碳酸钙分解温度-碳酸钙500℃开始分解

在地球的深处，存在着一种神秘的物质交流——深部碳循环。其中，大量的碳以方解石或白云石的形式积聚在地层中，它们在板块俯冲过程中被带入地心深处，成为了循环的重要一环。这些碳酸盐的命运如何？在超深层的金刚石包体中，科学家们发现了超过700公里深处的碳酸盐活动的线索。

一直以来，科学家们都在深入探索一个难题：碳酸盐在高温高压环境下的稳定性以及它与超深金刚石之间的复杂关系。由于这些研究课题饱含争议性，故而一直未能达成共识。

近期的科学研究显示，碳酸盐的高压相情况极为复杂。据计算矿物学预测，碳酸钙和碳酸镁成分在高压环境下可以形成多种稳定相。其中，碳酸钙的晶型变化尤为引人注目。其文石相与后文石相之间可能存在一种新的单斜结构相，而在后文石相之后也可能存在另一种高压相。这些预测结果都已通过近期的高温高压实验得到了证实。

根据这些新发现，科学家们推测碳酸钙在下地幔底部或许能抵抗分解、熔融与反应的命运，进而在极端环境中得以稳定存在。而且令人惊喜的是，实验结果表明碳酸钙甚至能在碳-铁氧化还原反应中“存活”，这进一步显示了碳酸钙在高压环境下的强大生存能力。

进一步的研究表明，碳酸盐在地幔深处的反应与CaCO和MgSiO的反应平衡息息相关。随着压力和温度的变化，这些反应会不断变化。特别是对于SiO这种俯冲带中的关键矿物成分，CaCO与其之间的相互作用更是引人关注。有研究预测在一定的压力下二者不会发生反应，但最新的实验结果却揭示了不同的故事。

最让人注意的是刚教授团队的最新研究（Li et al.， 2018）。该研究表明，至少在60GPa以下，CaCO在约1500K的高温下会经历脱碳反应，生成CaSiO。结合图示中的自由能关系及前人对MgCO与SiO的实验结果，研究团队将CaCO和SiO的反应边界扩展至地幔底部的压力条件。结果表明，即使在超冷的俯冲带中，CaCO与SiO的脱碳反应仍有可能发生。

当我们将这些研究结果与前人关于碳酸盐熔体的研究相结合时（如图4所示），我们更加深入地理解了CaCO在地幔深处的命运。研究表明，先前认为CaCO在下地幔条件下会稳定存在的观点是不全面的。只有在特定条件下，如远离硅酸盐或在未达到真正的固体反应平衡时，才可能存在CaCO成分。

而更重要的是，我们了解到包括CaCO在内的碳酸盐与超深金刚石之间有着密切的联系。在地幔过渡带以上的大部分俯冲带中，这些碳酸盐成分容易发生熔融并与地幔发生氧化还原反应从而生成金刚石。即使是在较冷的地幔俯冲带中幸存下来的碳酸盐成分，在足够高的压力下也会与硅酸盐发生脱碳反应并生成金刚石。

这些研究成果不仅让我们对地幔深处的碳循环有了更深入的认识，也为我们揭示了地壳与地幔之间复杂而有趣的相互作用关系。

图2展示了CaCO+MgSiO=CaSiO+MgCO反应的自由能变化情况。

图4描绘了深部地幔条件下CaCO的命运及其与其他地质过程的相互关系。

上述研究成果已经发表在国内外知名学术期刊上。