《SCIENCE ADVANCES》:Retention of noble gases in the deep Earth: Kinetic trapping or stable bonding?
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高压含硅固体和熔体中稀有气体的成键潜力仍存在争议,但这是理解其保留行为以及评估含硅酸盐相在原始大气稀有气体运输和储存中作用的核心问题。在此,研究人员评估了稀有气体在三种硅酸盐中的化学行为:石英(quartz)、赛弗特矿(seifertite)和钙钛矿(pero
高压含硅固体和熔体中稀有气体的成键潜力仍存在争议,但这是理解其保留行为以及评估含硅酸盐相在原始大气稀有气体运输和储存中作用的核心问题。在此,研究人员评估了稀有气体在三种硅酸盐中的化学行为:石英(quartz)、赛弗特矿(seifertite)和钙钛矿(perovskite)。利用电子局域函数(ELF)和Bader电荷分析,研究人员未发现稳定共价键或离子键的证据。重稀有气体极慢的晶内扩散控制了它们在晶体生长过程中在硅酸盐中的捕获。稀有气体更可能存在于熔体或晶界中,而非硅酸盐晶格中。
稀有气体因满外层电子壳层而具有化学惰性,常被用作示踪剂来揭示太阳系和类地行星挥发分的来源与分布。大气中的稀有气体可能通过俯冲作用再循环进入地幔,但它们在矿物中的保留机制一直存在争议。尤其值得关注的是“氙悖论”(Xe paradox):大气氙丰度相对于其他稀有气体明显偏低,且同位素组成偏重。一种假说认为,Xe在高压下可与氧形成共价键或离子键,从而被稳定捕获于深部地幔矿物中;另一种假说则强调早期大气Xe的优先逃逸。以往研究多集中于奇异化合物或非现实的高Xe浓度,缺乏在地质相关矿物中以现实浓度条件对Xe成键行为的系统评估。因此,研究人员选取了三种硅酸盐矿物——石英(quartz)、赛弗特矿(seifertite)和布里奇曼石(bridgmanite),分别代表地壳、下地