中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后劉志偉與該所研究員李元合作，研究發(fā)現(xiàn)了高溫高壓實(shí)驗(yàn)限定地幔中硒和碲的豐度。他們通過精確測定硒和碲在硫化物熔體與硅酸鹽熔體間的分配系數(shù)，探討了它們在硅酸鹽地幔中的豐度及其對地球揮發(fā)份起源的啟示，為這一爭議提供了新的見解。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《地球和行星科學(xué)快報》。
地球揮發(fā)份起源是當(dāng)前地球科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。硫族元素硫、硒和碲因?yàn)橥瑫r具有中等揮發(fā)性和親鐵性，是示蹤地球早期增生和揮發(fā)份起源的理想指示劑。地幔橄欖巖中硫、硒和碲具有近球粒隕石的相對豐度，這一特征被認(rèn)為是地球核-幔分異停止后碳質(zhì)球粒隕石后期增生的結(jié)果。這一后期增生過程也被很多科學(xué)家認(rèn)為是地球強(qiáng)親鐵元素（H硒）和很多其它揮發(fā)性元素（如碳、氮、氫等）的主要來源。然而，這一假說的基礎(chǔ)-地幔橄欖巖硫、硒和碲近球粒隕石的相對豐度是否能代表真實(shí)的地幔成分還存在巨大的爭議。
研究人員在1 GPa壓力、1200-1600°C溫度范圍內(nèi)開展了系統(tǒng)的高溫高壓實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)硒和碲在硫化物與硅酸鹽熔體間的分配系數(shù)與硅酸鹽熔體中的氧化亞鐵含量呈倒U型關(guān)系，而溫度和氧逸度的影響則非常小。通過參數(shù)化擬合這些分配系數(shù)，研究人員成功解釋了大洋中脊玄武巖（MORB）和氧化弧巖漿中硒和碲的地球化學(xué)行為。
更為重要的是，研究人員將這些分配系數(shù)應(yīng)用于地幔部分熔融模型，結(jié)合來自太平洋-南極洋脊MORB的高精度硒和碲含量數(shù)據(jù)，估算了虧損地幔和原始地幔的硒和碲豐度。結(jié)果表明，硅酸鹽地幔的硒和碲豐度遠(yuǎn)低于前人的估算值，且具有超球粒隕石的硫/硒和硫/碲比值。這一結(jié)果表明，硅酸鹽地幔的硫、硒和碲豐度可能在地球主增生階段核-幔分異過程就已確立，而“后期增生”的貢獻(xiàn)相對較小。
該研究不僅深化了我們對硒和碲在地球深部過程中的行為的理解，還為地球早期演化歷史和揮發(fā)份起源提供了新的線索。未來，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步探索在地球深部巖漿洋條件下硒和碲的金屬-硅酸鹽熔體分配行為，以驗(yàn)證當(dāng)前對硅酸鹽地幔中硒和碲豐度的估計(jì)是否可以由地核形成過程解釋。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119277
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