科学家找到地球深处的“卤素快递员”

■正在搭建的实验组装。

■多硅白云母矿物。

中国科学院广州地球化学研究所成果在国际学术期刊发表

新快报讯 记者陈慕媛报道 地球内部的氟、氯、水、碳等卤素元素既控制着金刚石等战略矿产的形成，也影响着火山地震的分布，甚至在地球长期气候演变中扮演重要角色。按照传统认识，氟、氯这类卤素在俯冲早期就会随含水矿物分解而大量流失，难以进入数百公里深的地幔。然而，部分地幔矿物中也记录了异常的氟富集现象。这些本应在浅部“半路流失”的元素，究竟是如何进入地球深处的，一直是深部挥发分循环研究中的关键谜题。

新快报记者近日获悉，中国科学院广州地球化学研究所王煜研究员团队联合中国地质大学（武汉）陈春飞教授等，通过高温高压实验找到了这一谜题背后的关键线索。研究表明，一种在俯冲带中广泛分布的矿物——多硅白云母，正是将卤素带入深地的关键“搬运者”。相关成果于4月2日在国际学术期刊《科学进展》在线发表。

并非将两种元素“一路带到底”

俯冲带是地表物质从地表返回地球深部的核心通道，多硅白云母是俯冲带中广泛分布的一种矿物。研究团队基于富钾蚀变洋壳模拟初始物，在5至11GPa（约等于地下150-330公里深）、850至1200℃条件下系统考察了多硅白云母的稳定性及其携带氟、氯的能力。结果发现，多硅白云母在相当于约330公里深度的条件下仍可保持稳定，这意味着它能够帮助氟和氯穿过浅部挥发分释放关口（通常小于150公里），继续向地幔深部运输。换句话说，这种看似普通的矿物，竟能将卤素“护送”到以往认为难以企及的地球深处。

更出人意料的是，多硅白云母并非简单地将两种元素“一路带到底”。当它在更深处失稳分解或发生熔融时，氟和氯会“分道扬镳”：氯更容易进入释放出的流体或熔体，而氟则会被新生成的高压矿物——氟镁钾矿截留，并继续以固相形式向更深地幔运输。这意味着，氯更容易随深部流体迁移，而氟则会被新的矿物相“接力”带往更深处。

为解释深部金刚石形成提供新线索

这项发现还为解释深部金刚石的形成机制提供了新线索。研究显示，在约11GPa、900℃（330km深）条件下，多硅白云母分解可释放出富钾、富氯的超临界流体，其中氯含量高达9.6%至19.9%。这一成分特征，与天然深部金刚石中常见的高密度盐水包裹体高度吻合。换句话说，俯冲洋壳中的多硅白云母在深部分解，很可能就是这些深部高盐流体的“源头”，而它们正是促进金刚石生长的理想“催化剂”。

基于实验数据，研究团队进一步估算了多硅白云母每年向深部地幔输送的卤素总量：氟约为170万至260万吨，氯约为52万至110万吨。若以杭州西湖约1450万吨的水量为参照，这意味着平均每5年左右（约4至6.5年），该过程向地幔输送的卤素质量就相当于“一个西湖”。

这一结果表明，多硅白云母是全球深地卤素循环中不可忽视的重要载体。该成果为解释“浅部易流失、深部却富集”的卤素循环矛盾提供了关键实验依据，也为理解深部流体活动、金刚石形成以及地球内部长期化学演化提供了新的认识。