019) Теоретический анализ химического и изотопного фракционирования магния и кремния при испарении Ca–Al–включений хондритов. Геохимия 64(8), 777-793.

  14. Yakovlev O.I., Shornikov S.I. (2019) Theoretical analysis of Mg and Si chemical and isotopic fractionation at vaporization of Ca–Al inclusions of Chondrites. Geochem. Int. 57(8) 851-864.

  15. Alexander C.M. O’D., Grossman J.N., Ebel D.S., Ciesla F.J. (2008) The formation conditions of chondrules and chondrites. Science 320(5883), 1617-1619.

  16. Alexander C.M. O’D., Ebel D.S., Ciesla F.J., Grossman J.N. (2008a) Reassessing the condition of chondrule formation. 39th Lunar & Planet. Sci. Conf. Abs. #2440.

  17. Cohen B.A., Hewins R.H., Alexander C.M. O’D. (2004) The formation of chondrules by open-system melting of nebular condensates. Geochim. Cosmochim. Acta 68(7), 1661-1675.

  18. Connelly J.N., Bizzarro M., Krot A.N. Nordlunds A., Wielandt D., Ivanova M.A. (2012). The absolute chronology and thermal processing of solids in the solar protoplanetary disk. Science 338(6107), 651-655.

  19. Connelly J., Bizzarro M. (2018) The absolute Pb–Pb isotope ages of chondrules: insights into the dynamics of the Solar protoplanetary disk. In Chondrules. Records of protoplanetary disk processes (Eds. Russell S.S., Connolly H.C., Krot A.N.). Cambridge: University Printing House, 300-323.

  20. Desch S.J., Connolly H.C. (2002) A model of the thermal processing of particles in solar nebula shocks: application to the cooling rates of chondrules. Met. Planet. Sci. 37(2), 183-207.

  21. Ebel D., Alexander C.M. O’D., Libourel G. (2018) Vapor–melt exchange: constraints on chondrite formation conditions and processes. In Chondrules. Records of protoplanetary disk processes (Eds. Russell S.S., Connolly H.C., Krot A.N.). Cambridge: University Printing House, 151-174.

  22. Fedkin A.V., Grossman L. (2013) Vapor saturation of sodium: key to unlocking the origin of chondrules. Geochim. Cosmochim. Acta 112, 226-250.

  23. Gibson E.K., Hubbard N.J. (1972) Thermal volatilization studies on lunar samples. Proc. 3rd Lunar Sci. Conf., 2003-2014.

  24. Jones R.H., Villeneuve J., Libourel G. (2018) Thermal histories of chondrules: petrologic observations and experimental constraints. In Chondrules. Records of protoplanetary disk processes (Eds. Russell S.S., Connolly H.C., Krot A.N.). Cambridge: University Printing House, 57-90.

  25. Kracek F.C. (1931) The ternary system, K2SiO3–Na2SiO3–SiO2. J. Phys. Chem. 31(10), 2529-2542.

  26. Kreutzberger M.E., Drake M.J., Jones J.H. (1986) Origin of the earth’s Moon: constraints from alkali volatile trace elements. Geochim. Cosmochim. Acta 50(1), 91-98.

  27. Nagashima K., Kita N.T., Luu T.-H. (2018) 26Al–26Mg systematics of chondrules. In Chondrules. Records of protoplanetary disk processes (Eds. Russell S.S., Connolly H.C., Krot A.N.). Cambridge: University Printing House, 247-275.

  28. Richter F.M., Mendybaev R.A., Christtensen J.N., Ebel D., Gaffney A. (2011) Laboratory experiments bearing on the origin and evolution of olivine-rich chondrules. Met. Planet. Sci. 46(8), 1152-1178.

  29. Rudnyi E.B., Korobov M.V., Vovk O.M., Kaibicheva E.A., Sidorov L.N. (1990) A new technique for measurement of low O2 and alkali partial pressures. Materials chemistry at high temperatures. N. Y.: Springer, 1, 165-174.

  30. Samoilova O.V., Makrovets L.A., Trofimova E.A. (2018) Thermodynamic simulation of the phase diagram of the Cu2O–Na2O–K2O system. Moscow Univ. Chem. Bull. 73(3), 105-110.

  31. Sears D.W.G. (2004) The origin of chondrules and chondrites. Cambridge: Cambridge University Press, 209 p.

  32. Shornikov S.I. (2013) Thermodynamic properties of the K2O–SiO2 melts. Experiment in Geosciences 19(1), 108-111.

  33. Shornikov S.I. (2014) Thermodynamic properties of sodium-silicate melts. Experiment in Geosciences 20 (1), 48–51.

  34. Tsuchiyama A., Nagahara H., Kushiro I. (1981) Volatilization of sodium from silicate melt spheres and its application to the formation of chondrules. Geochim. Cosmochim. Acta 45(8), 1357-1367.

  35. Ustunisik G., Ebel D.S., Nekvasil H. (2014) Vapor evolution during degassing of alkalis in Cl-free and Cl-bearing melts: experimental insights into chondrule formation 45th Lunar & Planet. Sci. Conf. Abs. #2171.

  36. Yazhenskikh E., Hack K., Muller M. (2008) Critical thermodynamic evaluation of oxide systems relevant to fuel ashes and slags, part 4: sodium oxide–potassium oxide–silica. CALPHAD 32 (3), 506-513.

  37. Yu Y., Hewins R.H., Alexander C.M. O’D., Wang J. (2003) Experimental study of evaporation and isotopic mass fractionation of potassium in silicate melts. Geochim. Cosmochim. Acta 67(4), 773-786.

Дополнительные материалы отсутствуют.