Melting of the Fe‐C‐H System and Earth's Deep Carbon‐Hydrogen Cycle
Melting of the Fe‐C‐H System and Earth's Deep Carbon‐Hydrogen Cycle
复制标题
Fe-C-H系统的熔化和地球深层碳-氢循环
DOI：
10.1029/2022gl098919
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发表时间：
2022
影响因子：
5.2
通讯作者：
Chen, Bin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lai, Xiaojing;Zhu, Feng;Gao, Jing;Greenberg, Eran;Prakapenka, Vitali B.;Meng, Yue;Chen, Bin
板片起源的碳和氢的出现和循环被认为是由它们与来自地幔柱化和板片蛇纹石化的金属铁反应形成含碳和氢的铁合金所控制的。在这里，我们展示了使用激光加热金刚石对顶砧和X射线衍射技术在高达72 GPa下对Fe-C-H系统的相关系和熔化的实验结果。研究发现，在20-70 GPa下，氢的掺入使Fe-C合金的共晶熔化温度降低了150 -178 K，促进了深部地幔中金属液体的形成，从而增强了俯冲碳和氢的流动性和深循环。氢还在相对高温条件下（例如，42.6 GPa，>1885 K和71.8 GPa，>1798 K）。富含氢碳的金属液体为超深金刚石生长提供了必要的流体环境。
The occurrences and cycling of slab‐originated carbon and hydrogen are considered to be controlled by their reactions with metallic iron from mantle disproportionation and slab serpentinization, to form Fe alloys containing carbon and hydrogen. Here we show experimental results on the phase relations and melting of the Fe‐C‐H system using laser‐heated diamond anvil cell and X‐ray diffraction techniques up to 72 GPa. The incorporation of hydrogen was found to lower the eutectic melting temperatures of Fe‐C alloy by ∼50–178 K at 20–70 GPa, facilitating the formation of metallic liquids in the deep mantle and thus enhancing the mobility and deep cycling of subducted carbon and hydrogen. Hydrogen also substitutes with carbon in Fe‐C metal to form hydride and diamond at relatively high‐temperature conditions (e.g., 42.6 GPa, >1885 K and 71.8 GPa, >1798 K). The hydrogen‐carbon‐enriched metallic liquids provide the necessary fluid environment for superdeep diamond growth.
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