中科大建立高温高压富水条件下岩石熔融温度测定新技术

近日，中国科学技术大学团队建立了在高温高压富水条件下，测定岩石熔融温度的新技术。

中科大地球和空间科学学院倪怀玮教授研究团队通过实验技术创新，建立了用电导率突变在高温高压富水条件下，原位确定岩石熔融温度的方法，为解决关于地球俯冲带熔融条件的争议奠定基础。相关成果发表于《地球物理学研究杂志》(Journal of Geophysical Research)。

图片来自《地球物理学研究杂志》(Journal of Geophysical Research)

俯冲带是大洋板块向地球深部俯冲，引发地震和火山活动，实现地表与深部之间物质循环的重要场所。大洋板块经过海水热液蚀变，所以俯冲带环境富含水以及其他挥发分（如碳、氮、硫等），它们对岩石的相变可产生重要影响。

三种不同俯冲带类型及其地幔楔几何结构示意图，图片来自中国科学地球科学

此前，俯冲带深部的岩石在高温高压富水条件下的熔融温度仍存在巨大争议，不同实验研究获得的固相线温度（即起始熔融温度）相差可高达500摄氏度，这主要是因为传统实验体系在淬火过程中会发生复杂变化，难以从实验产物中辨识熔融与否。

为了解决前述难题，倪怀玮团队开发了利用电导率突变，在高温高压富水条件下原位确定岩石熔融温度的方法。研究以钠长石-水作为实验体系，将阻抗分析仪的探针接入活塞圆筒压机，在0.35-1.7GPa（吉帕）和200-1250°C（摄氏度）条件下监测体系电导率的变化。

图1 钠长石在富水条件下熔融时电导率升高几十倍，图片来自中科大

研究结果显示，前述实验体系的电导率在较窄温度区间范围内发生显著变化(如图1所示)，最大突变达到60倍。电导率突变所对应的温度与文献中公认的钠长石-水体系相图高度吻合(如图2所示)。

图2 电导率突变温度与钠长石-水体系相图高度吻合，图片来自中科大

前述研究为解决关于俯冲带板片和地幔楔的熔融条件与熔融过程的争议奠定了良好基础。