記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院倪懷瑋教授課題組在超臨界地質(zhì)流體演化過(guò)程和機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果近日以封面文章形式發(fā)表于國(guó)際地球化學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊《地球化學(xué)論點(diǎn)通信》。
地球內(nèi)部流體就像固體地球內(nèi)部的“血液”，對(duì)于物質(zhì)和能量的傳輸發(fā)揮重要作用。巖石主要是硅酸鹽成分，而常見(jiàn)的流體包括富水流體和以硅酸鹽為主的巖漿熔體，通過(guò)火山噴發(fā)可到達(dá)地表，二者之間混溶程度通常很低。但在地球深部的高溫高壓條件下，硅酸鹽和水可以完全混溶，形成成分比巖漿熔體“稀”、但比富水流體“稠”的超臨界地質(zhì)流體。超臨界地質(zhì)流體具有復(fù)雜的成分和結(jié)構(gòu)、超常規(guī)的物理化學(xué)活性，可以促進(jìn)地球深部物質(zhì)循環(huán)，遷移元素富集成礦，甚至引發(fā)深部地震。但超臨界流體實(shí)驗(yàn)研究難度很高，特別是目前對(duì)超臨界流體的演化行為仍嚴(yán)重缺乏了解。
為了深入認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部超臨界流體的演化，倪懷瑋教授課題組利用水熱金剛石壓腔，原位觀測(cè)了硅酸鹽—水體系超臨界流體隨著溫度和壓力降低而發(fā)生的相分離過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，除了常規(guī)的成核—生長(zhǎng)機(jī)制外，超臨界流體還可以通過(guò)旋節(jié)分解機(jī)制發(fā)生相分離。而且，由于硅酸鹽組分和水的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)存在很大差別，弛豫較慢的硅酸鹽組分可以支撐彈性應(yīng)力，在流體中形成了硅酸鹽熔體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時(shí)，界面張力越來(lái)越大，導(dǎo)致熔體網(wǎng)絡(luò)坍塌。
該研究首次發(fā)現(xiàn)超臨界流體旋節(jié)分解和形成熔體網(wǎng)絡(luò)，從而揭示了一種全新的超臨界流體演化機(jī)制。這種熔體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于礦物結(jié)晶時(shí)同時(shí)捕獲不同比例的硅酸鹽熔體和富水流體，形成一系列成分有別的流體包裹體。同時(shí)，旋節(jié)分解這種整體分離機(jī)制可以極大地提高熔體和流體相分離的效率，這可能對(duì)巖漿熱液礦床的形成具有重要意義。
