压力下叶蛇纹石多体现象的第一性原理研究

发布时间：2024-08-22 16:43:13 栏目：精选知识

导读 叶蛇纹石是蛇纹石的一种，是地球上最丰富的水合矿物，普遍认为是俯冲洋板块将水带入地球深处的主要载体。叶蛇纹石沿a轴呈波状结构，自然界...

叶蛇纹石是蛇纹石的一种，是地球上最丰富的水合矿物，普遍认为是俯冲洋板块将水带入地球深处的主要载体。叶蛇纹石沿a轴呈波状结构，自然界中已鉴定出几种具有不同m值(m =13-24)的多核体(多体现象)。m值定义为一个波长内所含四面体的数量，由八面体层与四面体层的长度差控制(图1)，而该长度主要由MgO 6八面体和SiO 4四面体的尺寸决定，因此预计会随压力和温度而变化。然而，人们对叶蛇纹石的m值在地球高压高温条件下如何变化尚不十分清楚。



本研究采用第一性原理方法计算了不同m值(m =14~19)叶蛇纹石在压力下的自由能(焓)，并比较了不同m值叶蛇纹石的稳定性，结果发现最稳定的叶蛇纹石m值逐渐减小，即随着压力的增加，叶蛇纹石逐渐脱水，变成波长更短的结构。

这表明，大洋岩石圈中的叶蛇纹石结构可能逐渐演变为具有较小m值的多体结构，与在常压或近地表压力条件下观测到的叶蛇纹石(即m =17)有所不同(图2)。这种m值的变化伴随着轻微的脱水反应。俯冲带中叶蛇纹石的多体性导致岩石和矿物中水含量的变化可能会影响中深度的分布，例如在双带中观测到的。