Оливин – один из самых распространённых породообразующих минералов на Земле, слагает магматические породы коры и верхней мантии Земли. Химический состав оливина потенциально хранит информацию о физико-химических процессах образования и эволюции магм в глубинах Земли. Учёные лаборатории геохимии магматических и метаморфических пород Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН, совместно с иностранными коллегами, изучили влияние вторичной флуоресценции (англ. “secondary fluorescence”, сокращенно SF) на точность микрозондового анализа малых (8-200 μm) зерен оливина, находящихся в базальтовом стекле (Рис. 1). Эффект SF может приводить к существенным завышениям измеренных содержаний редких элементов в оливине, таких как Al, Ca, Ni, Ti, Mn, Cr (Рис. 2), и поправка на SF необходима для корректной калибровки геотермометров, указывающих на температуру образования минералов и горных пород. В работе было выявлено, что влияние SF на измеренный состав оливина наиболее значительно при анализе Ca и Ti (превышения в сотни ppm; ppm – одна миллионная доля), и слабее для Al (превышения в десятки ppm). Получены уравнения коррекции для Ca, Ti и Al, которые можно применять для корректировки данных микрозондового анализа на эффект SF. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Geology.

«Электронно-зондовый микроанализ применяется в геологии уже многие десятилетия. Несмотря на значительный прогресс в точности и чувствительности метода, некоторые инструментальные эффекты, такие как SF, препятствуют достижению желаемого качества измерений. SF может возникать при микрозондовом анализе минерала, вблизи границы с другой по составу фазой (минерал, стекло) и может приводить к завышению измеренных содержаний в минерале тех хим. элементов, которые также присутствуют в большом количестве в соседней фазе. Хотя SF эффект был известен в течение десятилетий и его потенциальные аналитические ошибки в геологических приложениях широко обсуждались, эффективных методов коррекции этого эффекта разработано не было» - сказал старший научный сотрудник лаборатории магматических и метаморфических пород ГЕОХИ РАН, кандидат геолого-минералогических наук, PhD, Максим Гавриленко.

Зерна оливина малых (8-200 μm) размеров, находящиеся в базальтовом стекле – это типичный продукт высокотемпературных экспериментов (Рис. 3), используемых для изучения таких важных петрологических параметров, как коэффициенты распределения химических элементов между оливином и магматическим расплавом. Многие широко используемые петрологические инструменты, такие как геотермометры, базируются на информации о коэффициентах распределения в системе оливин/расплав, и точность подобных инструментов напрямую зависит от качества химического анализа кристаллов оливина, выросших из расплава в ходе экспериментов.

Предложен новый экспериментальный метод изучения эффекта SF: кристаллы гомогенного оливина известного состава (оливин, применяемый в качестве эталона/стандарта), быстро (несколько минут) сплавляются с базальтовым стеклом, а затем состав оливина измеряется с помощью микрозондового анализа. Поскольку сплавление было быстрым, кратковременная выдержка кристалла в расплаве в высокотемпературных условиях не влияет на состав краевых зон оливина. Таким образом, разница между измеренными и эталонными значениями является мерой эффекта SF. Экспериментальная методика была дополнена компьютерным моделированием эффекта SF.

Используя комбинацию из экспериментальных и расчётных методов, было выявлено, что:

– влияние эффекта SF на измеренный состав оливина наиболее значительно при анализе Ca и Ti (превышения в сотни ppm), и слабее для Al (превышения в десятки ppm).

– подобные величины эффекта SF могут вызвать серьезные расхождения при применении оливиновых геотермометров.

– в результате получены уравнения коррекции эффекта SF для Ca, Ti и Al для анализа изометричных зерен оливина.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Европейского исследовательского совета (ERC) и Минобрнауки.

Публикация: M. Gavrilenko, V.G.Batanova, Xavier Llovet, S. Krasheninnikov, A.N. Koshlyakova, A.V. Sobolev (2023) Secondary fluorescence effect quantification of EPMA analyses of olivine grains embedded in basaltic glass. Chemical Geology, 621, 121328, https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121328