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Nat. Comm.: 地球深部流体中的有机质与金刚石生长

Nat. Comm.: 地球深部流体中的有机质与金刚石生长 阳光创译语言翻译
2020-03-06
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导读:金刚石代表了地球深部微量的碳存在,其成因对于理解行星演化的动力学机制、挥发分循环以及氧化还原状态演变等具有重


金刚石代表了地球深部微量的碳存在,其成因对于理解行星演化的动力学机制、挥发分循环以及氧化还原状态演变等具有重要意义。在俯冲带环境,金刚石的形成和挥发分的循环密切相关。地球内部的碳通量主要受变质脱碳作用和碳酸盐溶解作用形成的相对氧化的水质流体的调节和控制。在深部C-H-O流体中,碳由随流体迁移到最终饱和形成金刚石的过程,主要受碳在流体中溶解度的控制,而后者则受高温高压条件、pH值、氧化还原环境、溶质结构和岩石中缓冲矿物组合等多种因素的影响。 
近年来,一些开创性的研究工作示,CO2并未像之前所认为的那样对水质流体中的总碳起调节作用。高压条件可显著改变含碳相的种类,水溶性碳酸盐离子的存在可显著提高碳在流体中的溶解度。最近的热动力模拟计算表明,在5GPa以上的压力条件下,甲酸可分解形成分子水和金刚石。显然,有机分子在俯冲带流体中的存在,无论对于金刚石的成因、深部流体中的含碳相类型,还是地球益生物质的形成都具有深远的意义。 
针对上述问题,意大利米兰比可卡大学的Maria Luce Frezzotti博士在Nature Communications上报道了其应用激光拉曼显微光谱技术,对西阿尔卑斯含金刚石变质岩流体包裹体中含碳相的结构和组成的研究结果。与之前的理论和实验研究相比,该成果对流体包裹体的分析可以直接检验包裹于矿物之中、且与金刚石的形成有关的流体包裹体组成,因而可以更好地揭示碳饱和时流体的组成和溶质结构。 

图1 石榴石中含金刚石流体包裹体的显微照片。a)流体包裹体在石榴石中的分布(grt;蓝色虚线)。b)含金刚石(dmd)、镁方解石(Mg-cc)、金红石(rt)的含水流体包裹体;堆叠照片


图2 拉曼光谱显示了金刚石中碳基物质的结构


图3 金刚石中有机官能团的拉曼光谱

结果显示,在来自俯冲板片的水质流体中存在相当可观的羧酸类分子,这为我们理解金刚石的成核和生长提供了重要的线索。该研究证实,在俯冲带深部水质流体中存在多种可溶性的含碳相,在还原环境和没有生物催化的情况下,高压岩石/流体的温度、压力和pH值等条件可促进流体中有机分子的形成,所产生的C-H中间体为金刚石的成核和生长提供了所需的格架图

图4 深层含水流体中溶解的有机和无机碳化合物形成金刚石的示意图
目前,对地球原始生命起源的化学反应研究大多是基于洋脊热液喷口及碳质球粒陨石的研究。本次流体包裹体中发现的有机分子表明,在地幔的水质流体中有一个目前还没有被广泛认识的碳库。虽然目前还不能确定这些有机分子最终是否能形成糖和生命活动所需的其它成分,但无疑为地球上简单有机化合物可能的内生起源提供了重要线索。

论文信息 

  Frezzotti, M.L. Diamond growth from organic compounds in hydrousfluids deep within the Earth. Nat Commun 10, 4952 (2019). 

论文链接https://www.nature.xilesou.top/articles/s41467-019-12984-y#citeas

本文素材来源袁超;.地球深部流体中的有机质与金刚石生长[J].矿物岩石地球化学通报,2019,06:1080。更多精彩文章,扫描二维码阅读《矿物岩石地球化学通报》2019,06的文章


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