黏土膨胀/收缩与离子分派耦合机制获展现

 
 
黏土膨胀/收缩与离子分派耦合机制获展现  
 

中国科学院广州地球化学研究所特任研究员陈锰、博士研究生周慧君等通过研究，展现了黏土膨胀/收缩与离子分派的耦合机制。相关研究7月14日在线颁发于《地球化学与宇宙化学学报》。

审稿人指出，30多年前地球化学家基于海底钻探的流体身分记录就对黏土的离子过滤浸染很是感乐趣，然而理论研究事情一直陷于停滞。该研究打开了重要的理论阐明窗口，以本模子研究为初步，系统地表明和预测黏土矿物对多离子体系物质分派影响的研究预期将可顺利开展。

富含黏土的地层与沉积物被视为“地质过滤膜”。蒙脱石是常见黏土沉积物的主要构成矿物。蒙脱石的层间域具有水化和脱水的本领，在宏观上反应为黏土的膨胀与收缩。过往研究表白，差异离子造成蒙脱石层间域水合状态的差别。然而层间域水合状态的差别如何与离子的分派耦合？宏观上，黏土的膨胀/收缩如何影响地层或沉积物的地质过滤膜成果？

针对以上问题，研究人员通过团结分子动力学模仿和热力学计较，成立了离子活度比、水活度、蒙脱石水含量与离子分派系数间的定量干系。研究选取常见的离子Na离子和K离子作为研究工具，力求表明沉积物记录中Na离子和K离子分派差此外原因，并成立模子用于预测黏土对流体离子分派的浸染。

该研究工具为处于热力学均衡的多个别系，其一为含Na离子和K离子的蒙脱石殽杂物体系，其二为含Na离子和K离子的流体。以离子活度比和水活度为情况变量，基于分子动力学模子模仿举办热力学计较，阐发了均衡状态下蒙脱石的水含量与离子分派系数问题。

研究表白，任何情况条件下K离子都较Na离子更富集于蒙脱石中，与此同时情况中K离子显著吃亏；情况水活度的下降显著增强了离子分派，即K离子在情况中的吃亏更为明明；离子分派耦合于蒙脱石的水合布局，K离子在蒙脱石层间形成内圈络合布局，乃至在较低水活度条件下蒙脱石层间形成不变的单层水合布局，这是K离子更富集于蒙脱石层间的原因。

该计较模仿研究阐释了由于离子在蒙脱石层间域差异的水合布局造成了Na离子和K离子分派的显著差别，表明白地质记录与过往的尝试功效。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.07.007

版权声明：凡本网注明“来历：中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品，网站转载，请在正文上方注明来历和作者，且不得对内容作实质性窜改；微信公家号、头条号等新媒体平台，转载请接洽授权。邮箱：shouquan@stimes.cn。