第七届青年地学论坛

氮作为太阳系中丰度第五的元素，在各类球粒陨石中均有一定程度的富集。然而硅酸盐地球中氮元素十分匮乏。近些年研究发现氮在高压下呈亲铁性，因此相当数量的氮可能以Fe-N合金的形式赋存于地球深部（Yoshika, 2018）。目前对Fe-N体系在地幔-地核温压条件下的研究较少，前人研究主要集中在Fe-N体系相变和体系中铁的自旋转变，而Fe-N体系在高压下的熔融现象仍缺乏了解（Kusakabe, 2019; Lv, 2020; Zhuang, 2020）。本研究通过激光加热金刚石对顶砧技术实现高温高压环境，采用电阻跳变作为熔融判据测量了Fe₂N，Fe₃N，和Fe₇N₃在20-80 GPa下的熔融温度；同时使用X射线吸收谱方法测量了Fe₃N的自旋转变压力。结合前人研究成果发现：（1）电阻跳变可作为铁及铁合金熔融的判据。（2）Fe₃N，Fe₄N，和Fe₇N₃中铁的自旋转变对Fe-N合金在高压下的熔融曲线没有影响。（3）不同氮含量的Fe-N合金拥有相近的熔融曲线，意味着氮含量对Fe-N体系的熔融温度影响微乎其微。本研究结果显示，Fe-N体系和Fe-C, Fe-Si,及Fe-O体系相比具有更低的熔点，且低于地温梯度线。Fe-N合金的存在能解释地幔中的密度和波速异常现象，如410km深度的不连续面和地幔底部的超低波速区。熔融的Fe-N合金趋于向深部迁移，这一过程将地球浅部的氮运移到下地幔甚至地核中，一定程度上解释了地球上“缺失的氮”这一难题。
 

熔融温度,Fe-N,自旋转变