廣州地化所提出一種新的輝石晶體生長(zhǎng)機(jī)制
礦物是自然界中巖石的基本組成單元，也是礦產(chǎn)資源的主要載體。經(jīng)典的理論認(rèn)為，礦物晶體的生長(zhǎng)類似于樹木年輪，即從核部向邊部逐層生長(zhǎng)。長(zhǎng)久以來(lái)，這一認(rèn)識(shí)也一直是礦物學(xué)、巖石學(xué)和礦床學(xué)研究的基礎(chǔ)。但隨著實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是原位觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在某些條件下，礦物并非呈現(xiàn)樹木年輪式生長(zhǎng)，而是首先生長(zhǎng)出樹枝狀的格架，然后按照不同的結(jié)晶方向回填成熟，最終形成自形的晶體。在該情況下，礦物的核部有可能比邊部晚形成。這對(duì)傳統(tǒng)的晶體生長(zhǎng)模型以及在巖石學(xué)、礦床學(xué)中的應(yīng)用研究造成了很大的沖擊。因此，查明礦物在天然巖漿系統(tǒng)中，在何種條件下以何種方式生長(zhǎng)，至關(guān)重要。
針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心巖石學(xué)學(xué)科組博士后周金勝、王強(qiáng)研究員及其合作者對(duì)青藏高原南部賽利普鉀質(zhì)超鉀質(zhì)火山巖中的單斜輝石，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先在晶體模型的基礎(chǔ)上（圖1），通過(guò)詳細(xì)的結(jié)構(gòu)研究，限定了礦物的結(jié)晶學(xué)方向和生長(zhǎng)規(guī)律，包括沿著c軸的沙漏扇{-111}和平行于c軸的棱柱扇{100}、{110}和{010}扇，即{hk0}扇。然后對(duì)不同結(jié)構(gòu)的晶體和晶體中不同結(jié)晶方向進(jìn)行了系統(tǒng)的定量分析以及元素面掃描（圖2和圖3），查明了晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶方向?qū)υ胤植嫉目刂埔?guī)律，相對(duì)于{hk0}扇，大部分的{-111}扇是富集Si、Mg但虧損Ti、Al、Na和Cr，但也同時(shí)存在富含Al的{-111}扇。大部分的{-111}扇具有更低的結(jié)晶溫度、壓力和水含量，但也存在反向規(guī)律的晶體。
圖1 普通輝石和透輝石的晶體模型
圖2 低過(guò)冷度下形成的單斜輝石晶體沿不同結(jié)晶學(xué)方向的成分差異
圖3 不同結(jié)構(gòu)類型單斜輝石的成分差異和平衡判別
圖4 受控于過(guò)冷度的單斜輝石生長(zhǎng)模型
基于以上分析，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)資料，該研究提出一種新的綜合的礦物生長(zhǎng)模型，即：巖漿中單斜輝石的生長(zhǎng)過(guò)程取決于過(guò)冷度，在非常低的過(guò)冷度下，也就是近液相線條件，礦物呈現(xiàn)傳統(tǒng)的樹木年輪式生長(zhǎng)，不同晶面成分相似；低過(guò)冷度下，單斜輝石所有晶面同步生長(zhǎng)，但不同晶面會(huì)呈現(xiàn)成分差異，形成近平衡的富Si-Mg的{-111}扇和不平衡的富Al-Ti的{hk0}扇；在高過(guò)冷度下，單斜輝石首先形成樹枝狀的格架，再快速回填形成近平衡的漏斗狀{hk0}扇，漏斗狀晶體港灣中，由于存在富Al的擴(kuò)散邊界層，因而最終通過(guò)回填形成不平衡的富Al的{-111}扇。這一新的晶體生長(zhǎng)模型得到了國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)，例如意大利羅馬大學(xué)著名實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)家Silvio Mollo教授認(rèn)為這項(xiàng)工作是：“Undoubtedly, these new data and their interpretation will be greatly appreciated by our petrological community. I congratulate the authors for the great job done.”。
該研究主要受第二次青藏科考、國(guó)家自然科學(xué)基金資助和中科院先導(dǎo)（A）項(xiàng)目聯(lián)合資助，研究成果近期發(fā)表在《Earth and Planetary Science Letters》上。
論文信息：Zhou, J.-S., Wang, Q.*, Xing, C.-M., Ma, L., Hao, L.-L., Li, Q.-W., Wang, Z.-L., Huang, T.-Y., 2021. Crystal growth of clinopyroxene in mafic alkaline magmas. Earth and Planetary Science Letters, 568, 117005.
