近日，中國科學技術大學地球和空間科學學院倪懷瑋教授研究團隊通過實驗技術創新，建立了用電導率突變在高溫高壓富水條件下原位確定巖石熔融溫度的方法，為解決關于地球俯沖帶熔融條件的爭議奠定了基礎。相關成果以“Determination of the H2O-Saturated Solidus of Albite by Electrical Conductivity”為題發表于地球科學國際知名NI期刊《Journal of Geophysical Research-Solid Earth》上。
俯沖帶是大洋板塊向地球深部俯沖，引發地震和火山活動，實現地表與深部之間物質循環的重要場所。大洋板塊經過海水熱液蝕變，所以俯沖帶環境富含水以及其他揮發分，它們對巖石的相變可產生重要影響。俯沖帶深部的巖石在高溫高壓富水條件下的熔融溫度仍存在巨大爭議，不同實驗研究獲得的固相線溫度（即起始熔融溫度）相差可高達500度，這主要是因為傳統實驗體系在淬火過程中會發生復雜變化，難以從實驗產物中辨識熔融與否。
為了解決這一難題，倪懷瑋教授團隊開發了用電導率突變在高溫高壓富水條件下原位確定巖石熔融溫度的方法。本項研究以鈉長石-水作為實驗體系，將阻抗分析儀的探針接入活塞圓筒壓機，在0.35-1.7 GPa和200-1250°C條件下監測體系電導率的變化。研究結果顯示，體系的電導率在較窄溫度區間范圍內發生顯著變化(圖1)，最大突變達到60倍。電導率突變所對應的溫度與文獻中公認的鈉長石-水體系相圖高度吻合(圖2)。這項研究為解決關于俯沖帶板片和地幔楔熔融條件和熔融過程的爭議奠定了良好基礎。
中國科學技術大學地球和空間科學學院郭璇副教授為論文的第一和通訊作者。該項研究工作得到了科技部重點研發計劃變革性技術關鍵科學問題專項“超臨界地質流體的性質和效應”項目、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金及統籌推進世界一流大學和一流學科建設專項資金資助。
圖1鈉長石在富水條件下熔融時電導率升高幾十倍
圖2 電導率突變溫度與鈉長石-水體系相圖高度吻合
文章鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JB023269