MORB 脱气过程中的气泡率、气泡形成与稀有气体分馏
化学物理
2019-07-22 v1 统计力学
地球物理
摘要
本研究旨在利用分子动力学模拟（MD）评估 MORB 脱气过程中的气泡率与稀有气体分馏，并阐明气泡形成机制。先前的模拟研究（Guillot 和 Sator (2011) GCA 75, 1829-1857）表明，CO2 在玄武质熔体中的溶解度随压力增加而稳步上升，且在高压下显著偏离亨利定律（例如，在 50 kbar 下为 9.5 wt% CO2，而亨利定律预测值为 2.5 wt%）。基于 CO2 溶解度曲线及由 MD 模拟推导出的两共存相（硅酸盐熔体与超临界 CO2）的状态方程，我们评估了 MORB 熔体在深度处的气泡率随其初始 CO2 含量的演变。计算结果与在洋中脊采集的 MORB 样品数据高度吻合。此外，通过实施测试粒子法（Guillot 和 Sator (2012) GCA 80, 51-69），我们评估了稀有气体在两共存相（超临界 CO2 与 CO2 饱和熔体）中的溶解度，以及熔体与气泡间稀有气体的分配与分馏随压力的变化。结果表明，稀有气体的熔体/CO2 分配系数随压力显著增加，而文献中报道的 4He/40Ar* 比值的广泛分布可通过岩浆在上升过程中经历一系列气泡化及气泡丢失来解释。通过对含挥发分熔体施加压力降，MD 模拟揭示了纳米尺度下气泡形成与稀有气体转移的主要步骤。关键结果表明，稀有气体的转移由 CO2 气泡成核驱动，这一发现表明脱气熔体中 He 与 Ar 的扩散率差异对气泡中测得的 4He/40Ar* 比值几乎无影响。
引用
@article{arxiv.1302.4630,
title = {Vesicularity, bubble formation and noble gas fractionation during MORB degassing},
author = {G. Aubry and N. Sator and B. Guillot},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.4630},
year = {2019}
}
备注
42 pages, 8 figures. To be published in Chemical Geology