高温下角闪石脱氢对电导率的影响及其意义取得新的进展

广泛存在于俯冲带前弧和背弧区域以及中下大陆地壳的高导异常（电导率高达 1 S/m），通常被解释为由含水矿物高温下脱水产生的流体所致。角闪石作为中地壳重要的矿物组分和俯冲带主要的含水矿物，其电导率会影响这些区域的电学性质，更重要的是角闪石在高温下的脱水很可能为这些高导异常提供重要的水源。 

最近中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压重点实验室代立东课题组的胡海英等人对含铁的角闪石电导率进行了高温高压下的原位测量，并结合野外大地电磁测深数据以及地壳和俯冲带热结构数据，对这些区域的高导异常进行了新的解释。研究结果显示：（1）温度对角闪石电导率的影响远远大于压力；（2）角闪石的电导率在大约843 K发生明显的增强，结合红外光谱和光学显微镜分析结果表明在该温度下角闪石发生了氧化-脱氢反应，释放出氢气而不是水流体；（3）角闪石脱氢前后活化晗微弱的变化（～0.80 eV降到～0.70 eV），是由于其微观结构在脱氢后的微弱调整所致，确定了小极化子导电控制着整个传输过程；（4）尽管角闪石在高温下的脱氢反应没有提供水源，然而脱氢后电导率的增强足以解释俯冲板片与地幔楔界面和大陆中地壳底部的高导异常。 

该研究成果获得了含铁角闪石的脱氢温度以及电导率的变化特征，明确了角闪石脱氢前后的导电行为，其结果为中下地壳和俯冲带特定区域的高导异常的起源提供一个全新的解释。 

该研究成果发表在国际权威期刊《Earth and Planetary Science Letters》上：Haiying Hu, Lidong Dai*, Heping Li, Wenqing Sun, Baosheng Li. Effect of dehydrogenation on the electrical conductivity of Fe-bearing amphibole: Implication for high conductivity anomalies in subduction zones and continental crust. Earth and Planetary Science Letters, 2018, 498: 27-37.  

全文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X18303364. 

图：角闪石高温高压下的电导率变化以及对大陆中地壳和俯冲带高导异常的解释 

　　（高压室 胡海英供稿）