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刘曦研究员课题组在《Earth and Planetary Science Letters 》上发表科研新进展

 

俯冲板块中的矿物在高压条件下的物理-化学行为一直是地学领域的热门话题。大陆地壳中的大量长石矿物随地壳板块的深俯冲而下沉到上地幔和过渡带,其在高压条件下如何变化引人关注。

作为长石的重要端元组分,钠长石(NaAlSi3O8)在高温高压下的热力学相稳定性研究是认识长石及其固溶体高压物性的基础。遗憾的是,关于NaAlSi3O8在过渡带-下地幔顶部压力条件下(20-24GPa)的相结构研究却存在很大争议。 有研究者认为NaAlSi3O8在此温压条件下将发生向锰钡矿结构(Hollandite)的相变。由于锰钡矿中特殊的孔道结构是大半径离子和地球深部水储存的理想载体,因此,查清NaAlSi3O8在高压下是否以此结构存在具有极为重要的地球物理和地球化学意义。

北京大学高温高压实验室刘曦研究员课题组的邓力维博士利用第一原理计算与热力学理论相结合的方法,对钠长石的高压相行为开展了系统研究。 在对钠长石已知高压分解端元矿物(stishovite SiO2,calcium-ferrite type NaAlSiO4, jadeite NaAlSi2O6)计算得到的高温高压热力学参数与实验数据一致的基础上,他们进一步对比了锰钡矿结构NaAlSi3O8与相组合jadeite + stishovite及calcium-ferrite type NaAlSiO4 + stishovite的自由能,发现:在0-40 GPa、100-600 K 的温压范围内,锰钡矿结构NaAlSi3O8不稳定。 这意味着钠长石将从jadeite + stishovite相组合直接转变为calcium-ferrite type NaAlSiO4 + stishovite相组合,而不会有中间产物锰钡矿结构相存在。虽然在一些陨石中发现了锰钡矿结构NaAlSi3O8的天然产出,但是根据这一最新研究成果,他们推测陨石中的锰钡矿结构NaAlSi3O8是冲击过程的非平衡热力学过程产物。

该研究工作在《Earth and Planetary Science Letters 》上发表 (Liwei Deng, Xi Liu, Hong Liu, Jianjun Dong. Earth and Planetary Science Letters 298 (2010) 427–433)。

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

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