高压剪切作用下三水铝石的结构稳定性

利用旋转式金刚石对顶砧压机(RDAC)结合显微激光拉曼光谱和微区X射线衍射,研究了三水铝石(γ-Al(OH)₃)在高压剪切作用下的结构稳定性。常温加压至1.5 GPa,旋转180°后,γ-Al(OH)₃的结构开始转变。初始样品在高波数段的4个羟基伸缩振动峰(3363、3434、3524和3618 cm^-1)相继消失,出现3303和3560 cm^-12个新峰。低波数段拉曼谱强度明显减弱,无非晶态宽峰;Al-O-Al变形振动双峰(568、539 cm^-1)和Al-O伸缩振动肩峰(321和307cm^-1)分别融合为一个振动峰;4个羟基变形振动峰(1052、1018、981和922 cm^-1)仍然可见。继续加压至3.5 GPa,旋转360°后卸至常压,高波数段新出现的两个羟基伸缩振动峰、原Al-O-Al变形振动峰和Al-O伸缩振动峰仍然可见。对比准静水压条件下γ-Al(OH)₃高压相的拉曼谱和相转变压力(约2.7 GPa),认为常温高压剪切作用下γ-Al(OH)₃脱羟基生成了H₂O和H₃O^-₂。卸压样品微区的X射线衍射谱进一步揭示,在高压剪切作用下,γ-Al(OH)₃的(OH)-Al-(OH)配位八面体骨架被破坏,沿c轴方向原子叠加的层间距缩小,对称性增强。这种不同于准静水压实验的结构改变来自腔体内压力的不均匀分布(0.5~4.5 GPa)。高压剪切作用下,三水铝石的结构稳定性研究对查明板块冷俯冲带中含水矿物的稳定性,推演俯冲板片的物理化学性质以及板块俯冲的速率具有重要意义。