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氧逸度是研究大部分地球内部科学问题必须考虑的条件之一,地球上水的起源以及深部地球中水的赋存形式和含量

2020年5月1日 - 创新快车道
氧逸度是研究大部分地球内部科学问题必须考虑的条件之一,地球上水的起源以及深部地球中水的赋存形式和含量

研究得到了科技部973计划、基金委重大项目、基金委面上项目和中组部青年千人计划等项目的资助。

报告会现场

相关成果以封面文章”Molecular hydrogen in mantle
minerals”发表于《Geochemical Perspective
Letters》,全文链接为
and Planetary Science Letters 和Geochimica et Cosmochimica Acta
等地学顶尖期刊。

杨晓志在报告中,首先简要介绍了氧逸度在地学问题中的重要作用,并认为氧逸度可能对生命起源具有显著影响;然后从空间上讲述了氧逸度在地球内部的分布情况,大量天然样品的氧逸度研究结果表明,随着深度的增加,地球内部氧逸度逐渐变小,同时浅部氧化地幔对应CO2-H2O流体系列,而深部还原地幔对应CH2-H2O流体系列;最后从时间上探讨了氧逸度在地球内部的变化情况,地幔岩、玄武岩及科马提岩的Fe、V及V/Sc系列氧逸度计的研究发现,地球近四十年的氧逸度整体分布规律没有发生明显变化,但是大量证据也显示地球初期形成了一个还原态的地壳,这被认为可能是由陨石的C还原或地球放气阶段的还原性气体导致。报告结束后,与会科研人员及研究生与杨晓志进行了深入的学术交流和探讨。

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水是地球区别于太阳系其它行星的重要标志,也是人类赖以生存的基础。地球上水的起源以及深部地球中水的赋存形式和含量,是地球科学近十几年来的前沿领域和热门方向。地球内部主要是由各种矿物构成的,学术界当前普遍接受的观点是地球深部的水主要以OH等点缺陷形式赋存在矿物的晶体结构中(非自由态水或结构水),并在地球长达40多亿年的漫长演化过程中与地表大气圈-水圈-生物圈等层圈间的水发生不断的交换和循环。在这些形式的水中,氢都以+1价态存在,意味着相对氧化的环境。然而,现今地球的深部以及地球(乃至太阳系其它星体)诞生的早期是高度还原的,且太阳系初期的基元物质是H2和He(即太阳系成因的星云学说)。水如何从最初的氢过渡到当前地球上的存在形态,在科学认识上缺失了极为重要的一环。

杨晓志教授作报告

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杨晓志教授简介:

(地球科学与工程学院 科学技术处)

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我校地球科学与工程学院、南京大学内生金属矿床成矿机制国家重点实验室的杨晓志教授一直致力于氧逸度和深部地球水循环等方面的高温高压实验研究。最近,杨晓志教授课题组和德国合作者通过高温高压实验首次发现:高度还原氛围下,地幔的主要组成矿物中都可以溶解一定量的分子氢;分子氢的赋存与矿物成分和类型无关,因而是以中性分子形式填充在晶格间隙;分子氢在矿物中的溶解度随压强增加而增大。学术界关于地球上水的起源问题,一般认为由于日心距离近(位于太阳系雪线以内),其本身是相对无水的,其水相当程度上来自日心距离远的彗星等。地幔矿物中分子氢的发现,意味着地球早期增生过程中分子氢可以直接赋存在地幔矿物中,雪线内的星体同样可以含有相当量分子氢形式的水,从而对之前的学术观点产生了直接冲击,为认识地球上水的起源打开了全新的大门。同时,这也颠覆了深部地球中的水以OH为主的学术观点,深部还原型地幔中可能存在分子氢形式的太阳系早期原生水,且深部地幔中水的储量可能被严重低估。此外,这还对认识地球核幔之间的氢循环、长期以来地球上水的演化、氧逸度和分子氢引发的地幔熔融作用和动力学过程、太阳系其它类地星体上的水乃至地球早期的分异等方面有重要启示。

南京大学地球科学与工程学院教授。2003年获得中国科学技术大学地球与空间科学学院地球化学专业学术学位,2008年先后获得中国科学技术大学地球与空间科学学院地球化学专业和法国格林理工学院地质系地质学专业博士学位。2009年获得德国洪堡基金会资助,以洪堡学者赴德国巴伐利亚地质研究所从事极端高压条件下硅酸盐矿物和岩石高温高压实验研究。2012年回国就职于南京大学地球科学与工程学院。近年来的工作主要是通过高温高压实验,从事矿物学、岩石学、地球化学、地球物理学交叉领域的研究,研究工作聚焦深部地球的挥发分,探索与硅酸盐地球相关的结构、组成、性质和演化等方面。近年来,以第一作者和通讯作者在EPSL、Geology、Geochem
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Let、GCA、JGR等地球科学研究领域的顶级期刊杂志上,发表学术论文近20篇,被引700余次。2014年获得中国矿物岩石地球化学学会“候德封奖”。

代立东研究员主持报告

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应中国科学院地球化学研究所代立东研究员的邀请,南京大学地球科学与工程学院的杨晓志教授于3月23日-25日来地化所进行学术交流与访问。访问期间,杨晓志参观了中科院地球内部物质高温高压重点实验室,并于3月24日在高压室三楼会议室作了题为“壳幔体系的氧逸度:时空分布特征和指示意义”的学术报告。所内部分研究员及学生聆听了报告,报告会由高压室的代立东主持。

氧逸度是有效的氧分压,属于地球内部重要的热力学参量,对岩石矿物的电导率、水溶解度等物理化学性质有重要影响。因此,氧逸度是研究大部分地球内部科学问题必须考虑的条件之一。就地球演化历史而言,地球内部氧逸度在时空上发生规律性的变化,而通过氧逸度的分布情况研究,可更准确地约束地球内部物化条件并深入认识地球与行星的演化历史。

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