近日，吉林大學地球科學學院許文良教授科研團隊中的王春光副教授與美國布朗大學梁焱教授合作，使用活塞圓筒式高溫高壓裝置，開展了一系列熔體-橄欖岩反應實驗和反應結晶實驗，研究成果發表在了國際權威地學期刊Contributions to Mineralogy and Petrology 和 Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。
含水熔體-橄欖岩反應實驗結果（左）與蛇綠岩（右）中的斜方輝石巖-純橄欖序列
水是上地幔的主要揮發組分之一。地球深部的水迴圈是高壓地球科學研究的熱點問題之一。在大洋俯衝帶和陸內俯衝帶，俯衝板片攜帶含水地殼物質進入軟流圈。再迴圈地殼物質脫水熔融形成的含水熔體在向上運移的過程中，與地幔橄欖岩發生反應，改變後者的岩石學和地球化學屬性。橄欖岩中的含水礦物的廣泛存在暗示地幔發生過含水熔體與橄欖岩的相互作用。雖然“幹”體系下熔-巖反應的動力學已得到較為深入的研究，但是熔體中水對反應動力學的影響如何？尚缺乏明確認知。這限制了人們對上地幔含水熔體運移和地幔交代機制的深入理解。例如，橄欖岩中含角閃石的斜方輝石岩脈是如何形成的？地幔深部的含水熔體如何運移至淺部？回答這些問題對揭示地球深部動力學理論的具有重要意義。
含水熔體-橄欖岩反應過程（a-c）及反應結晶過程（d-f）的示意圖
針對以上科學問題，此次的實驗研究取得了以下認識：
（1）含水玄武質熔體與橄欖岩反應，形成高孔隙度斜方輝石巖反應帶。反應結果不同於無水條件下所形成的純橄巖或方輝橄欖岩反應帶。
（2）熔體中的水改變了體系的熱力學性質和反應動力學過程：熔體中的水使橄欖岩發生部分熔融，產生富含斜方輝石組分的熔體和貧輝石橄欖岩；熔-巖介面處，富SiO2的混和熔體（部分熔融的熔體+初始熔體）與殘留橄欖岩反應，消耗橄欖石，生成斜方輝石，從而形成斜方輝石巖反應帶。
（3）如果含水熔體交代淺部地幔或殼-幔邊界處，即熔-巖反應伴隨著冷卻過程，則液相線以下的礦物斜方輝石、單斜輝石、角閃石、斜長石依次結晶，形成含角閃石的橄欖岩-輝石巖-輝長蘇長巖序列。
（4）實驗結果在巖性序列、岩石結構和礦物成分上與天然樣品近似，印證了熔體中水對上地幔熔-巖反應動力學的重要影響。
（5）橄欖岩中斜方輝石巖巖牆和岩脈的出現對含水熔體運移具有指示意義。高孔隙度斜方輝石巖可能作為含水熔體運移的通道。
含水熔體-橄欖岩反應結晶實驗結果（左）與殼幔邊界（右）的蘇長輝長岩-斜方輝石巖-角閃橄欖岩序列
該系列研究透過高溫高壓實驗模擬，查明瞭熔體中水對熔-巖反應的動力學的影響，探討了含水熔體運移和地幔交代的深部過程及機制，為深入理解不同構造背景下地幔不均一性的成因提供了直接的實驗岩石學制約。該項研究得到了國家自然科學基金（91014004, 41602043）和國家關鍵基礎研究專案（2015CB856101）的共同資助。
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吉林大學地球科學學院前身是1952年東北地質學院建院之初所設三個系之一的地質礦產勘查系，經過多年的發展，科研獲獎成果突出，獲得了國家科技進步獎一等獎（參加單位），省部級一等獎多項。研究成果質量顯著提升，特別是對基幹蜥腳形類恐龍胚胎化石中牙齒個體發育的精細研究，為認識蜥腳類恐龍牙齒的演化提供了重要依據，以及基於遷移學習的深度神經網路模型在月球撞擊坑智慧識別和年代標定方面取得突破性進展，成果在Nature Communications (2篇)上發表，同時還在Geology、Earth-Science Reviews、GCA、CMP、GSAB、JGR等SCI學術期刊發表論文550餘篇。自2011年以來，地球科學學科一直穩居世界學科排名前1%。
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本文素材來源：吉林大學地球科學學院官網、官微、吉大招生官微
