Расплава включение является небольшой пакет или «сгустки» из расплава (ов), который попадает в ловушку кристаллов, растущих в магмы и в конечном итоге образуя вулканические породы. Во многих отношениях это аналог флюидного включения в магматических гидротермальных системах. Включения расплава имеют тенденцию быть микроскопическими по размеру и могут быть проанализированы на содержание летучих веществ, которые используются для интерпретации давления захвата расплава на глубине.
Включения расплава, как правило, небольшие - большинство из них имеют диаметр менее 80 микрометров (микрометр составляет одну тысячную миллиметра или около 0,00004 дюйма). Они могут содержать ряд различных компонентов, включая стекло (которое представляет собой расплав, закаленный быстрым охлаждением), мелкие кристаллы и отдельный насыщенный паром пузырек. Они встречаются в кристаллах, которые можно найти в магматических породах, таких как, например, кварц, полевой шпат, оливин, пироксен, нефелин, магнетит, перовскит и апатит. Включения расплава встречаются как в вулканических, так и в плутонических породах. Кроме того, включения расплава могут содержать несмешивающиеся (несмешивающиеся) фазы расплава, и их исследование является исключительным способом найти прямые доказательства присутствия двух или более расплавов при улавливании.
Несмотря на свой небольшой размер, включения расплава могут предоставить массу полезной информации. Используя микроскопические наблюдения и ряд методов химического микроанализа, геохимики и петрологи изверженных пород могут получить ряд уникальной информации о включениях расплава. Существуют различные методы, используемые для анализа содержания в расплавных включениях H 2 O и CO 2, основных, второстепенных и следовых элементов, включая двустороннее микропропускание FTIR, одностороннее микроотражение FTIR, рамановскую спектроскопию, микротермометрию, масс-спектроскопию вторичных ионов ( SIMS )., Масс-спектрометрия с лазерной абляцией и индуктивно связанной плазмой ( LA-ICPMS ), сканирующая электронная микроскопия ( SEM ) и электронный микрозондовый анализ ( EMPA ). Если внутри включения расплава присутствует пузырек пара, анализ пузырька пара должен быть принят во внимание при восстановлении общего бюджета летучих включений расплава.
Микротермометрия - это процесс повторного нагрева включения расплава до его исходной температуры плавления с последующим быстрым охлаждением для образования однородной стекловидной фазы, свободной от дочерних минералов или пузырьков пара, которые могли изначально содержаться в включении расплава.
Нагрев стадии - это процесс нагрева включения расплава на столике, установленном на микроскопе, и пропускания через него газообразного гелия (стадия Вернадского) или аргона (Linkam TS1400XY) с последующим быстрым охлаждением включения расплава после того, как оно достигнет исходной температуры расплава. с образованием однородной стеклянной фазы. Использование ступени нагрева позволяет наблюдать за изменяющимися фазами включения расплава по мере его повторного нагрева до исходной температуры расплава.
Этот процесс позволяет повторно нагревать одно или несколько включений расплава в печи, поддерживаемой при постоянном давлении в одну атмосферу, до их исходных температур плавления, а затем быстро закаливать в воде для получения однородной стекловидной фазы.
Этот аналитический метод требует использования инфракрасного лазера, сфокусированного на пятне на стеклянной фазе включения расплава, чтобы определить коэффициент поглощения (или экстинкции) для H 2 O и CO 2, связанный с длинами волн для каждого вида в зависимости от исходной литологии. содержащий включения расплава.
Этот анализ аналогичен FTIR при использовании сфокусированного лазера на стеклянной фазе включения расплава или пузырька пара, который может содержаться во включении расплава, для определения длин волн, связанных с полосами комбинационного колебания летучих веществ, таких как H 2 O и CO. 2. Рамановская спектроскопия также может использоваться для определения плотности CO 2, содержащегося в пузырьке пара, если он присутствует в достаточно высокой концентрации во включении расплава.
Этот аналитический метод используется для определения концентраций летучих, а также следовых элементов путем наведения пучка ионов ( 16 O - или 133 Cs +) на включение расплава для получения вторичных ионов, которые можно измерить с помощью масс-спектрометра.
С помощью этого аналитического метода можно определить основные и следовые элементы, однако с помощью LA-ICPMS включение из расплава и любые сопутствующие материалы внутри включения из расплава ионизируются, тем самым разрушая включение из расплава, а затем анализируются с помощью масс-спектрометра.
Сканирующая электронная микроскопия - полезный инструмент, который можно использовать перед любым из вышеуказанных анализов, которые могут привести к потере исходного материала, поскольку ее можно использовать для проверки дочерних минералов или пузырьков пара и помочь определить лучший метод, который следует выбрать для включения расплава. анализ.
Электронный микрозондовый анализ повсеместно используется при анализе основных и второстепенных элементов во включениях расплава и обеспечивает концентрацию оксидов, используемую для определения исходных типов магмы расплавных включений и вкрапленников-хозяев.
Присутствие парового пузырька добавляет дополнительный компонент для анализа, учитывая, что паровой пузырь может содержать значительную долю H 2 O и CO 2, первоначально в расплаве, отобранном включением расплава. Если паровой пузырь состоит в основном из CO 2, для определения плотности присутствующего CO 2 можно использовать рамановскую спектроскопию.
Включения расплава можно использовать для определения состава, эволюции состава и летучих компонентов магм, существовавших в истории магматических систем. Это связано с тем, что включения расплава действуют как крошечный сосуд под давлением, который изолирует и сохраняет окружающий кристалл расплав до того, как они будут модифицированы более поздними процессами, такими как кристаллизация после захвата. Учитывая, что включения расплава образуются при различных давлениях (P) и температурах (T), они также могут предоставить важную информацию об условиях улавливания (PT) на глубине и их летучем содержании (H 2 O, CO 2, S, Cl и F). которые вызывают извержения вулканов.
Концентрации основных и второстепенных элементов обычно определяются с использованием EPMA, и общие составы элементов включают Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F и S. Знание концентраций оксидов связанные с этими основными и второстепенными элементами, могут помочь определить состав исходной магмы, включения расплава и хозяев вкрапленников.
Концентрации микроэлементов можно измерить с помощью анализа SIMS с разрешением в некоторых случаях всего 1 ppm. Анализы LA-ICPMS также можно использовать для определения концентраций микроэлементов, однако более низкое разрешение по сравнению с SIMS не обеспечивает определение таких низких концентраций, как 1 ppm.
Генри Клифтон Сорби в 1858 году первым задокументировал микроскопические включения расплава в кристаллах. В последнее время изучение включений расплава было продиктовано разработкой сложных методов химического анализа. Ученые из бывшего Советского Союза провели исследование включений расплава в течение десятилетий после Второй мировой войны и разработали методы нагрева включений расплава под микроскопом, так что изменения можно было наблюдать напрямую. А.Т. Андерсон исследовал анализ включений расплава из базальтовых магм вулкана Килауэа на Гавайях, чтобы определить начальные концентрации летучих магм на глубине.