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铁镁质碳酸盐自氧化还原形成天然金刚石

? ? ? ?天然金刚石是地球表面罕见的亚稳态矿物,它们通常在高温高压条件下所形成,形成主要途径包括陨石撞击和地球内部地质作用,然而,通过地球内部地质作用产生的天然金刚石无法展现周围的完整岩石学和矿物学,不能保留生成金刚石时的初始压力以及金刚石中的高温高压相。而通过陨石撞击产生的金刚石能够保留高温高压相的矿物以及金刚石中的原始岩石学和矿物学环境。
? ? ? ?2018年2月,中国科学院广州地球化学研究所和上海高压先进科研中心、美国卡内基研究院地球物理实验室科研人员在《PNAS》报道了一种天然金刚石形成的新机制,陈鸣等科研人员通过对我国岫岩火山陨石撞击坑中岩石和矿物的冲击变质效应分析,发现铁白云石在撞击产生的高温高压下发生亚固态自氧化还原反应生成金刚石,同时伴随着Fe2+氧化为Fe3+。形成金刚石的过程中既没有发生碳酸盐熔融,也没有流体和另一种还原剂的参与,这与先前的研究完全不一致。该机制表明,碳酸盐中Fe2+在下地幔压力下起到了还原剂的作用,使得二氧化碳被还原为金刚石。
? ? ? 铁镁碳酸盐是铁镁氧化物与二氧化碳在化学上等价物,而铁镁氧化物是下地幔中的重要物质组成之一,这个金刚石形成机制对碳在下地幔中的存在形式具有重要启示。在下地幔高温高压下从铁镁碳酸盐产生或无铁碳酸盐分解出来的二氧化碳与铁方镁石反应足以形成金刚石,在这个过程中不需要另一种还原剂的参与,也无关物质的固态或熔融状态。铁镁碳酸盐通过本身产生金刚石的能力表明,在存在碳酸盐以及压力和温度足够高的下地幔,金刚石可能是碳的一个主要载体。但在深层下地幔中,碳及其相关矿物的主要形式是什么?仍然是一个疑问。(来源:QYIM & AMSC WK CAI 编报)

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