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摘要
与其他大多数一氧化物晶体结构不同,黑铜矿(CuO)结构中+2价铜离子与氧形成四方面状配位,这是由它的3d9价电子构型产生强烈的Jahn-Teller畸变所致。了解地球深部高温高压环境中+2价铜离子的这种晶体化学性质是否改变从而影响其地球化学行为,是探讨地球深部铜在矿物、金属、熔体间分配行为及其微观机制的重要基础。本研究利用金刚石压腔装置和激光双面加热技术模拟地幔温压环境,通过高压原位Raman光谱测试技术,开展了黑铜矿高温高压稳定性的实验研究工作。研究结果表明,黑铜矿直到30GPa压力范围其结构保持稳定,反映直到地球内部800 km深处,黑铜矿结构中+2价铜离子仍受Jahn-Teller效应制约。在30 GPa压力下对样品进行激光加热(温度15002000K),黑铜矿经过热处理后,在总体上仍保持稳定(不发生结构相变)的同时,发生部分分解反应,生成了少量的金属铜单质并释放出氧气:2CuO?2Cu+O2。上述实验结果表明,一方面,+2价铜离子在地球内部直到800 km深度很可能仍保持CuO4四方面状态配位形式,而主要的硅酸盐矿物和氧化物结构(包括它们的高压相)中都没有这种配位位置,显示+2价铜离子仍不相容于这些矿物中;另一方面,在地球深部较还原的环境中,黑铜矿分解反应产生的氧气被缓冲,+2价铜离子很可能大部分还原成金属铜单质,并在核-幔分离过程中,随金属铁一起进入地核。
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