Введение
Компативность - термин, используемый геохимиками для описания того, как элементы разделяются в твердом и плавятся в мантии Земли. В геохимии совместимость - это мера того, насколько легко определенный микроэлемент заменяет основной элемент в минерале. Совместимость иона контролируется двумя вещами: его валентностью и ионным радиусом. Оба должны приближаться к основным элементам, чтобы микроэлемент был совместим в минерале. Например, оливин (обильный минерал в верхней мантии) имеет химическую формулу Никель, с очень похожим химическим поведением на железо и магний, легко заменяет их и, следовательно, очень совместим в мантии. Совместимость контролирует разделение различных элементов во время плавления. Совместимость элемента в породе представляет собой средневзвешенное значение его совместимости в каждом из присутствующих минералов. Напротив, несовместимый элемент - это тот, который наименее стабилен в своей кристаллической структуре. Если элемент несовместим в породе, он распадается в расплавленный элемент, как только начинается плавление. В общем, когда элемент называется "совместимым" без упоминания того, в какой породе он совместим, подразумевается мантия. Таким образом, несовместимыми элементами являются те, которые обогащаются в континентальной коре и истощаются в мантии. Примеры включают: рубидий, барий, уран и лантан. Совместимые элементы истощаются в коры и обогащаются в мантии, например, никель и титан. Совместимость обычно описывается коэффициентом распределения элемента. Коэффициент распределения описывает, как твердая и жидкая фазы элемента будут распределяться в минерале. Текущие исследования редких микроэлементов Земли стремятся количественно определить и изучить химический состав элементов в земной коре. В понимании нижней коры и верхней области мантии внутренней части Земли все еще существуют неопределенности. Кроме того, многочисленные исследования были сосредоточены на изучении коэффициентов разделения некоторых элементов в базальтовой магме для характеристики состава океанической коры.
Compatibility is a term used by geochemists to describe how elements partition themselves in the solid and melt within Earth's mantle. In geochemistry, compatibility is a measure of how readily a particular trace element substitutes for a major element within a mineral. Compatibility of an ion is controlled by two things: its valence and its ionic radius. Both must approximate those of the major element for the trace element to be compatible in the mineral. For instance, olivine (an abundant mineral in the upper mantle) has the chemical formula Nickel, with very similar chemical behaviour to iron and magnesium, substitutes readily for them and hence is very compatible in the mantle. Compatibility controls the partitioning of different elements during melting. The compatibility of an element in a rock is a weighted average of its compatibility in each of the minerals present. By contrast, an incompatible element is one that is least stable within its crystal structure. If an element is incompatible in a rock, it partitions into a melt as soon as melting begins. In general, when an element is referred to as being “compatible” without mentioning what rock it is compatible in, the mantle is implied. Thus incompatible elements are those that are enriched in the continental crust and depleted in the mantle. Examples include: rubidium, barium, uranium, and lanthanum. Compatible elements are depleted in the crust and enriched in the mantle, with examples nickel and titanium. Compatibility is commonly described by an element's distribution coefficient. A distribution coefficient describes how the solid and liquid phases of an element will distribute themselves in a mineral. Current studies of Earth's rare trace elements seek to quantify and examine the chemical composition of elements in the Earth's crust. There are still uncertainties in the understanding of the lower crust and upper mantle region of Earth's interior. In addition, numerous studies have focused on looking at the partition coefficients of certain elements in the basaltic magma to characterize the composition of oceanic crust.
Коэффициент распределения (разделения)
В минерале почти все элементы распределяются неравномерно между твердой и жидкой фазой. Это явление известно как химическое фракционирование и может быть описано равновесной константой, которая устанавливает фиксированное распределение элемента между любыми двумя фазами при равновесии. В конечном счете, эти измерения могут быть использованы для дальнейшего понимания элементарного поведения в различных геологических условиях.
Приложения
Один из основных источников информации о составе Земли исходит из понимания связи между передотитом и плавлением базальта. Перидотит составляет большую часть мантии Земли. Базальт, который очень концентрирован в океанической коре Земли, образуется, когда магма достигает поверхности Земли и охлаждается очень быстро. Эта концепция может быть применена учеными для получения информации об эволюции мантии Земли и о том, как концентрации литофильных микроэлементов менялись за последние 3,5 миллиарда лет.
Понимание внутренней части Земли
В предыдущих исследованиях использовалась совместимость микроэлементов, чтобы увидеть влияние, которое это окажет на расплавленную структуру перидотита солидуса. В таких исследованиях исследовались коэффициенты разделения конкретных элементов, а величина этих значений давала исследователям некоторое представление о степени полимеризации плавленого материала. В 1998 году в Восточном Китае было проведено исследование, в ходе которого был изучен химический состав различных элементов, обнаруженных в коры Китая. Одним из параметров, используемых для характеристики и описания структуры коры в этой области, была совместимость различных пар элементов. По сути, подобные исследования показали, как совместимость определенных элементов может меняться и влиять на химический состав и условия внутренней части Земли. Океанический вулканизм - это еще одна тема, которая обычно включает использование совместимости. С 1960-х годов геохимики начали изучать структуру мантии Земли. Океанская кора, богатая базальтами из вулканической активности, показывает различные компоненты, которые предоставляют информацию об эволюции внутренней части Земли в течение геологических временных масштабов. Несовместимые микроэлементы истощаются при таянии мантии и обогащаются в океанической или континентальной коре в результате вулканической активности. В других случаях вулканизм может привести к обогащению растворенной мантии на кору. Эти явления можно количественно оценить, рассмотрев записи радиоактивного распада изотопов в этих базальтах, что является ценным инструментом для геохимиков мантии. Более конкретно, геохимия серпентинитов вдоль дна океана, в частности, в зонах субдукции, может быть изучена с использованием совместимости конкретных микроэлементов. Совместимость свинца (Pb) с цирконами в различных условиях может также быть показателем цирконов в породах. При наблюдении за уровнем нерадиогенного свинца в цирконах это может быть полезным инструментом для радиометрического датирования цирконов.