《高溫高壓下碳酸鹽－水體系的原位實驗研究》是依託北京大學，由孫檣擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高溫高壓下碳酸鹽－水體系的原位實驗研究
- 項目負責人：孫檣
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
套用金剛石壓腔（Diamond Anvil Cell，DAC）實驗技術，對高溫高壓下碳酸鹽－水體系進行原位的IR和Raman光譜學研究，查明高溫高壓下不同組分碳酸鹽－水體系的物理化學性質，並對過渡金屬組分等催化劑對該實驗體系的影響進行研究，為正確認識地球深部碳酸鹽岩的地質地球化學行為提供實驗依據，從而可以對岩石圈中碳元素的循環過程等地質問題進行探討。此外，通過該實驗研究，並為正確評價我國廣泛分布的碳酸鹽岩烴源岩提供實驗依據。
結題摘要
碳酸鹽岩廣泛分布於大洋底部，其主要以鹼金屬及鹼土金屬碳酸鹽為主。在板塊俯衝作用下，部分碳酸鹽匯集在大陸板塊邊緣，大量碳酸鹽將被俯衝到地球內部。因此，認識碳酸鹽在高溫高壓下的相穩定性對於認識與碳酸鹽相關的地質作用及地球深部碳循環過程都具有重要的意義。本研究在水熱金剛石壓腔（Hydrothermal Diamond Anvil Cell，HDAC）下，通過Raman光譜對Na2CO3-H2O體系、Na2CO3-Fe-H2O體系、Na2CO3-橄欖石-H2O體系和Na2CO3-石英-H2O體系分別進行了原位實驗研究。實驗發現： [1] 在823 K和456.8 MPa時，Na2CO3-H2O體系發生了液相不混溶，分離成為兩相，其中一相富水貧碳酸根（即流體相），另一相貧水富碳酸根（即碳酸岩熔體相），但並未發生碳酸根的脫碳作用。 [2] 理論上，碳在碳酸根中是以+4價態存在，因此，研究碳酸根在還原條件下的穩定性是必要的。本文對Na2CO3-Fe-H2O體系進行了研究，研究表明在473 K時出現了H2。此外，在873 K和299.6 MPa時，發現了溶解於流體相中的H2和CH4，這表明在還原環境下，碳酸根會發生脫碳作用。 [3] 可以看出，氫在碳酸根的脫碳作用過程中，發揮了重要的作用。通常情況下，在俯衝帶條件下，Fe應當主要以Fe2+離子存在於橄欖石和輝石中。考慮到地球內部實際的礦物組成，本文對Na2CO3-橄欖石-H2O體系進行了實驗，與Na2CO3-Fe-H2O體系類似，在873 K和555.2 MPa時發現了H2和CH4，其反應機理應為：Olivine+H2O → Serpentine+Brucite+Magnetite+H2 [4] 石英是地球內部重要的礦物組分，本研究還對Na2CO3-石英-H2O體系進行了研究，實驗中生成了CO2。 可以看出，高溫高壓下碳酸根的物理化學相穩定性是非常複雜的，這與溫度、壓力和礦物組成是密切相關的。根據實驗研究，在洋殼俯衝過程中，發生碳酸根脫碳作用的條件應當是存在橄欖石或石英、水和發生反應所需的熱量。 當前，按照研究計畫，已經基本完成了研究內容。在該基金項目資助下，當前已經發表SCI檢索論文4篇，另有2篇正在審稿過程中。
