8.3 地球内部物理化学属性与过程        俯冲带是地球系统水循环的关键场所，板片俯冲过程含水矿物的结构稳定性决定了水输入地球深部的方式、形式和数量，影响板片俯冲的深度和速度，影响地幔物质的黏度和熔融，诱发岛弧火山和深源地震。早期的洋-洋俯冲、洋-陆俯冲和陆-陆俯冲，俯冲板片的温度普遍偏低，板片携带物的结构稳定性主要取决于其所处深度（正压力）和移动速度（剪切力）。旋转式金刚石对顶砧装置通过垂直加压和水平旋转，模拟冷俯冲板片高压剪切作用，是研究含水矿物结构稳定性的有效工具。三水铝石是金属羟基化合物（如铝土矿、褐铁矿和硬锰矿）的重要代表，与非金属羟基化合物（如含水硅酸盐矿物、含水磷酸盐矿物和含水硫酸盐矿物等）一块广泛存在于洋壳和陆壳的沉积岩和变质岩中。高压剪切作用下研究三水铝石的结构稳定性对于了解金属羟基类矿物随着板块俯冲进入地球深部的结构稳定性有着一定的指示作用。
       旋转式金刚石对顶砧原位显微激光拉曼光谱和微区X射线衍射谱表明：三水铝石γ-Al(OH)₃在常温加压至1.5 GPa旋转到180º，开始发生结构转变。初始样品高波数段4个羟基伸缩振动峰（3363、3434、3524和3618 cm^-1）相继消失，并出现3303和3560 cm^-12个强度不等的水H₂O峰和含羟基水H₃O₂^-峰。低波数段拉曼谱强度明显减弱，无非晶态宽峰；Al-O-Al变形振动双峰（568、539 cm^-1）和Al-O伸缩振动肩峰（321和307 cm^-1）分别融合为一个峰；4个羟基变形振动峰（1052、1018、981和922 cm^-1）仍然可见。继续加压至3.5 GPa、360º旋转后卸至常压，高波数段的两个羟基伸缩振动峰、Al-O-Al变形振动峰和Al-O伸缩振动仍然可见。比较准静水压条件下三水铝石γ-Al(OH)₃高压相的拉曼谱图和相变压力（约2.7 GPa），我们认为常温高压剪切作用下三水铝石γ-Al(OH)₃发生了一个脱羟基作用，生成水和羟基水。卸压样品的微区X射线衍射谱揭示：高压剪切作用下，虽然三水铝石 (OH)-Al-(OH)配位八面体骨架没有被破坏，但是其沿c轴方向叠加的距离缩小、对称性增强。这种不同于准静水压结构相变实验的结构失稳来自腔体内较大的差应力（0.5-4.5 GPa）。

板片俯冲、高压剪切、三水铝石、脱羟基作用