[发明专利]一种高钛和高含水的镁铁橄榄石单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种高钛和高含水的镁铁橄榄石单晶的制备方法，它包括：根据镁铁橄榄石化学计量学，以固体的六水合硝酸镁粉末、固体的九水合硝酸铁(III)粉末、液态的正硅酸乙酯和液态的钛酸四丁酯为初始原料制备出混合物圆柱体样品；以固体的天然滑石粉末和固体的天然水镁石粉末作为起始原料制备出重量比10:1的滑石和水镁石混合物水源圆片；将水源圆片放置在混合物圆柱体样品两端后；混合物圆柱体样品和水源圆片放入金钯合金样品管内进行高温高压反应制备出高钛的和高含水的镁铁橄榄石单晶；解决了目前的高钛的和高含水的火星地幔镁铁橄榄石制备技术空白，以获取大颗粒的高钛的高含水的镁铁橄榄石单晶实验样品。

技术领域

本发明属于高温高压条件下矿物单晶样品合成的技术领域，尤其涉及一种高钛和高含水的镁铁橄榄石单晶的制备方法。

背景技术

随着人类科学快速发展和技术的不断革新，世界多国掀起了深空探测的热潮；人类对火星的内部物质形成、圈层结构和演化历史均得到了大幅度的提升。前人已有的火星内部结构研究，表明火星内部具有圈层结构：火星地壳(指火星内部深度从地表到60km，对应的压力和温度：0-0.6GPa和210-366K)、火星地幔(指火星内部深度从60km到1596km，对应的压力和温度：0.6GPa-19GPa和366K-1880K)和火星地核(指火星内部深度从1596km到3390km，对应的压力和温度：19GPa-36GPa和1880K-2055K)。火星地幔主要造岩矿物组合为镁铁橄榄石、辉石和石榴子石，其中最重要的组成矿物镁铁橄榄石的分子式通式：(Mg_(1-x),Fe _x)₂SiO₄)，其中x为铁镁摩尔系数比，即x＝(Mg/(Mg+Fe))。已有的研究证实，来自诸如地球、月球、火星等不同星球上橄榄石中的铁镁摩尔系数比存在明显差异，来自地球上的上地幔镁铁橄榄石中，铁镁摩尔系数比值大小为～0.1；来自月球上的月慢镁铁橄榄石中，铁镁摩尔系数比值大小为～0.17；来自火星上的火星地幔镁铁橄榄石中，铁镁摩尔系数比值大小为0.25或更高。人类探月工程探测器携带的返回到地球上的月球地质样品，仅限于月球表面，非常稀少和非常珍贵。因此，行星科学家对已有的对火星内部物质组成的认知基础上，在实验室人工合成出高铁含量的火星地幔镁铁橄榄石，对反演火星内部物质组成和圈层结构，以及揭示火星起源和演化历史具有极为重要的科学意义。

早在1993年，美国田纳西大学Harry Mcsween教授，在发表在Science的研究成果中，首次报道来自SNC火星陨石(S：shergottite，辉熔长石无球粒陨石；N：nakhlite，透辉橄无球粒陨石，C：chassignite，纯橄无球陨石)的熔融包裹体实验研究，首次发现火星地幔含有高达1.4wt％的水，水在火星地幔中水广泛存在的，是火星深部存在的最重要的挥发份。在2000年，美国航天局火星环球探测者航天器发回的6万多幅火星照片中，有200多张清晰显示了水流流过陨石坑造成的沟纹。因为火星的大气层非常稀薄和地表温度零下63℃，因此科学家们认为“即使火星上存在水，也只能以冰的形式存在”的学术观点被彻底打破。在十几亿年前，火星上存在过水。美国宇航局的新发现，证明了火星上很可能有水，意味着火星上可能有生命体存在。