我研究團隊揭示地球深部水循環關鍵機制

記者4月22日從蘭州大學獲悉，該校地質科學與礦產資源學院巖石圈演化與戰略礦產團隊王寶云博士聯合國內外學者，通過系統研究含水鋁硅酸鹽晶體結構，揭示了地球深部水循環的關鍵機制。相關研究成果發表在國際期刊《自然·通訊》上。

俯沖板塊中的含水礦物是地表水進入地球深部的主要攜帶者，探索能夠在地幔高溫高壓環境下穩定存在的含水礦物，是深入理解地球深部水循環機制的關鍵。“然而，諸多含水礦物僅能沿著冷俯沖地溫梯度，在不超過地幔300千米的深度保持穩定，代表大洋沉積物的含水鋁硅酸鹽體系是少數能在地幔正常地溫梯度下穩定的含水體系。”王寶云介紹。

基于此，研究團隊通過電子探針、納米離子探針、拉曼光譜以及單晶X射線衍射等手段，系統研究了該體系含水鋁硅酸鹽的晶體結構。研究人員發現，在地幔過渡帶冷俯沖地溫梯度下合成的含水鋁硅酸鹽的晶體結構，普遍呈現有序態；而在正常地溫梯度下合成的含水鋁硅酸鹽的晶體結構則普遍呈現無序態。

同時，研究團隊系統分析了各類含水鋁硅酸鹽的晶體結構，厘清了它們之間的結構關聯。研究發現，晶體結構的無序性在多個相變過程中起到了關鍵作用。“例如，晶體結構的無序性誘導了羥基黃玉Ⅰ相向羥基黃玉Ⅱ相、Psi相向Al-D相的轉變。”王寶云解釋。

研究團隊進一步提出，含水鋁硅酸鹽結構中的無序引入了額外的熵，是它們在地幔過渡帶條件下保持穩定的關鍵機制。同時，這種結構無序性促進了更多氫元素摻入晶體結構，從而顯著影響地幔深部水循環過程。

（受訪者供圖）