超临界地质流体新演化过程和机制
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- 来源:
- 发布时间:2021-12-06 12:31
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【概要描述】 超临界流体是地球内部的一种成分,介于硅酸盐熔体和丰富流体之间的地质流体。温度或压力降低时,原本均匀的超临界流体会分解成硅酸盐熔体和丰富的流体。我们利用水热金刚石压腔原地观察了超临界流体的相分离过程,首次发现硅酸盐-水体系超临界流体旋转节分解及熔融网络形成,揭示了新的超临界流体演化机制。
超临界地质流体新演化过程和机制
【概要描述】 超临界流体是地球内部的一种成分,介于硅酸盐熔体和丰富流体之间的地质流体。温度或压力降低时,原本均匀的超临界流体会分解成硅酸盐熔体和丰富的流体。我们利用水热金刚石压腔原地观察了超临界流体的相分离过程,首次发现硅酸盐-水体系超临界流体旋转节分解及熔融网络形成,揭示了新的超临界流体演化机制。
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超临界流体是地球内部的一种成分,介于硅酸盐熔体和丰富流体之间的地质流体。温度或压力降低时,原本均匀的超临界流体会分解成硅酸盐熔体和丰富的流体。我们利用水热金刚石压腔原地观察了超临界流体的相分离过程,首次发现硅酸盐-水体系超临界流体旋转节分解及熔融网络形成,揭示了新的超临界流体演化机制。
流体就像固体地球内部的“血液”,对物质和能量的传输起着重要作用。岩石主要是硅酸盐成分,常见的流体包括富含水的流体和以硅酸盐为主的岩浆熔化(通过火山喷发可以到达表面),两者之间的混合度通常很低。但是,在地球深部高温高压条件下,硅酸盐和水完全混合,可以形成比岩浆熔体“稀”但比富含水的流体“稠”的超临界地质流体。超临界地质流体具有复杂的成分和结构、超常规的物理化学活性,可以促进地球深部物质循环,迁移富集元素进行成矿,甚至引发深部地震。但是超临界流体实验研究难度很大。特别是目前,对超临界流体进化行为的理解严重不足。
为了深刻认识到地球内部超临界流体的演化,中国科技大学地球与空间科学学院的教授课题组利用水热金刚钢进行了硅酸盐-水体系超临界流体随温度和压力降低而发生的分离过程原地观察。
实验结果表明,随着温度和压力的降低,原本均匀的超临界流体分离出来,形成了富含水的流体相和富含硅酸盐的熔体相,但对于不同的硅酸盐含量体系,分离过程中硅酸盐熔体和富含水的流体形态发生了很大变化。系统的硅酸盐含量低时(低于35wt %;S/H小于0.53,S/H表示系统硅酸盐/水的质量比),超临界流体分离遵循核生成-生长机制。也就是说,熔融相形成球分散在流体上。
成核-生长
超临界流体相分离形成熔融球。
随着系统硅酸盐含量的增加,相分离遵循旋转节分解机制。如果系统的硅酸盐含量低于~37 wt% (S/H ~0.58),则熔相仍然形成小球,但均匀地密集在流体上(图1e-h)。如果系统的硅酸盐含量超过37 wt%,则熔融相形成由五边形或六边形组成的连续网络结构(图1i-k)。随着温度的降低,熔体网络越来越密集,扩散到整个腔内,最终网络结构崩溃,形成熔体口(图1l-p)。旋转节分解
超临界流体相分离形成硅酸盐熔体网络。
如果系统的硅酸盐含量进一步增加(63 wt%以上;如果S/H大于1.69,则超临界流体分离将形成大块的流体相和熔体相。
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