地幔MgSiO3钙钛矿晶体及熔体中碳溶解度的实验研究

Carbon cycling has become a hot-topic in Earth science.More than 90% of Earth's carbon is stored in the deep interior.The mantle is probably the largest reservoir of carbon on Earth. MgSiO3 perovskite is the dominated mineral in the lower mantle.Unfortunately, Knowledges of the carbon abundance and speciation in MgSiO3 perovskite and its melt at mantle condition are poorly known.In this study,high pressure and temperature experiments of carbon solubility in MgSiO3 perovskite and MgSiO3 melt will be conducted on diamond anvil cell press at 30-130 GPa, 2000-5000 K (equivalent to mantle conditions).NanoSIMS is a new and promising technique,which allows us to explore the elemental compositions with very high sensitivity at a submicron scale on the sample.Precise carbon solubility data of the high pressure quenched samples will be obtained from NanoSIMS analysis.Combing Raman spectrum, the speciation of carbon dissolved in MgSiO3 perovskite and MgSiO3 glass will also be determined.Our study will provide tight constrain on the nature and extent of carbon reservoirs in MgSiO3 perovskite and its melt at mantle conditions.

碳循环研究是地学领域关注的热点。全球约90%的碳贮存在固体地球内部，地幔可能是碳在地球上最大的储库。MgSiO3钙钛矿是下地幔最主要组成矿物。然而，在地幔温压条件下，MgSiO3钙钛矿晶体及MgSiO3熔体中最多能容纳多少碳？碳以何种形式存在于MgSiO3钙钛矿晶体和熔体中？目前知之甚少。本项目试图利用金刚石超高压实验手段，在30-130 GPa, 2000-5000 K条件下开展MgSiO3钙钛矿和MgSiO3熔体的最大碳溶解度高温高压实验。纳米离子探针技术拥有能够在亚微米尺度开展微量元素高精度分析的优势，本课题拟将其应用于金刚石高压回收微小样品的分析，获得碳饱和MgSiO3晶体和玻璃样品中的碳溶解度数据，并通过拉曼光谱确认溶解在样品中的碳的赋存形式。本研究为准确限定地幔温压条件下MgSiO3钙钛矿及MgSiO3熔体中的碳库规模及形式提供实验证据。

碳在地球的不同圈层(大气圈、水圈、岩石圈、地幔和地核)之间进行着复杂的迁移和交换。 碳循环研究与全球气候变化、化石能源成因、地球深部演化等问题密切相关，具有十分重要的现实和科学意义。全球约90%的碳贮存在固体地球内部，地幔可能是碳在地球上最大的储库。MgSiO3钙钛矿是下地幔最主要组成矿物。本项目利用金刚石超高压实验手段，在高温高压条件下开展透辉石及MgSiO3钙钛矿的碳溶解度实验。聚焦离子束斑和纳米离子探针技术拥有能够在亚微米尺度开展微区加工和微量元素高精度分析的优势，本课题将其应用于金刚石高压回收微小样品的分析，获得熔融硅酸盐样品中的碳溶解度数据，通过拉曼光谱确认溶解在硅酸盐样品中的碳的赋存形式。本研究实现了超高压金刚石压砧激光加热﹑纳米粒子探针﹑聚焦离子束结合的实验方法，为拓展行星地球深部化学研究提供良好示范。