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在地球表面发现内部地球矿物 Davemaoite(CaSiO3-钙钛矿)

科学地球科学在地球表面发现内部地球矿物 Davemaoite(CaSiO3-钙钛矿)

矿物 Davemaoite(CaSiO3-钙钛矿,地球内部下地幔层中含量第三丰富的矿物)首次在地球表面被发现。 它被发现被困在一颗钻石内。 钙钛矿仅在极端高温和高压条件下天然存在于地球内部的下地幔层中。 这一在自然界中首次发现的地球内部矿物对于地质学来说非常重要,可以更好地了解地球深部的动力学。  

钙钛矿是一种由氧化钛钙(CaTiO3)。 任何其他具有类似晶体结构的矿物都称为钙钛矿。 这使得钙钛矿成为一类与CaTiO 具有相同类型晶体结构的化合物3 (钙钛矿结构)。    

硅酸钙钙钛矿(CaSiO3-钙钛矿或 CaPv)是一种重要的矿物质,因为它是第三大最丰富的矿物质1 (7%体积)在下地幔层 地球的内部,在热动力学中起着重要作用 地球的内饰。 换个角度来看,在地球的三层中,位于致密的过热核心和薄薄的外壳层之间的地幔层占地球总体积的 84%,而仅下地幔层就占地球总体积的 55%。 地球 并从 670 和 2900 公里的深度延伸。 下表给出了钙钛矿在地球内部位置的快照视图。  

表:地球内部富含钙钛矿层的位置  

深度(从表面到核心)  地球层  


温度 


组成和状态  


0-100公里  地壳    
100-670公里  外地幔(上地幔)  200°C 至 900°C 
几乎完全是固体,只能非常缓慢地流动,由岩石、约 55% 的橄榄石和 35% 的辉石以及 5% 到 10% 的氧化钙和氧化铝制成。 
670 –2900 公里  内地幔  (下地幔) 


1650°C 至 2350°C 


主要由三种矿物组成——桥岭石、方镁石和 硅酸钙钙钛矿(CaSiO3-钙钛矿)。 地幔岩石具有可塑性,因此它们会随着温度和压力而蠕变。 地幔对流是地幔物质向上运动从地核向地表传递热量的现象。   
2900 - 5100 km  外芯  
2204°C 至 4982°C 由液态金属制成 
5100 - 6378 km  内核  
4,982℃, 
由固体金属制成  

钙钛矿以及地幔层中的其他矿物在涉及从地核到地表的热传递(称为地幔对流)的深层地球动力学中起着关键作用。 尽管钙钛矿丰富且重要,但从未从下地幔层中提取过钙钛矿,因为它在脱离高压条件后失去了结构。  

研究人员现已报告在天然样品中发现了硅酸钙钙钛矿作为金刚石内含物。 这颗钻石是在几十年前在博茨瓦纳的 Orapa 矿发现的,并于 1987 年被一位美国矿物学家购买。该研究小组几年来一直在研究这颗钻石,以寻找任何被困在地球深处的矿物。  

由 Oliver Tschauner 领导的研究小组采用同步加速器 X 射线衍射来研究被认为是来自下地幔层的钙钛矿的钻石中无限小的暗斑点的内部结构,并能够找到结构上保存的立方 CaSiO3-钙钛矿的确切证据那里2.  

进一步的结构和化学研究表明,这种矿物含有大量的钾,这意味着这种钙钛矿可能含有三种主要的发热元素(铀和钍以前已知),这些元素会影响地球内部的热量产生。 他们将这种矿物命名为“davemaoite”(以地球物理学家 Ho-kwang“Dave”Mao 的名字命名),该矿物被批准为一种新的天然矿物。 研究人员认为,这种矿物可能起源于地球表面以下 650 至 900 公里深处的下地幔层 3,4

令人惊讶的是,CaSiO3 据报道,2018 年在南非的一颗深地钻石中发现了钙钛矿,但研究团队并未声称官方发现了一种新矿物 5

这一发现,结合未来更多矿物的进一步发现,将丰富对地幔演化的认识。  

***

参考文献:  

  1. 张泽,  2021. CaSiO的导热系数3 下地幔条件下的钙钛矿。 物理评论 B. 第 104 卷,第 18-1 期。4 年 2021 月 XNUMX 日出版。DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.184101 
  1. 费,Y。 2021. 从下地幔中回收的钙钛矿,科学。 11 年 2021 月 374 日出版。第 6569 卷,第 820 期,第 821-2021 页。 科学(XNUMX)。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.abm4742 
  1. 乔纳,O. . 发现了来自下地幔的矿物,即 CaSiO3-钙钛矿 Davemaoite。 科学。 11 年 2021 月 374 日。第 6569 卷,第 891 期,第 894-XNUMX 页。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl8568 
  1. 内华达大学 2021 年。新闻——研究简述:自然界中首次发现的内部地球矿物。 [15 年 2021 月 XNUMX 日发布。可在线获取: https://www.unlv.edu/news/release/research-brief-first-ever-interior-earth-mineral-discovered-nature  
  1. Nestola, F., Korolev, N., Kopylova, M. . 金刚石中的 CaSiO3 钙钛矿表明大洋地壳循环进入下地幔。 自然 555, 237–241 (2018)。 https://doi.org/10.1038/nature25972  

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