【摘 要】
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深部地球的主要物相都是名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals,NAMs),即理想化学式中不含H的矿物.研究表明H能够以缺陷的形式进入NAMs晶格中,与O形成O-H键,地质学上习惯称之为"水".随着对天然和合成的样品研究的深入,NAMs可能构成了深部地球最主要的水储库的观点已经被广泛接受.虽然NAMs中的水含量仅若干到几千ppm (wt.),但是其对矿物物理化学性质
【机 构】
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浙江大学地球科学学院,浙江省杭州市西湖区浙大路38号 310027
【出 处】
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2016年全国矿物科学与工程学术研讨会
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深部地球的主要物相都是名义上无水矿物(nominally anhydrous minerals,NAMs),即理想化学式中不含H的矿物.研究表明H能够以缺陷的形式进入NAMs晶格中,与O形成O-H键,地质学上习惯称之为"水".随着对天然和合成的样品研究的深入,NAMs可能构成了深部地球最主要的水储库的观点已经被广泛接受.虽然NAMs中的水含量仅若干到几千ppm (wt.),但是其对矿物物理化学性质有显著的影响.近年来NAMs中水的研究已经成为地球科学领域的前沿和热点之一,但是主要集中于研究水对矿物乃至地球系统的宏观影响,水效应的微观机制依然模糊.基于地球深部高温的环境，利用原位变温红外光谱和拉曼光谱研究了辉石、橄榄石和长石中的水和晶格在高温下的振动，主要做了以下工作：
(1)为了深入理解水发挥驱动力的微观机制，必须了解水在NAMs晶体结构中是如何存在的，即结合机理。通过原位变温红外光谱发现，在600℃范围内，H在辉石晶格中不会发生位置的迁移；1000℃时，单斜辉石中的低波数的H会脱去，并且有一部分在晶格中形成新的缺陷OH。而长石在300℃即可发生H质子迁移。这一结果要求在探讨H对地球内部岩石系统的影响机制时，必须要依据矿物中H在高温下真实的状态来分析。
(2)对上地幔的主要矿物相橄榄石进行原位高温（室温到1000℃）拉曼光谱测量，分析其晶格振动频率随温度的变化，并且和无水的橄榄石进行对比，结果表明水降低晶格振动的非谐性，从而使得热熔提高了11％。上述成果为深部地球环境下矿物的热力学性质提供了新的数据，为认识地球提供了新的依据。此外，歪长石的晶格振动在200℃左右发生突变，发生可逆的位移相变(displacive phase transition)。和无水长石相比，275 ppm的水使歪长石的位移相变温度降低了150℃。由于位移相变直接与弹性性质相关联，所以长石中的水能够为地壳地震波速的异常和多样性提供新的依据。
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