包裹体揭示深部流体中存在有机基团

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作者：Maria Luce Frezzotti （意大利米兰）

翻译丨王梦欢（南京宏创）

校对丨张正哲（南京宏创）

研究背景

钻石是地球上微量碳的主要来源，这些深部带来的信息有助于了解地球内部演化的大尺度过程，进一步揭示钻石的成因对我们的地球甚至人类的生存来说是非常有必要的，研究领域主要涉及地球动力学、挥发性循环和氧化还原状态。

在俯冲带，致密的岩石圈板块通过下沉到软流圈深度，从而形成金刚石和碳。由于地球内部的碳通量受氧化（主要是含水溶液）流体（包括超临界水硅酸盐中间产物）的调节，这些流体是通过变质脱碳和地壳碳酸盐溶解而传递的。在深C-O-H流体中，从碳输运到碳饱和（如金刚石）的过渡需要与板岩或地幔岩保持平衡，这些参数受影响碳在高压（P）和温度（T）下溶解度的参数控制（例如，P=3-5GPa；T=600-900°C），包括pH、氧化还原条件、溶质结构在流体中，在岩石中缓冲矿物组合。因此，地壳变质微金刚石的形成主要受含碳离子和分子物种性质的控制。

近年来，随着技术的进步，大量的开创性的研究表明，二氧化碳并不能调节含水液体中的总碳，这一观点是迄今为止公认的。高压条件可以大幅度改变碳的形态：水性碳酸盐离子也可以存在，这将导致更高的碳溶解度。

此外，最近通过热力学计算建模（深部地下水模型）预测了有机酸稳定性的提高；在5 GPa以上的压力下，甲酸可以分解成分子水和金刚石。因此，问题就出现了，有机结构是否能够在地球深处的含水流体中保持稳定，以及这些结构是否能够触发金刚石的形成？俯冲流体中有机分子的存在将对钻石的成因、深部流体中的碳形态形成以及地球上潜在的益生元化合物产生深远的影响。

研究手段

通过拉曼显微光谱，本文作者（米兰比科卡大学的Maria Luce）研究了西阿尔卑斯山（Lago di Cignana，西阿尔卑斯山）变质岩中流体包裹体中含碳相的结构和组成，在此之前，有研究者曾发现过微金刚石。与实验或理论研究相比，流体包裹体的分析具有检查直接包裹在矿物中的金刚石形成介质样品。流体包裹体可以在碳饱和时保留天然产物。结果表明，在深俯冲板块释放的水溶液中溶解了大量的羧酸，本文进一步讨论了它们是如何促进金刚石成核和生长的。

研究意义

本研究结果显示了地球化学与有机地球化学之间的桥梁构建路径。 时间追溯到1953年，Miller首次报道了在原始地球大气条件下由非生物合成产生的有机化合物，为研究生命的形成提供了新的视角。最近，对化学反应的研究，可能对地球上的益生元进化具有重要意义，但这些研究主要是基于海洋扩张中心热液喷口中的有机化合物和水，以及陨石（即碳质球粒陨石）。例如，在大约3.8到4.5gy前的陨石撞击地球，外生有机分子被完整地运送到地球上，但是！迄今为止，这仍然是一个似是而非的模型。因此，在深部含水流体中发现的有机分子（碳与氧和氢结合）可以在地幔中形成一个相关的目前尚未被考虑的碳储集层。在这些极端条件下，有机分子是否最终会导致糖和其他生命组成部分，目前还不清楚。尽管如此，本研究揭示的钻石形成途径为地球上最简单形式的生化化合物的出现增加了一个新的内生视角。