分配系数与高温高压实验结合工科.docVIP

分配系数与高温高压实验的结合 我阅读的文章是关于固态和液态铁在深部地幔的分配问题（Solid–liquid iron partitioning in Earth’s deep mantle），Denis Andrault1, Sylvain Petitgirard2, Giacomo Lo Nigro1, Jean-Luc Devidal1, Giulia Veronesi2, Gaston Garbarino2 Mohamed Mezouar2.本文是2012年7月19号发表在Nature上的一篇文章。本文的重要意义在于作者通过实验发现深部地幔在分异过程中，铁的分配系数在0.45-0.6之间，发现比前人实验测得的不相容性偏小，所以得出了在早期地球核-幔分异的时候，地球的热核促使核幔边界发生较大程度的部分熔融，而且形成的岩浆中Fe的含量比下地幔的少，所以其相对于地幔有向上的浮力，最终能够运移到地球表面，形成了地球初期的岩浆海事件，为早期地球的岩浆海假说又提供了一条有力的证据。同时也为残留的固体地幔亏损不相容元素提高了解释。 在高温高压条件下测定金属等成矿元素在岩浆和岩石乃至热液和岩石中的分配问题，我想是我们实验岩石学能够与生产实际结合起来的新方向，这些研究应该能为岩浆矿床、热液矿床以及沉积或者变质矿床中成矿物质的来源、成矿物质迁移的介质以及动力、以及最终的卸载成矿的研究提供一些线索。 下面就简要介绍一下本文的研究。主要从研究背景和思路，实验材料和仪器，实验方法和实验结果及讨论这三方面介绍。 本文研究背景是虽然上地幔的熔融产物研究得比较清楚了，但是靠近核幔边界的深部地幔的研究还存在很大争议。但是对于深部地幔熔融过程的研究又对研究被认为是热点火山物质（比如夏威夷岛链）的提供者——地幔柱的起源有重大影响，而且对于研究自从地球形成之后的地幔的地球化学和动力学演化有重要意义。 本文研究思路是为了模拟深部部分熔融的地幔的动力学行为，我们首先要知道深部地幔固相和熔体相的密度对比。当熔体密度小于固体时，其浮力就会使熔体上升，导致地表的火山活动；而当熔体密度大于固体时，则其就会下沉而形成深部的岩浆海。而关于核幔边界附近有地震波速的异常低值表明那里存在着部分熔融。而控制着深部地幔熔体浮力的主要参数有：1 固体和熔体的原子排列充填方式的不同将导致熔体的体积增加3%-4%；2 Fe在固相和熔体间的分配系数；3熔体中 MgO/SiO2的值。而2又是最主要的，所以作者就模拟下地幔条件下部分熔融球粒陨石物质的相之间的Fe的分配系数。 本研究的实验材料是合成的(Ca,Mg,Al,Si,Fe)玻璃，这是模拟地核分离之后的原始地幔成分（与地幔岩相似，也是作者以前实验的材料）。材料中不包含少量和微量元素，因为它们在第一位近似上，在Fe的分配中的效果可以被忽略。实验仪器有金刚石砧室-红外激光装置、X射线衍射和X射线荧光仪以及电子探针射线显微分析。 实验方法是在金刚石砧室中用红外激光使非常薄的样品（5-10微米）在40Gpa-120Gpa条件下发生熔融(图1)，熔融的条件是基于原位X射线衍射得到的。样品是夹在两个钨或者铼垫片间（为了加热），而外面再用两片和样品厚度差不多的NaCl芯块夹着（使样品和盛样室绝热，从图2a可以看出）；另外，NaCl的状态方程还可以用来导出激光加热前后室温下的压力，从而进行压力校正。 图1 a 光学显微镜图像；b 扫描电子显微图像 两者都是在高压下部分熔融之后冷却恢复得到的图像；样品（a）是在3,650K,78.5GPa下加热几秒钟（6个样品），样品（b）是在3200K,55Gpa下加热约一分钟（3个样品）采用两套不同的加热程序是为了评估在样品中产生化学扩散的重要性的需要 样品恢复凝固之后我们用同步X射线衍射（XRD）和X射线荧光（XRF）进行分析(图2)，得到分辨率约为500nm（表1）的XRD和XRF图谱。我们还成功地从垫片上提取了一些样品用电子探针分析其化学成分。本研究完成的9个实验的实验条件和结果概括在下表1中。 图2 原始实验数据的举例 图2所示是在样品冷却和压力释放之后，我们对几个样品进行了XRD测量。特征图谱（a）显示Mg-Pv(含镁钙钛矿，蓝色)、Fp（铁方镁石，橙色）和NaCl压力介质(绿色)的混合。同时我们也在样品的相同位置记录了XRT的测量值(b),这些可见峰由下面这些元素引起：NaCl中的Cl（蓝色）、样品中的Ca(浅绿色)和Fe(粉色)和垫片中的 W（深绿色） X射线衍射图（图3 b和d）展现了激光热点中心的环形区域。对每一个X射线衍射图案进行多相里特维德拟合获得在两个环形空间里各自分辨率的不同相的含量。X射线荧光光谱也是在相同样品的相同区域记录的，也显示出了与XRD相似的特征——在激光热点中心附近环绕着不同的化学