蛇纹石化是地球上最重要的水岩相互作用之一,是宜居地球形成和生命起源的关键过程,它影响早期地球大气挥发分含量以及俯冲带中的挥发分再循环。冥古代地球大气含有高浓度的二氧化碳和氮气。在岩浆海阶段的末期,地表温度逐步下降到700 °C以下,地球表面的 (超)基性岩石(主要为橄榄岩、科马提岩和玄武岩)与早期地球大气发生水岩相互作用,橄榄石和辉石中的二价铁(Fe
2+)被氧化形成三价铁(Fe
3+),产生大量氢气:
2Fe2+ + 2H2O = 2Fe3+ + H2 + 2OH- (1)
蛇纹石化导致部分氮气被还原形成氨,二氧化碳被还原形成甲烷(Shang等, 2023)。这表明,蛇纹石化对早期地球大气演化和生命起源具有重要意义。蛇纹石含有高达13.5 wt% H
2O,同时蛇纹石富集碳和硫等挥发分(Scambelluri等, 2001, 2014)。高温高压实验表明,蛇纹石在深度超过150 km时仍然保持稳定。因此,蛇纹石对俯冲带中挥发分(H
2O、H
2和碳等)再循环起着重要作用。
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