我研究团队揭示地球深部水循环关键机制

记者4月22日从兰州大学获悉，该校地质科学与矿产资源学院岩石圈演化与战略矿产团队王宝云博士联合国内外学者，通过系统研究含水铝硅酸盐晶体结构，揭示了地球深部水循环的关键机制。相关研究成果发表在国际期刊《自然·通讯》上。

俯冲板块中的含水矿物是地表水进入地球深部的主要携带者，探索能够在地幔高温高压环境下稳定存在的含水矿物，是深入理解地球深部水循环机制的关键。“然而，诸多含水矿物仅能沿着冷俯冲地温梯度，在不超过地幔300千米的深度保持稳定，代表大洋沉积物的含水铝硅酸盐体系是少数能在地幔正常地温梯度下稳定的含水体系。”王宝云介绍。

基于此，研究团队通过电子探针、纳米离子探针、拉曼光谱以及单晶X射线衍射等手段，系统研究了该体系含水铝硅酸盐的晶体结构。研究人员发现，在地幔过渡带冷俯冲地温梯度下合成的含水铝硅酸盐的晶体结构，普遍呈现有序态；而在正常地温梯度下合成的含水铝硅酸盐的晶体结构则普遍呈现无序态。

同时，研究团队系统分析了各类含水铝硅酸盐的晶体结构，厘清了它们之间的结构关联。研究发现，晶体结构的无序性在多个相变过程中起到了关键作用。“例如，晶体结构的无序性诱导了羟基黄玉Ⅰ相向羟基黄玉Ⅱ相、Psi相向Al-D相的转变。”王宝云解释。

研究团队进一步提出，含水铝硅酸盐结构中的无序引入了额外的熵，是它们在地幔过渡带条件下保持稳定的关键机制。同时，这种结构无序性促进了更多氢元素掺入晶体结构，从而显著影响地幔深部水循环过程。

（受访者供图）