低溫(<450℃)熱液實驗氧逸度控制和測量
近日，深海極端環境模擬研究實驗室周義明研究員與博士畢業生方京在《American Mineralogist》上發表了題為“Redox control and measurement in low-temperature (<450℃) hydrothermal experiments”的文章。該研究開發了低溫熱液實驗氧逸度緩沖和測量方法，將傳統氧逸度緩沖技術的溫度下限從450℃擴展至200℃。
傳統氧逸度緩沖技術只適用于450℃以上的實驗研究工作。因為在較低溫條件下（＜450℃），H2在貴金屬半透膜（Pt，AgPd合金）中的擴散速率非常低，很難在合理的實驗周期內實現H2的擴散平衡。這導致一些在較低溫度條件下受氧化還原條件制約的地球化學過程無法在實驗室內開展精確的實驗地球化學限定。
本研究定量測定了熔融毛細硅管在200-350℃條件下對H2的擴散性質，結果表明，即使在低溫（<450℃）條件下H2仍可以快速地對熔融毛細硅管實現擴散平衡，且平衡后熔融毛細硅管內H2的壓力和實驗環境中H2壓力一致，說明熔融毛細硅管是合適的低溫氫半透膜。隨后，論文將熔融毛細硅管制成氫逸度感應腔，測定了Ni-NiO和Co-CoO氧逸度緩沖對在100 MPa, 300-400℃條件下的氫逸度和氧逸度值，測定結果表明：Ni-NiO和Co-CoO緩沖對在實驗條件下12小時即可實現平衡，且測定的氧逸度值與據熱力學數據庫計算的值和據前人測定的高溫條件下氧逸度-溫度關系式反算的值十分接近。
圖1 低溫(<450℃)熱液實驗氧逸度緩沖和測量實驗裝置圖
論文信息：
Jing Fang and I-Ming Chou. 2021. Redox control and measurement in low-temperature (<450℃) hydrothermal experiments. American Mineralogist, Volume 106, pages 1333–1340, 2021.
