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科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒
記者12日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院肖益林教授課題組，通過超高壓多相流體包裹體的三維成像建模研究，首次定量厘定了俯沖帶深部的超臨界流體的化學(xué)組成，并揭示了超臨界流體在俯沖帶碳、硫等物質(zhì)循環(huán)過程中的重要作用。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在最新一期國(guó)際綜合性科學(xué)期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》。這項(xiàng)研究對(duì)深入和系統(tǒng)理解自然界超臨界流體的作用具有重要的意義。
流體是地球重要的組成部分，同時(shí)也是地球不同圈層間物質(zhì)和能量傳輸?shù)闹匾懊浇椤焙汀拜d體”。按其地球化學(xué)性質(zhì)，可以進(jìn)一步分為富水流體、含水熔體以及超臨界流體。其中，超臨界流體是一類形成于高溫-高壓環(huán)境下，具有相對(duì)低粘度、高活動(dòng)性和超強(qiáng)元素遷移能力的流體。這種超常規(guī)物理化學(xué)性質(zhì)使其在觸發(fā)中-深源地震和火山作用、促進(jìn)俯沖帶元素遷移、物質(zhì)循環(huán)和金屬元素富集成礦，以及影響地球宜居性演化方面均發(fā)揮著重要作用。然而，目前從天然樣品中識(shí)別出超臨界流體活動(dòng)仍存在極大挑戰(zhàn)，尤其是嚴(yán)重缺乏關(guān)鍵的、定量的地球化學(xué)指標(biāo)。
研究人員選擇經(jīng)典的大別山大陸超深俯沖帶中超高壓變質(zhì)脈體作為研究對(duì)象，在脈體中發(fā)現(xiàn)了大量與標(biāo)志性超高壓變質(zhì)礦物柯石英共存的多相流體包裹體。包裹體中保存有多種子礦物，系統(tǒng)的巖相學(xué)、激光拉曼以及元素面掃等研究，均表明綠輝石和石榴石中的多相流體包裹體是原生的超高壓流體包裹體，較為完整地保存了俯沖帶深部高壓流體的化學(xué)成分。通過對(duì)這些包裹體的三維激光拉曼建模和成分定量計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)恢復(fù)了多相流體包裹體所記錄的原始成脈流體成分。?
研究表明，這些超臨界流體能夠高效地活化、遷移俯沖帶板片中的碳和硫，并可能將其運(yùn)移進(jìn)入地幔楔乃至深部地幔，因此對(duì)地球表層-深部之間碳硫循環(huán)的效率和通量，以及地球宜居性演化等方面都會(huì)產(chǎn)生廣泛而重要的影響。
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