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.

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.