学术报告：地球最丰富矿物Bridgmanite在陨石中的发现

第一作者及发表信息

该研究由Oliver Tschauner（内华达大学拉斯维加斯分校高压科学与工程中心）领衔，合作者包括Chi Ma（加州理工学院）、John R. Beckett（加州理工学院）、Clemens Prescher（芝加哥大学先进辐射源中心）等团队，于2014年11月28日发表在《Science》期刊（卷346，期6213）。

学术背景

研究领域：高压矿物学与行星科学。
科学问题：硅酸盐 perovskite（后命名为bridgmanite）是地球下地幔（深度660-2900 km）最主要的矿物相，占地球总体积的38%，但其天然样本长期未被发现。这是由于该矿物仅在高压（>23 GPa）高温（>2200 K）下稳定，而地表条件下会迅速玻璃化。此前仅通过实验合成或理论模拟研究其性质，缺乏天然样本的化学、结构及岩石学分析数据。
研究动机：通过分析遭受冲击变质的陨石（如Tenham L6球粒陨石），寻找可能保存的高压矿物相。陨石在撞击事件中经历的瞬时高压高温可模拟地幔条件，而快速冷却可能”冻结”高压相。

研究方法与流程

1. 样本选择与预处理

• 研究对象：Tenham L6球粒陨石（1879年发现于澳大利亚），以其富含冲击熔脉（shock-melt veins）著称。
  
• 技术选择：采用同步辐射X射线衍射（取代易导致玻璃化的电子衍射），使用高能微聚焦X射线束（波长0.3344 Å）结合快速读取面探测器，对陨石薄片（USNM 7703）进行扫描。
  

2. 矿物鉴定与结构解析

• 衍射分析：在冲击熔脉内的包体中检测到bridgmanite（与akimotoite共生），通过Rietveld精修确定其晶体结构（正交晶系，空间群Pnma），晶胞参数：a=5.02 Å, b=6.90 Å, c=4.81 Å（图2）。
  
• 成分分析：电子探针显示其化学式为(Mg0.75Fe0.20Na0.03Ca0.02Mn0.01)Si1.00O3，含显著Fe3+和Na（表S1）。
  

3. 形成条件约束

• 温压估算：根据bridgmanite-akimotoite共生组合（图S3）及熔脉基质缺失bridgmanite的特征，推断峰值冲击条件为~24 GPa和2300 K。
  
• 保存机制：部分bridgmanite在减压过程中玻璃化（体积膨胀~33%），产生的应力可能保护残余晶体（图1）。
  

主要结果

1. 矿物学突破：国际矿物学协会（IMA）正式批准命名为bridgmanite（标本号IMA 2014-017），终结了长达半个世纪的寻找。
   
2. 结构特征：其晶胞体积（167 ų）与合成含Fe3+的bridgmanite趋势一致（图3），支持Na-Fe3+耦合替代模型。
   
3. 地质意义：证实陨石冲击可模拟下地幔条件，为研究地球深部物质提供新途径。
   

结论与价值

科学价值：
- 首次提供天然bridgmanite的基准数据，验证实验与理论模型的可靠性。
- 揭示陨石冲击事件可短暂形成并保存超高压矿物，扩展了 extraterrestrial mineralogy 的研究维度。
应用价值：为行星撞击过程、地幔物质循环及超高压相动力学研究建立新范式。

研究亮点

1. 方法创新：采用同步辐射X射线衍射解决电子束损伤难题，开发微区扫描技术定位亚微米级矿物（图S1）。
   
2. 跨学科意义：连接高压物理学、陨石学与地球深部动力学，推动对地球内部化学不均一性的理解。
   
3. 命名贡献：以诺贝尔奖得主Percy Bridgman命名，统一了学界长期使用的模糊术语（如”silicate perovskite”）。
   

补充价值

• 数据公开于无机晶体结构数据库（ICSD），附有完整的同步辐射衍射原始数据（图S4-S5）及化学成分表（表S2）。
  
• 提出bridgmanite的玻璃化可能是某些陨石中”暗色熔脉”的成因机制（参考文献21-22）。
  

（注：本报告严格基于原文内容，未添加外部信息，专业术语首次出现时保留英文对照，如冲击熔脉（shock-melt veins）、Rietveld精修（Rietveld refinement）等。）