Recalibration of the Equation for Calculating Water Content in Silicate Melt Equilibrated with Aqueous Fluid

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Experience in using the previously obtained equation for predicting the limiting solubility of water in a silicate melt showed that for a number of experiments performed in the pressure range from 5 to 20 kbar, the calculated water contents are unrealistically high compared to the experimental values. The sample used in the previous work (containing the results of 412 experiments) was significantly supplemented with experiments from the MELT database. Based on the newly collected total sample consisting of 1241 experiments, the set of variables responsible for the effect of composition on water solubility was revised. The newly calibrated equation for calculating the limiting solubility of water allows an uncertainty of no more than ±0.01 mole fraction, or ±0.25 wt. % predict saturated water contents in silicate melts in the ranges: pressure from atmospheric to 20 kbar; temperatures from 825 to 1550 K, and the sample size used for optimization allows the equation to be used to calculate saturated water contents in a wide range of silicate melts, from komatiite basalts to rhyolites.

About the authors

Y. Y. Gnuchev

Lomonosov Moscow State University, Geological Faculty

Email: gnuchevyakov@mail.ru
Leninskie Gory, GSP-1, Moscow, 119234 Russia

D. A. Bychkov

Lomonosov Moscow State University, Geological Faculty

Email: dmibychkov@gmail.com
Leninskie Gory, GSP-1, Moscow, 119234 Russia

E. V. Koptev-Dvornikov

Lomonosov Moscow State University, Geological Faculty

Author for correspondence.
Email: ekoptevmail@gmail.com
Leninskie Gory, GSP-1, Moscow, 119234 Russia

