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    中科院地化所在上地幔巖石儲水能力的高溫高壓實驗研究取得新進展

    發布時間:2021-01-06

    地幔是地球內部潛在的重要儲水庫。水在名義上無水礦物(NAMs)中主要以結構OH-的形式賦存。大量的實驗及理論研究表明,微量的水可以深刻改變礦物和巖石的各種物理、化學性質以及地球內部動力學。 

    影響水在地球內部賦存的主要因素包括溫度、壓強、成份、氧逸度和水逸度。以往關于水在NAMs中溶解度的實驗研究主要是在純水體系(高水逸度、活度)下開展的,沒有考慮地球內部流體成份的復雜性。由此,中國科學院地球化學研究所地球內部物質高溫高壓重點實驗室郭新轉研究員團隊系統開展了斜方輝石在復雜流體條件及二輝橄欖巖體系中攜水能力的高溫高壓實驗研究。 

    團隊利用偏振紅外光譜測定了實驗后單晶樣品中的水含量,首次定量計算了在1.5GPa1100℃條件下斜方輝石中水含量與水逸度之間的關系,并估算了巖石圈地幔的最大儲水能力。研究表明:(1)水在斜方輝石中的溶解度隨著流體中CO2含量的增加而降低;(2)在1.5GPa1100℃條件下水在斜方輝石中的溶解度與水逸度之間滿足:c(H2O) = 25.21 × f(H2O)1.24,1.24的逸度指數表明水在含鋁斜方輝石中的替代機制必然包含Si4+   4H+;(3)斜方輝石在二輝橄欖巖體系及復雜流體條件下,最大含水能力遠低于在純水體系下的數值,前人對上地幔最大含水能力的估計可能高估三倍以上(圖1)。 

    該研究確立真實地幔環境和復雜流體(低水活度、逸度)條件下,上地幔礦物、巖石的攜水能力并沒有大家原先估計的大,是地球內部水分布研究的重要進展。成果發表在 Journal of Geophysical Research: Solid Earth,郭新轉為文章的第一作者和通訊作者。 Guo* X.Z., Bai J., Wang C., Wu X., Zhou X. (2020) CO2 induced a small water solubility in orthopyroxene and its implications for water storage in the upper mantle. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125: e2019JB018745。 

     

          

     

    1. 上地幔巖石在1.5GPa1100℃條件下最大儲水能力與流體中CO2之間的關系 

     

    (郭新轉課題組/供稿) 

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