地球內(nèi)部的氟、氯等鹵素元素，既控制著金剛石等礦產(chǎn)形成，也影響著火山地震的分布，甚至在地球長期氣候演變中扮演重要角色。按照傳統(tǒng)認知，這些元素會隨含水礦物分解而大量流失，難以進入數(shù)百公里深的地幔，然而它們卻出現(xiàn)在地幔礦物中。這些元素是如何進入地球深處的，一直是困擾科學(xué)界的謎題。
近日，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王煜研究員團隊聯(lián)合中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）陳春飛教授等，通過高溫高壓實驗找到了這一謎題背后的關(guān)鍵線索。研究表明，多硅白云母正是將鹵素帶入地球深處的關(guān)鍵“搬運者”。相關(guān)成果4月2日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》在線發(fā)表。
俯沖帶是地表物質(zhì)返回地球深部的核心通道，而多硅白云母是俯沖帶中廣泛分布的一種礦物。為了探究它的作用，研究團隊基于富鉀蝕變洋殼模擬初始物，在相當(dāng)于地下150公里至330公里的壓力（5 -11 GPa）以及850℃到1200℃的高溫條件下，開展了一系列高溫高壓實驗，系統(tǒng)研究多硅白云母的穩(wěn)定性和它攜帶氟、氯的能力。實驗發(fā)現(xiàn)多硅白云母在地下約330公里深的極端條件下依然能保持穩(wěn)定，這意味著多硅白云母能將氟、氯這些鹵素元素“護送”到以往認為難以企及的地球深處。
△蝕變洋殼深俯沖鹵素循環(huán)示意圖進一步深入研究還表明，多硅白云母分解或熔融時，氯更容易隨深部流體遷移，而氟則會被新的礦物相“接力”帶往更深處。多硅白云母是全球深地鹵素循環(huán)中不可忽視的重要載體。
該成果為解釋“淺部易流失、深部卻富集”的鹵素循環(huán)矛盾提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)，也為理解深部流體活動、地球內(nèi)部長期化學(xué)演化等提供了新的認識。
（總臺央視記者帥俊全 褚爾嘉）