슈퍼에 Mg3Al2Si3O12 jeffbenite 포함

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 83(2023) 이 기사 인용

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Jeffbenite(파이로프와 동일한 화학적 조성 ~ Mg3Al2Si3O12를 가지며 TAPP 상으로도 알려져 있음)는 약 300~1000km 깊이 사이에서 형성된 다이아몬드에서만 발견되는 광물 함유물이며 전이대(410~410~410)에서 안정한 상으로 간주됩니다. 660km 깊이) 및/또는 하부 맨틀의 가장 얕은 지역(약 660~700km 깊이)에 있습니다. 이 희귀하고 수수께끼 같은 광물은 초심도 다이아몬드의 압력 표시로 간주되므로 초심부 다이아몬드 연구에서 핵심적인 역할을 합니다. 그러나 Mg3Al2Si3O12 jeffbenite의 압력-온도 안정성 필드는 알려져 있지 않으며 실제 형성 조건은 아직 탐구되지 않은 상태로 남아 있습니다. 여기서 우리는 제프베나이트 Mg-말단 부재에 대한 열역학적 압력-온도 안정성 필드를 결정했으며 놀랍게도 낮은 압력-온도 조건, 즉 800 및 500°C에서 2-4GPa에서 안정적이라는 것을 발견했습니다. 따라서 Mg3Al2Si3O12 제프베나이트는 파이로프의 고압 다형이 아니며 초심층 다이아몬드가 표면으로 올라오는 후기 단계에서 형성된 역행상일 가능성이 높습니다.

Jeffbenite(이상적인 공식 Mg3Al2Si3O12)는 지금까지 매우 깊은 다이아몬드에 광물 함유물로만 발견되었던 희귀 광물입니다1. 이는 19972년에 발견되었으며3 이후 화학양론을 뜻하는 "Tetragonal Almandine Pyrope Phase"의 약어인 TAPP로 불려 왔으며 이는 파이로프-알만딘 가넷 시리즈와 일치합니다. 그러나 제프베나이트의 결정 구조는 가넷의 결정 구조와 다르기 때문에 가넷과 제프베나이트는 실제로 다형체입니다. 2016년에 마침내 TAPP는 다이아몬드 연구 분야의 저명한 두 전문가인 Jeffrey W. Harris와 Ben Harte를 기리기 위해 IMA의 승인을 받은 광물 이름인 “jeffbenite”(IMA 2014–097)1를 부여받았습니다. 26년 전 처음 발견된 이후 문헌에는 23개의 천연 제프베나이트만이 보고되었으며 그 중 7개는 화학적 분석을 통해서만 확인되었습니다. 문헌에 보고된 추가 제프베나이트 2개는 합성입니다. 따라서 X선 회절 및/또는 마이크로 라만 분광법을 통해 초심층 다이아몬드에 포함된 천연 제프베나이트 내포물 중 16개만이 확인되었습니다(지금까지 문헌에 보고된 모든 제프베나이트를 요약한 표 1 참조). 희귀함에도 불구하고 다이아몬드에 포함된 제프베나이트는 다이아몬드 호스트의 매우 깊은 기원을 나타내는 지표로 간주되므로 중요한 광물입니다. 매우 깊은 기원은 실제로 문헌에서 잘 받아들여지고 있으며 제프베나이트는 일반적으로 다이아몬드 연구 커뮤니티에 의해 전이 구역 또는 하부 맨틀 광물로 간주됩니다1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ,13,14,15,16,17,18,19,20.

그러나 Ti가 매우 풍부한 합성 제프베나이트11를 제외하면 현재 제프베나이트의 압력-온도 안정성 분야는 발표되지 않았으며 이 광물은 지질학적 수수께끼로 남아 있습니다. (1) 제프베나이트는 실제로 맨틀의 어느 깊이에서 형성됩니까? (2) 제프베나이트의 Mg 말단 구성원은 파이로프 가넷의 고압 또는 저압 다형입니까?

이러한 질문에 답하기 위해 여기서는 순수한 제프베나이트인 Mg3Al2Si3O12의 압력-온도 안정성 장을 제한합니다. 제프베나이트에 대한 열역학적 데이터가 문헌에서 이용 가능하지 않기 때문에 우리는 하이브리드 Hartree-Fock/밀도 함수 이론(HF/DFT) 수준에서 준 조화 근사의 한계 내에서 그리고 다음의 프레임워크에서 첫 번째 원리로부터 데이터를 계산합니다. 통계적 열역학. 이를 통해 우리는 제프베나이트의 순수한 Mg 말단 구성원의 실제 특성을 이해할 수 있습니다.

실제로, 현재의 연구는 초심도 다이아몬드의 특징으로 간주되는 광물에 대한 압력-온도 안정성 장을 제한해야 할 필요성뿐만 아니라 이미 19972년에 최초의 천연 제프베나이트에 대한 연구(당시에는 TAPP와 같이) 가넷과 관련하여 부피 및 밀도 측면에서 불일치가 있음이 밝혀졌습니다. 구체적으로, 19972년에 발견된 천연 제프베나이트(저자가 결정 구조를 정제한 샘플 244B)는 [Mg2.64Fetot0.27(Ca + Na + Mn)0.08][Al1.85 Cr0.15 ][Si2.91Al0.09]O12 및 Mg# [Mg/(Mg + Fe)] = 0.91; 단위 셀 부피는 V = 774.35(± 0.77) Å3입니다. 이러한 단위 셀 부피는 11.657(± 0.012) J/bar와 동일한 몰 부피로 변환될 수 있습니다. 이 몰 부피를 파이로프-알만딘 계열 [Mg2.70Fe0.30]Al2Si3O12 및 Mg# = 0.91(예: 참조 21의 표 3 참조)을 따라 유사한 조성을 갖는 가넷의 몰 부피와 비교하면 몰 부피가 11.332(± 0.001) J/bar와 동일한 가넷의 가닛은 제프베나이트의 가넷보다 상당히 작습니다.