References

  1. Альмеев Р.Р., Арискин А.А. (1996) ЭВМ-моделирование расплавно-минеральных равновесий в водосодержащей базальтовой системе. Геохимия. (7), 624–636.
  2. Воробьев С.А. (2016) Информатика. Математическая обработка геолого-геохимических данных. Учебное пособие. Барнаул: Новый формат, 266.
  3. Гирнис А.В. (2023) Распределение редких элементов между оливином и расплавом: обобщение экспериментальных данных. Геохимия. 68 (4), 327–340.
  4. Girnis A.V. (2023) Distribution of rare elements between olivine and melt: synthesis of experimental data. Geochem. Int. 60(4), 327–340.
  5. Гнучев Я.Ю., Бычков Д.А., Коптев-Дворников Е.В. (2023) Новая версия уравнения для расчета насыщенных содержаний воды в силикатных расплавах. Геохимия. 68 (9), 926–937.
  6. Gnuchev Ya.Yu., Bychkov D.A., Koptev-Dvornikov E.V. (2023) New version of the equation for calculating water solubility in silicate melts. Geochem. Int. 60(9), 926–937.
  7. Allabar A., Petri P.L., Eul D., Nowak M. (2022) An empirical H2O solubility model for peralkaline rhyolitic melts. Contrib. Mineral. Petrol. 177 (5), 52.
  8. Allison C.M., Roggensack K., Clarke A.B. (2022) MafiCH: a general model for H2O–CO2 solubility in mafic magmas. Contrib. Mineral. Petrol. 177 (3), 40.
  9. Behrens H., Jantos N. (2001) The effect of anhydrous composition on water solubility in granitic melts. Am. Mineral. 86 (1–2), 14–20.
  10. Bonechi B., Perinelli C., Gaeta M., Tecchiato V., & Fabbrizio A. (2020) Amphibole growth from a primitive alkaline basalt at 0.8 GPa: Time-dependent compositional evolution, growth rate and competition with clinopyroxene. Lithos. 354, 105272.
  11. Carroll M. R., Blank J. G. (1997) The solubility of H2O in phonolitic melts. Am. Mineral. 82 (5–6), 549–556.
  12. Duan X. (2014) A general model for predicting the solubility behavior of H2O–CO2 fluids in silicate melts over a wide range of pressure, temperature and compositions. Geochim. Cosmochim. Acta. 125, 582–609.
  13. Iacono-Marziano G., Morizet Y., Le Trong E., Gaillard F. (2012) New experimental data and semi-empirical parameterization of H2O–CO2 solubility in mafic melts. Geochim. Cosmochim. Acta. 97, 1–23.
  14. Gaillard F., Scaillet B., Pichavant M., Bény J.M. (2001) The effect of water and fO2 on the ferric–ferrous ratio of silicic melts. Chem. Geol. 174 (1–3), 255–273.
  15. Holtz F., Behrens H., Dingwell D.B., Johannes W. (1995) H2O solubility in haplogranitic melts: compositional, pressure, and temperature dependence. Am. Mineral. 80 (1–2), 94–108.
  16. Housh T.B., Luhr J.F. (1991) Plagioclase-melt equilibria in hydrous systems. Am. Mineral. 76 (3–4), 477–492.
  17. Lesne P., Scaillet B., Pichavant M., Iacono-Marziano G., Beny J.M. (2011) The H2O solubility of alkali basaltic melts: an experimental study. Contrib. Mineral. Petrol. 162 (1), 133–151.
  18. Liu Y., Zhang Y., Behrens H. (2005) Solubility of H2O in rhyolitic melts at low pressures and a new empirical model for mixed H2O–CO2 solubility in rhyolitic melts. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 143 (1–3), 219–235.
  19. Moore G., Righter K., Carmichael I.S.E. (1995) The effect of dissolved water on the oxidation state of iron in natural silicate liquids. Contrib. Mineral. Petrol. 120, 170–179.
  20. Moore G., Carmichael I.S.E. (1998) The hydrous phase equilibria (to 3 kbar) of an andesite and basaltic andesite from western Mexico: constraints on water content and conditions of phenocryst growth. Contrib. Mineral. Petrol. 130 (3), 304–319.
  21. Nandedkar R.H., Hürlimann N., Ulmer P., & Müntener O. (2016) Amphibole–melt trace element partitioning of fractionating calc-alkaline magmas in the lower crust: an experimental study. Contrib. Mineral. Petrol. 171, 1–25.
  22. Newman S., Lowenstern J.B. (2002) VolatileCalc: a silicate melt–H2O–CO2 solution model written in Visual Basic for excel. Comput. Geosci. 28 (5), 597–604.
  23. Papale P., Moretti R., Barbato D. (2006) The compositional dependence of the saturation surface of H2O+CO2 fluids in silicate melts. Chem. Geol. 229 (1–3), 78–95.
  24. Putak Juriček M., Keppler H. (2024) Stability of hydrous basaltic melts at low water fugacity: evidence for widespread melting at the lithosphere-asthenosphere boundary. Contrib. Mineral. Petrol. 179 (11), 97.
  25. Putirka K.D. (2008) Thermometers and barometers for volcanic systems. Reviews in mineralogy and geochemistry. 69 (1), 61–120.
  26. Shishkina T.A., Botcharnikov R.E., Holtz F., Almeev R.R., Portnyagin M.V. (2010) Solubility of H2O-and CO2-bearing fluids in tholeiitic basalts at pressures up to 500 MPa. Chem. Geol. 277 (1–2), 115–125.
  27. Shishkina T.A., Botcharnikov R.E., Holtz F., Almeev R.R., Jazwa A.M., Jakubiak A.A. (2014) Compositional and pressure effects on the solubility of H2O and CO2 in mafic melts. Chem. Geol. 388, 112–129.
  28. Schmidt B.C., Behrens H. (2008) Water solubility in phonolite melts: Influence of melt composition and temperature. Chem. Geol. 256 (3–4), 259–268.
  29. Tamic N., Behrens H., Holtz F. (2001) The solubility of H2O and CO2 in rhyolitic melts in equilibrium with a mixed CO2–H2O fluid phase. Chem. Geol. 174 (1–3), 333–347.
  30. Wei C., Xiong X., Wang J., Huang F., & Gao M. (2024) Partitioning of tin between mafic minerals, Fe-Ti oxides and silicate melts: Implications for tin enrichment in magmatic processes. Geochim. Cosmochim. Acta. 372, 81–100.
  31. Witham F., Blundy J., Kohn S.C., Lesne P., Dixon J., Chura- kov S.V., Botcharnikov R. (2012) SolEx: A model for mixed COHSCl-volatile solubilities and exsolved gas compositions in basalt. Comput. Geosci. 45, 87–97.
  32. Yamashita S. (1999) Experimental study of the effect of temperature on water solubility in natural rhyolite melt to 100 MPa. J. Petrol. 40 (10), 1497–1507.
  33. Zhang Y., Xu Z., Zhu M., Wang H. (2007) Silicate melt properties and volcanic eruptions. Rev. Geophys. 45 (4).
  34. Zhang J., Chang J., Wang R., & Audétat A. (2022) Can post-subduction porphyry Cu magmas form by partial melting of typical lower crustal amphibole-rich cumulates? Petrographic and experimental constraints from samples of the Kohistan and Gangdese arc roots. J. Petrol. 63 (11), 101.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».