稀有气体搭上含水矿物

稀有气体因其趋于势利而趋于集体化。该族中的六种元素(包括氦气和氖气)通常不会与其他元素结合,也不会像其他气体那样溶解于矿物中。但是现在,布朗大学的地球化学家发现了一种矿物结构,贵族以此为基础进行兄弟会。

由地质科学研究生科林·杰克逊(Colin Jackson)领导的研究人员发现稀有气体高度溶于闪石,闪石是一种常见于大洋地壳中的矿物。布朗和杰克逊博士的地质科学助理教授史蒂芬·帕曼说:“我们发现溶解度非常高。”顾问。 “它比任何其他矿物质都高出三个或四个数量级。”

这项发现发表在《自然地球科学》上,是朝着回答令人困惑的问题迈进的一步,这些问题涉及稀有气体如何在大气层与地球深处之间循环。

完成周期

我们呼吸的空气中的气体位于各种类型的地质输送带上,从地幔到大气循环再返回。火山喷发过程中,二氧化碳,水蒸气和其他气体从熔融岩浆释放到大气和海洋中,然后当一个构造板块滑动到另一个构造板块下方时,通过俯冲作用回到深处。俯冲的地壳被注入地幔深处,吸收水和其他可能带动的挥发物。

在火山活动期间也会释放稀有气体,但是长期以来人们一直认为通过俯冲返回到地幔中的气体很少。毕竟,如果稀有气体不溶解在矿物质中,它们将没有车辆出行。然而,最近的研究表明,确实有一些稀有气体被再循环,使科学家无所适从地找到一种稀有气体。通过明确表明稀有气体可溶于闪石,杰克逊及其同事证明了稀薄板中如何携带稀有气体。

研究人员说,闪石的稀有气体溶解能力的关键是其晶格结构。闪石和其他硅酸盐矿物由四面体和八面体结构连接在一起,形成一系列环。研究表明,正是那些被称为“ A-sites”的环为别样的稀有气体提供了一个住所。

杰克逊进行了一系列实验,以了解不同类型的闪石中空环的数量是否与其溶解稀有气体的能力有关。他在高温高压下将切成角闪石的宝石放入装有氦气或氖气的试管中,然后使用质谱仪观察每个实验过程中每种宝石中溶解了多少气体。实验表明,稀有气体的溶解度在具有最多空环结构的闪石类型中最高。

“这就是纸上的内容,”帕曼说。 “这是在告诉我们我们认为稀有气体的特定站点。这可能是第一次有人对稀有气体进入矿物的位置做出正面的肯定。”

研究人员说,重要的是,角闪石并不是唯一具有这些环结构的地壳矿物。环形结构实际上在地壳矿物中很常见,并且可以提供各种各样的潜在媒介,这些媒介可以通过俯冲将稀有气体带回深处。

高保真指纹

研究人员说,了解稀有气体如何在地球表面和内部之间循环,可以为其他挥发物的循环利用方式提供新的思路。

科学家对跟踪水和碳的循环特别感兴趣。水显然对生命至关重要,而碳循环对气候有重要影响。科学家试图通过观察同位素比率来跟踪循环,该比率可以提供有助于识别元素起源的指纹。丁烷和水中的氢只有少数同位素可供科学家追踪,在氢的情况下,各种自然过程都容易抵消同位素比。

稀有气体搭上含水矿物另一方面,稀有气体具有很多同位素,这为科学家提供了非常特异性地追踪它们的方法。因此,如果稀有气体在循环其他挥发性物质(如水和碳)的相同矿物中循环,则它们可以用作跟踪那些其他挥发性物质的标记。杰克逊说:“这是一个非常高保真的指纹,因为您有很多同位素可以玩。”

在将稀有气体用作此类指纹之前,还有很多工作要做,但是这项工作确实提供了第一步:显示哪些矿物可能导致稀有气体的回收。

该论文的其他作者是英国公开大学的西蒙·凯利(Simon Kelley)和布朗的地质科学教授里德·库珀(Reid Cooper)。这项工作由美国国家科学基金会地球科学处(1019229)资助。



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