地球氧逸度

作者：孙卫东

摘要：地球是一个"氧化性"的星球。在太阳系所有行星中,只有地球大气中含有高浓度的O2(约占21%)。研究表明,地球演化的早期,其大气组成与火星等类地行星相似,都是以CO2为主,O2含量可以忽略不计。在大约24-21亿年前,地球大气中O2含量突然大幅度升高,一度超过现今O2含量的1%,而后又在中元古代回落到现今O2含量的0.1%以下。沉积物中氧化还原敏感元素的含量变化显示,大约6.3亿年前雪球地球结束之后,地球大气中的O2含量再次大幅度升高至20%左右,而后在显生宙经历一系列复杂变化并最终演化至现今的水平。Re/Os比值显示,硅酸盐地球的氧逸度远高于月球,也高于火星。考虑到月球与地球分异发生在45亿年前,月球的低氧逸度暗示地球早期的氧逸度可能也较低。可以影响地球氧逸度的元素主要有O、H、Fe、S和C等。控制地球氧逸度变化的主要过程包括:核幔分异、板块俯冲和火山喷发去气等。在核幔分异以前,金属Fe可能是控制硅酸盐地球及其表生环境低氧逸度的关键因素。核幔分异过程中,Fe是控制氧逸度变化的关键元素。核幔分异将金属Fe与铁氧化物分开,造成地幔Fe^3+/Fe^2+比值升高。尤其是在下地幔,Fe^2+在高压下发生歧化反应,形成金属Fe和Fe^3+。其中Fe^3+赋存在布里奇曼石中,导致下地幔氧逸度低。在板块俯冲过程中,当有板片进入下地幔时,布里奇曼石会因体积补偿,被运移到上地幔,并发生分解,释放出Fe^3+,导致周围地幔氧逸度的升高。但是,V/Sc和Zn/Fe等元素比值则显示在过去30多亿年以来,地幔的氧逸度变化不大,可能与上、下地幔间氧化还原缓冲层或者是上述元素比值对氧逸度不够敏感有关。在地球演化早期,金刚石是最早形成的矿物。由于金刚石的密度在上地幔高于地幔橄榄岩熔体,而在下地幔小于地幔橄榄岩熔体,因此在岩浆海阶段,金刚石倾向于在上地幔�

发文机构：中国科学院海洋研究所深海研究中心 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室 中国科学院海洋大科学研究中心 中国科学院大学

关键词：氧逸度Fe^2+的歧化反应Fe的水解金刚石oxygen fugacityferrous iron disproportionationiron hydrolysisdiamond

分类号： P591[天文地球—地球化学][天文地球—地质学]P595