地球氧逸度

作者：孫衛東

摘要：地球是一個"氧化性"的星球。在太陽系所有行星中,只有地球大氣中含有高濃度的O2(約占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大氣組成與火星等類地行星相似,都是以CO2為主,O2含量可以忽略不計。在大約24-21億年前,地球大氣中O2含量突然大幅度升高,一度超過現今O2含量的1%,而后又在中元古代回落到現今O2含量的0.1%以下。沉積物中氧化還原敏感元素的含量變化顯示,大約6.3億年前雪球地球結束之后,地球大氣中的O2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在顯生宙經歷一系列復雜變化并最終演化至現今的水平。Re/Os比值顯示,硅酸鹽地球的氧逸度遠高于月球,也高于火星。考慮到月球與地球分異發生在45億年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也較低。可以影響地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度變化的主要過程包括:核幔分異、板塊俯沖和火山噴發去氣等。在核幔分異以前,金屬Fe可能是控制硅酸鹽地球及其表生環境低氧逸度的關鍵因素。核幔分異過程中,Fe是控制氧逸度變化的關鍵元素。核幔分異將金屬Fe與鐵氧化物分開,造成地幔Fe^3+/Fe^2+比值升高。尤其是在下地幔,Fe^2+在高壓下發生歧化反應,形成金屬Fe和Fe^3+。其中Fe^3+賦存在布里奇曼石中,導致下地幔氧逸度低。在板塊俯沖過程中,當有板片進入下地幔時,布里奇曼石會因體積補償,被運移到上地幔,并發生分解,釋放出Fe^3+,導致周圍地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值則顯示在過去30多億年以來,地幔的氧逸度變化不大,可能與上、下地幔間氧化還原緩沖層或者是上述元素比值對氧逸度不夠敏感有關。在地球演化早期,金剛石是最早形成的礦物。由于金剛石的密度在上地幔高于地幔橄欖巖熔體,而在下地幔小于地幔橄欖巖熔體,因此在巖漿海階段,金剛石傾向于在上地幔?

發文機構：中國科學院海洋研究所深海研究中心 青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室 中國科學院海洋大科學研究中心 中國科學院大學

關鍵詞：氧逸度Fe^2+的歧化反應Fe的水解金剛石oxygen fugacityferrous iron disproportionationiron hydrolysisdiamond

分類號： P591[天文地球—地球化學][天文地球—地質學]P595