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白云母铵根流失与深部圈层水循环的内在关联
2025-07-27

作者: Wendi Liua, Yan Yanga,∗, Vincent Busignyb, Qun-Ke Xia

来源:Earth and Planetary Science Letters 513(2019)95-102

        白云母(高压型白云母)在俯冲环境中可稳定存在至约300公里深度,是向地球深部输送氮与氢的关键载体。尽管评估俯冲带氮氢循环效率对构建全球挥发分地球动力学模型至关重要,但此前缺乏实验数据量化白云母铵根释放速率及其对俯冲板片脱水过程的影响。本研究通过傅里叶变换红外光谱(FTIR),系统分析含铵与不含铵白云母样品的高温(720–850°C)铵根流失与脱水动力学。单颗粒白云母经不同时长退火后获得以下发现:

动力学优势:

         铵根流失速率 >脱水速率(800°C扩散系数:1.5×10⁻¹⁵ m²/s vs 1.0×10⁻¹⁶ m²/s)

         含铵白云母脱水速率 >无铵白云母脱水速率(800°C扩散系数:1.0×10⁻¹⁶ m²/s vs 2.0×10⁻¹⁷ m²/s)

活化能差异:

         铵根流失(150 kJ/mol)≪ 含铵白云母脱水(535 kJ/mol)≈ 无铵白云母脱水(548 kJ/mol)

协同机制:

         铵根释放不仅优先于脱水发生,更能显著促进脱水反应

         该行为与不同地温梯度俯冲带天然样品观测结果一致

地质意义:铵根释放可触发白云母在浅于理论分解深度(<300 km)发生脱水,表明含水矿物中的铵根对俯冲带水通量释放具有核心控制作用。