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月核中的磷含量:鐵-磷二元體系高溫高壓實驗研究新進展

發布時間:2019-05-24

地核相對于純鐵鎳成分模型有相當的質量虧損。輕元素(包括碳、氫、氧、矽、硫等)在地核中的存在被認爲是導致其質量虧損的重要原因。在同樣具有核幔結構的類地天體中,比如月球和火星,其核部的輕元素種類及含量依然沒有定論。磷是一種親鐵元素,也是可能存在于鐵核中的衆多輕元素之一。鐵隕石中磷的主要賦存形式是隕磷鐵鎳礦物(由鐵、鎳和磷組成),並與鐵碳礦物和鐵矽礦物共存。因此,了解高溫高壓條件下鐵-磷二元體系的相圖有助于正確理解磷在類地行星深部鐵核的賦存形式、含量及其對鐵核的物理化學條件的影響等。 

最近中國科學院地球化学研究所地球内部物质高温高压院重点实验室翟双猛课题组的博士生尹远,在3GPa壓力及1075~1600oC的溫度條件下,開展了鐵-磷二元體系的高溫高壓實驗研究。結果表明:在固相鐵和液相鐵中,磷的溶解度可達3.0wt%10.4wt%由于磷的加入,整個體系産生熔體的溫度被大大降低,3GPa壓力下,1085oC開始産生熔體;固相鐵中磷的含量從1100oC時的1.4wt%降爲1500oC時的0.7wt%左右。考慮到月核可能的複雜體系(含一定量的鎳和碳),將研究結果應用到現今月核的溫壓條件下(1700oC5GPa)時,磷在鐵中的溶解度爲0.4±0.1wt%。該壓力條件下,磷在月核中固相鐵和液相鐵之間的分配系數爲0.18±0.02。基于實驗結果並結合前人的數據計算了通過月球岩漿洋分異進入月核中可能的磷的總量,並估算了整個月核中磷的含量。該研究結果爲限定磷在純鐵核中的含量提供了最新依據。 

上述研究成果已發表在國際地學著名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上:Yin Y., Li Z., Zhai S. (2019) The phase diagram of the Fe-P binary system at 3 GPa and implications for phosphorus in the lunar core. Geochim. Cosmochim. Acta 254, 54-66.  

全文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.03.037 

本研究得到了國家自然科學基金等項目資助。 

      

 

  圖:鐵-磷體系在3 GPa壓力條件下的相圖 

  (高压室 翟双猛课题组/供稿) 

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