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长石中的氮滞留机制:对俯冲带氮传输过程的启示
2025-07-27

作者: Yan Yang1 , Weihua Huang1, Zeming Qi2, and Qunke Xia1

         氮在地球内部与表层系统间的循环决定着大气演化与行星宜居性。然而,俯冲过程对深部氮循环的贡献仍存在重大争议。含铵根(NH₄⁺)硅酸盐矿物是俯冲带主要的氮载体,其在矿物晶格中的滞留能力决定了向地球深部输送的氮通量。本研究通过高温(1000°C)高压(19.99 GPa)实验,揭示天然含铵长石中铵根的高温高压行为。实验表明:

键合演化:随温压升高,铵根与硅酸盐骨架相互作用并形成氢键网络;氮损失动力学:

氮损失速率:800°C (10⁻¹⁵/s) < 900°C (10⁻¹⁴/s) < 1000°C (10⁻¹³/s)

活化能:271 ± 13 kJ/mol(显著高于白云母中铵根活化能);

扩散特性:

铵根扩散系数 ≈ 氢在长石中的扩散系数

分子水扩散速率 > 铵根扩散速率 > 钾/氩扩散速率

核心推论:在长石结构分解前,绝大部分氮可被有效滞留于晶格中。鉴于长石能沿冷俯冲路径稳定存在至地幔深部,其有望成为向地球深部输送氮的关键载体。