研究者が定量的な構成を決定

中国科学技術大学

PNASに掲載された研究で、中国科学院（CAS）の中国科学技術大学（USTC）のXIAO Yilin教授のグループは、深い沈み込みにおける超臨界流体の化学組成を初めて定量的に決定した。超高圧 (UHP) 混相流体介在物の 3D イメージング モデリングを通じて、沈み込み帯における炭素と硫黄の循環における超臨界流体の重要な役割を明らかにしました。これは、沈み込み帯における炭素と硫黄の循環における重要な役割を明らかにしました。自然界における超臨界流体の役割。

海洋、湖、川、および地球内部に見られる幅広い地質流体を含む流体は、地球のさまざまな層間で物質とエネルギーを移動させるのに役立つ、切り離せない部分および重要な媒体です。 地球化学的特性に応じて、それらはさらに、水分を多く含む流体、含水融液、および超臨界流体に分類できます。

高温高圧の中で形成される超臨界流体は、比較的低い粘度、高い活性、および優れた元素の移動性を特徴としています。 これらの型破りな物理化学的特性は、中深部の地震活動と火山活動を引き起こし、沈み込み帯の元素輸送、物質循環、金属濃縮鉱化を促進し、地球の居住可能性の進化に影響を与える重要な役割をそれらに与えます。 しかし、特に重要で定量的な地球化学指標が非常に不足している場合、天然サンプルから超臨界流体の活動を特定することは依然として課題です。

研究者らは、デイビー山脈の大陸超深部沈み込み帯の UHP 変成鉱脈体を研究し、象徴的な UHP 変成鉱物であるコシュナイトと共存する多数の多相流体包有物を発見しました。 インクルージョンは、主に石英、方解石、硬石膏、および大量の水分からなる、比較的一貫した全体的な集合体を持つ複数の種子鉱物とともに保存されています。

系統的な岩石学的研究、レーザーラマン研究、および元素表面掃引研究により、オンファサイトとガーネットの多相流体包有物が主要な UHP 流体包有物であり、沈み込み帯の深部の高圧流体の化学組成が完全に保存されていることが示されました。 これらの内包物の 3D レーザー ラマン モデリングと定量的組成計算により、多相流体内包物に記録された元の静脈形成流体組成が復元されました。 この流体には、主に SiO2、CaO、水のほか、炭素や硫黄などの揮発性元素が大量に含まれていることが示されました。

さらに、研究者らは、介在物中に保存された流体が超臨界特性（例えば、移動能力）と組成特性を持っていることを発見した。 これらの超臨界流体は、沈み込み帯シート内の炭素と硫黄を活性化して輸送するのに非常に効率的であり、それらをマントルウェッジやマントル深部にさえ輸送する可能性があるため、炭素-硫黄サイクルの効率とフラックスに広範囲かつ重要な影響を与える可能性があります。地球の表層と深層の間、そして地球の居住可能性の進化。

この研究は、深い沈み込み帯における超臨界流体の特性の詳細な特徴付けを提供しました。 また、炭素と硫黄の循環に関して、UHP 流体が長い間過小評価されてきた重要な役割を果たしていることも明らかになりました。

米国科学アカデミーの議事録

超高圧変成鉱脈の混相流体包含物によって明らかにされる深部沈み込み帯の超臨界流体

2023 年 5 月 8 日

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