本報訊 中國科學院廣州地球化學研究所陳鳴、謝先德研究員等科研人員與美國卡內基地球物理實驗室毛河光院士等人合作，日前在《美國科學院學報》和《地球化學和宇宙化學學報》上報告：在自然界首次發現了晶體結構密度比尖晶石更大的兩個超尖晶石高壓相，並通過實驗證實了這兩個相形成的溫度和壓力條件。
尖晶石是由氧與鋁、鉻、鎂、鐵、錳等組成的一類常見氧化物礦物，廣泛存在於地球和宇宙天體各類岩石；它不但廣泛分布於地球上地幔岩石中，具有尖晶石類型晶體結構的矽酸鹽礦物，如瓦士利石和林伍德石，組成了地球深部從400到660公里範圍內地幔過渡帶的主要造岩礦物。
科研人員發表的這兩篇論文，報告了重要新礦物發現和高溫高壓起源的實驗證據。他們在一個經受過宇宙撞擊事件的隕石中，發現原來等軸晶系的尖晶石鉻鐵礦在天然事件產生的高溫高壓條件下，化學成分保持不變但發生了結構變化，轉變成為兩個密度更高的斜方晶系超尖晶石結構類型新礦物，分別為CF結構和CT結構。在一些原生鉻鐵礦的單個顆粒中，他們還發現了由兩個超尖晶石相和鉻鐵礦常壓相緊密共生，從而覆蓋了一個寬闊壓力範圍（即相當於從上地幔、過渡帶直到下地幔的壓力條件）的驚人例子。
隕石中的這些高密度新礦物，顯然是在一次發生於宇宙空間小行星之間的撞擊事件中而形成的，這次撞擊在隕石中局部產生了20萬大氣壓的高壓和2000攝氏度的高溫。地球的深部地幔被認為存在相類似的高溫高壓條件。該研究小組在實驗室利用雷射加熱和金剛石壓砧超高壓技術，模擬了這樣的條件，觀測分析鉻鐵礦晶體在高溫超高壓下的表現。發現在2000攝氏度高溫，當壓力大於12.5萬大氣壓時鉻鐵礦轉變成一個具有CF結構類型的高密度相，而當壓力大於20萬大氣壓時則轉變成為另一個具有CT結構類型的高密度相。
據悉，科學家早在四十多年前就通過實驗證實，具有尖晶石結構的矽酸鹽在地幔過渡帶溫度壓力條件下保持穩定，從而將研究目標進一步定位到探索在更高壓力條件下可能出現的結構密度更大的超尖晶石結構相。國際著名的地質與地球物理學家林格伍德教授，當時提出了斜方晶系CF和CT結構相可能是發生“超尖晶石”相轉變的首選結構類型。40多年來，礦物和岩石學家一直試圖在自然界岩石中，包括在隕石和超高壓變質岩石中，尋找超尖晶石高壓多型，即密度比構成地幔過渡帶矽酸鹽尖晶石更大的礦物相。
有關專家介紹，礦物是地球和星球岩石的基本組成單元，新礦物的發現是地質學中的重要事件。陳鳴等取得的成果，更體現出幾個方面的科學意義：表明了一種重要礦物晶體結構類型的變化特徵和規律，提供了判別和標定自然界撞擊事件和地球深部岩石溫度和壓力歷史的重要標準，對探索地球深部化學元素配分和地球化學演化有重要啟示，並在材料科學上引起了進一步關注。
