碳酸盐熔体中的稀有气体：基于分子动力学模拟的溶解度与表面张力约束
化学物理
2019-08-13 v1 地球物理
摘要
尽管稀有气体(NG)是地幔中的稀有元素，但其质量差异显著导致物理行为迥异，使之成为重要的地球化学示踪剂。当深部发生部分熔融时，NG 在各相间的分配由分配系数控制，该系数可由 NG 在各相中的溶解度确定。本文基于分子动力学模拟报道了 He、Ne、Ar 与 Xe 在碳酸盐熔体中溶解度的定量计算。首先在 1 bar 下于 K2CO3-CaCO3 混合物中计算 NG 溶解度，并与迄今唯一可用的实验数据作了有利比较。随后我们研究压力(高达 6 GPa)的效应，聚焦于两种熔体成分：白云石质熔体与钠碳酸盐质熔体(模拟 Ol Doinyo Lengai 火山熔岩)。溶解度随熔体中碱土金属阳离子含量及稀有气体尺寸增大而降低。在钠碳酸盐质熔体中，亨利定律在低压下(高达约 0.1 GPa)成立。在更高压力下，溶解度趋于平缓甚至开始平缓下降。相比之下，在熔融白云石中，在所研究压力范围(3-6 GPa)内压力效应可忽略。在地幔压力下，稀有气体在碳酸盐熔体中的溶解度仍与在熔融硅酸盐中处于同一数量级(约 1-10 mol%)。这表明深部碳酸盐熔体并非稀有气体的优先载体，即便其对熔体成分的依赖性不可忽略且须逐例评估。最后我们评估了碳酸盐熔体与稀有气体间界面的表面张力及其随压力的演化。无论熔体与 NG 相成分如何，表面张力在 P 从 0 增至 6 GPa 时均增大。
引用
@article{arxiv.1908.03745,
title = {Noble gases in carbonate melts: constraints on the solubility and the surface tension by molecular dynamics simulation},
author = {Elsa Desmaele and Nicolas Sator and Bertrand Guillot},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.03745},
year = {2019}
}