Synthesis of Ca-tourmaline in the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-H2O-HCl |
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| Authors: | G von Goerne G Franz |
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| Affiliation: | Fachgebiet Petrologie, Technische Universit?t, Berlin, Federal Republic of Germany, DE
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| Abstract: | Summary. ?Ca-tourmaline has been synthesized hydrothermally in the presence of Ca(OH)2 and CaCl2-bearing solutions of different concentration at T = 300–700 °C at a constant fluid pressure of 200 MPa in the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-H2O-HCl. Synthesis of tourmaline was possible at 400 °C, but only above 500 °C considerable amounts of tourmaline formed. Electron
microprobe analysis and X-ray powder data indicate that the synthetic tourmalines are essentially solid solutions between
oxy-uvite, CaMg3- Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3O, and oxy-Mg-foitite, □(MgAl2)Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3O. The amount of Ca ranges from 0.36 to 0.88 Ca pfu and increases with synthesis temperature as well as with bulk Ca-concentration
in the starting mixture. No hydroxy-uvite, CaMg3(MgAl5)(Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH), could be synthesized. All tourmalines have < 3 Mg and > 6 Al pfu. The Al/(Al + Mg)-ratio decreases from 0.80 to 0.70
with increasing Ca content. Al is coupled with Mg and Ca via the substitutions Al2□Mg−2Ca−1 and AlMg−1H−1. No single phase tourmaline could be synthesized. Anorthite ( + quartz in most runs) has been found coexisting with tourmaline.
Other phases are chlorite, tremolite, enstatite or cordierite.
Between solid and fluid, Ca is strongly fractionated into tourmaline ( + anorthite). The concentration ratio D = Ca(fluid)/Ca(tur) increases from 0.20 at 500 °C up to 0.31 at 700 °C. For the assemblage turmaline + anorthite + quartz + chlorite or tremolite
or cordierite, the relationship between Ca content in tourmaline and in fluid with temperature can be described by the equation
(whereby T = temperature in °C, Ca(tur) = amount of Ca on the X-site in tourmaline, Ca( fluid) = concentration of Ca2+ in the fluid in mol/l). The investigations may serve as a first guideline to evaluate the possibility to use tourmaline as
an indicator for the fluid composition.
Zusammenfassung. ?Synthese von Ca-Turmelin im System CaO-MgO-Al
2
O
3
-SiO
2
-B
2
O
3
-H
2
O-HCl
Im System CaO-MgO-Al2O3-SiO2-B2O3-H2O-HCl wurde Ca-Turmalin hydrothermal aus Ca(OH)2 and CaCl2-haltigen L?sungen bei T = 300–700 °C und einem konstanten Fluiddruck von 200 MPa synthetisiert. Die Synthese von Turmalin war m?glich ab 400 °C,
aber nur oberhalb von 500 °C bildeten sich deutliche Mengen an Turmalin. Elektronenstrahl-Mikrosondenanalysen und R?ntgenpulveraufnahmen
zeigen, da? Mischkristalle der Reihe Oxy-Uvit, CaMg3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3O, und Oxy-Mg-Foitit, □(MgAl2)Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3O gebildet wurden. Der Anteil an Ca variiert zwischen 0.36 und 0.88 Ca pfu und nimmt mit zunehmender Synthesetemperatur und
zunehmender Ca-Konzentration im System zu. Hydroxy-Uvit, CaMg3(MgAl5) (Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH), konnte nicht synthetisiert werden. Alle Turmaline haben < 3 Mg und > 6 Al pfu. Dabei nimmt das Al/(Al + Mg)- Verh?ltnis
mit zunehmendem Ca-Gehalt von 0.80 auf 0.70 ab. Al ist gekoppelt mit Mg und Ca über die Substitutionen Al2□Mg−2Ca−1 und AlMg−1H−1. Einphasiger Turmalin konnte nicht synthetisiert werden. Anorthit (+ Quarz in den meisten F?llen) koexistiert mit Turmalin.
Andere Phasen sind Chlorit, Tremolit, Enstatit oder Cordierit.
Ca zeigt eine deutliche Fraktionierung in den Festk?rpern Turmalin (+ Anorthit). Das Konzentrationsverh?ltnis D = Ca(fluid)/Ca(tur) nimmt von 0.20 bei 500 °C auf 0.31 bei 700 °C zu.
Für die Paragenese Turmalin + Anorthit + Quarz mit Chlorit oder Tremolit oder Cordierit gilt folgende Beziehung zwischen Ca-Gehalt
in Turmalin und Fluid und der Temperatur:
(wobei T = Temperatur in °C, Ca(tur) = Anteil an Ca auf der X-Position in Turmalin, Ca(fluid) = Konzentration von Ca2+ im Fluid in mol/l). Die Untersuchungen dienen zur ersten Absch?tzung, ob Turmalin als Fluidindikator petrologisch nutzbar
ist.
Received July 24, 1998;/revised version accepted October 21, 1999 |
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