编号：FTJS10543
篇名：高压条件下蒙脱石层间域对氮的保护效应
作者：曾庆进 陶奇 吉世超 谭伟 何宏平
关键词： 含铵蒙脱石 伊利石 层间域 N循环
机构： 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室 中国科学院深地科学卓越创新中心 中国科学院大学
摘要： 含铵(NH4+)蒙脱石不仅存在于陆地土壤中,还广泛存在于蚀变洋壳、远洋和陆源沉积物中,是N的主要载体矿物,对地表N向地球深部的传输路径和效率具有重要影响。本文利用微区和粉晶X射线衍射(XRD)、漫反射傅里叶红外光谱(DRIFT)和元素分析等表征技术,研究了不同温度(25~700℃)和压力(常压和2.5 GPa)条件下含铵蒙脱石的物相及结构演化,以及N的赋存状态和N含量的变化特征。结果表明,在常压条件下,温度上升会导致蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至0.96 nm(700℃)。同时,蒙脱石Al2–OH(914 cm−1)和AlMg–OH(844 cm−1)振动峰强度在升温过程中逐渐减弱,表明蒙脱石结构羟基逐渐脱失;在500℃时,蒙脱石结构羟基完全脱失,并导致层间完全坍塌。在高压(2.5 GPa)条件下,温度上升会造成蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至1.02 nm(700℃),但蒙脱石结构羟基在700℃时依然存在。在此过程中,蒙脱石膨胀性逐渐降低,表明蒙脱石逐渐向伊利石转变。在常压加热条件下,随着温度升高,含铵蒙脱石N含量从初始的1.52%减少到0.10%;而在高压条件下,温度升高对含铵蒙脱石的N含量影响极小,保持在约1.26%。这两者的差异可能与产物层间域结构的变化有关,即常压下温度升高会导致蒙脱石层间域逐渐坍塌,NH4+失去赋存空间,分解逃逸;而高压下温度升高并不破坏蒙脱石层间域,而是逐渐转变为伊利石,从而为NH4+提供储存空间。因此,高压条件下蒙脱石的层间域对NH4+具有高温保护效应,表明黏土矿物可将N元素向地球更深部输送。该发现为揭示地表N向地球深部运移机制提供了新思路。
