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上海光源用戶在揭示地球氧循環過程方面取得突破

作者: 2016年06月20日 來源: 瀏覽量:
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我們在地球生存,離不開空氣中的氧氣。其實在地球45億年漫長的歷史中,前一半的地質紀錄顯示空氣中是沒有氧的。24億年前的一次“大氧化事件”之后,空氣中的氧含量才突然提升到今日的水平,才有生物的存在

  我們在地球生存,離不開空氣中的氧氣。其實在地球45億年漫長的歷史中,前一半的地質紀錄顯示空氣中是沒有氧的。24億年前的一次“大氧化事件”之后,空氣中的氧含量才突然提升到今日的水平,才有生物的存在、繁榮和演進。但長久以來,科學家認為地球有個鐵核,表示內部極度缺氧。大氧化事件不可能從內部取得來源。氧是如何產生的?一直是科學界未解的難題。

  北京高壓科學研究中心(簡稱高科)毛河光領導的團隊,發現在地球1800公里之下的深處極端高溫高壓環境下,能造成含氧極高的過氧化鐵FeO2。地面上司空見慣的沼鐵礦FeOOH(也就是鐵銹),到了深部就會變成過氧化鐵,并產生氫。過氧化鐵富集在地幔和地核的邊界,能解釋核幔邊界觀察到的一些地震波異常現象。其含氧的突然釋放,也可能造成大氧化事件。這一研究成果以FeO2 and FeOOH under deep lower-mantle conditions and Earth’s oxygen–hydrogen cycles 為題發表在6月9日最新一期《自然》雜志(Nature 534, 241)。

  研究組利用上海同步輻射光源BL15U1線站和美國APS光源的線站,觀察到赤鐵礦與氧反應形成穩定的二價鐵氧化物過氧化鐵FeO2,在92GPa,2050K下,沼鐵礦FeOOH分解產生FeO2并釋放氫氣。當沼鐵礦隨板塊運動俯沖進入1800公里的深下地幔,將形成高密度過氧化鐵沉到核幔邊界,并釋放氫,向上遷移。板塊運動不斷地提供沼鐵礦,使得下地幔形成巨大的氧庫同時維持氫循環。在核幔邊界D”層探測到的地震異常信號,可能與大量的FeO2層有關;而在板塊運動或噴發中FeO2礦物分解將釋放氧氣。

  毛河光指出:這個發現表明地幔可能有更豐富的氧庫存,而沼鐵礦的分解又將氫循環聯系起來,地球內部水循環提供了氧循環的路徑;24億年前氧含量的急劇提高這一地質事件的原因可能是FeO2層氧庫向大氣中釋放形成;需開展關于過氧化鐵物理、化學、礦物學性質的研究,進一步驗證以上推斷。

下地幔H-O-Fe循環示意圖



 

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