科研进展

低温(<450℃)热液实验氧逸度控制和测量

  

  近日,深海极端环境模拟研究实验室周义明研究员与博士毕业生方京在《American Mineralogist》上发表了题为“Redox control and measurement in low-temperature (<450) hydrothermal experiments”的文章。该研究开发了低温热液实验氧逸度缓冲和测量方法,将传统氧逸度缓冲技术的温度下限从450扩展至200 

  传统氧逸度缓冲技术只适用于450以上的实验研究工作。因为在较低温条件下(<450),H2在贵金属半透膜(PtAgPd合金)中的扩散速率非常低,很难在合理的实验周期内实现H2的扩散平衡。这导致一些在较低温度条件下受氧化还原条件制约的地球化学过程无法在实验室内开展精确的实验地球化学限定。 

  本研究定量测定了熔融毛细硅管在200-350条件下对H2的扩散性质,结果表明,即使在低温<450℃)条件下H2仍可以快速地对熔融毛细硅管实现扩散平衡,且平衡后熔融毛细硅管内H2的压力和实验环境中H2压力一致,说明熔融毛细硅管是合适的低温氢半透膜。随后,论文将熔融毛细硅管制成氢逸度感应腔,测定了Ni-NiOCo-CoO氧逸度缓冲对在100 MPa, 300-400条件下的氢逸度和氧逸度值,测定结果表明:Ni-NiOCo-CoO缓冲对在实验条件下12小时即可实现平衡,且测定的氧逸度值与据热力学数据库计算的值和据前人测定的高温条件下氧逸度-温度关系式反算的值十分接近。

  

  

  图1 低温(<450)热液实验氧逸度缓冲和测量实验装置图

  论文信息:  

  Jing Fang and I-Ming Chou. 2021. Redox control and measurement in low-temperature (<450) hydrothermal experiments. American Mineralogist, Volume 106, pages 1333–1340, 2021.