高溫高壓富水條件下巖石熔融溫度需要這種新方法

近日，中國科學技術大學團隊建立了在高溫高壓富水條件下，測定巖石熔融溫度的新技術。

中科大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基礎。相關成果發表于《地球物理學研究雜志》(Journal of Geophysical Research)。

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（如碳、氮、硫等），它們對巖石的相變可產生重要影響。

此前，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攝氏度，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。

為了解決前述難題，倪懷瑋團隊開發了利用電導率突變，在高溫高壓富水條件下原位確定巖石熔融溫度的方法。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0.35-1.7GPa（吉帕）和200-1250°C（攝氏度）條件下監測體系電導率的變化。

研究結果顯示，前述實驗體系的電導率在較窄溫度區間范圍內發生顯著變化，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。