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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院倪懷瑋教授研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新，建立了用電導(dǎo)率突變?cè)诟邷馗邏焊凰畻l件下原位確定巖石熔融溫度的方法，為解決關(guān)于地球俯沖帶熔融條件的爭(zhēng)議奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果以“Determination of the H2O-Saturated Solidus of Albite by Electrical Conductivity”為題發(fā)表于地球科學(xué)國際知名NI期刊《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》上。

俯沖帶是大洋板塊向地球深部俯沖，引發(fā)地震和火山活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)地表與深部之間物質(zhì)循環(huán)的重要場(chǎng)所。大洋板塊經(jīng)過海水熱液蝕變，所以俯沖帶環(huán)境富含水以及其他揮發(fā)分，它們對(duì)巖石的相變可產(chǎn)生重要影響。俯沖帶深部的巖石在高溫高壓富水條件下的熔融溫度仍存在巨大爭(zhēng)議，不同實(shí)驗(yàn)研究獲得的固相線溫度（即起始熔融溫度）相差可高達(dá)500度，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)體系在淬火過程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜變化，難以從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物中辨識(shí)熔融與否。

為了解決這一難題，倪懷瑋教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了用電導(dǎo)率突變?cè)诟邷馗邏焊凰畻l件下原位確定巖石熔融溫度的方法。本項(xiàng)研究以鈉長石-水作為實(shí)驗(yàn)體系，將阻抗分析儀的探針接入活塞圓筒壓機(jī)，在0.35-1.7 GPa和200-1250°C條件下監(jiān)測(cè)體系電導(dǎo)率的變化。研究結(jié)果顯示，體系的電導(dǎo)率在較窄溫度區(qū)間范圍內(nèi)發(fā)生顯著變化(圖1)，最大突變達(dá)到60倍。電導(dǎo)率突變所對(duì)應(yīng)的溫度與文獻(xiàn)中公認(rèn)的鈉長石-水體系相圖高度吻合(圖2)。這項(xiàng)研究為解決關(guān)于俯沖帶板片和地幔楔熔融條件和熔融過程的爭(zhēng)議奠定了良好基礎(chǔ)。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院郭璇副教授為論文的第一和通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題專項(xiàng)“超臨界地質(zhì)流體的性質(zhì)和效應(yīng)”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金及統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金資助。

圖1鈉長石在富水條件下熔融時(shí)電導(dǎo)率升高幾十倍

圖2 電導(dǎo)率突變溫度與鈉長石-水體系相圖高度吻合

文章鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JB023269

（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）