我校在下地幔高压实验研究领域取得重要进展-中国地质大学博物馆

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我校在下地幔高压实验研究领域取得重要进展

时间:2017年06月05日 17:13  作者:翁华强  点击:[]

                               

                                       

 

                                     

                        


                              图A. 基于金刚石压腔技术的高温高压径向X射线衍射示意图;
                              B. (Mg,Fe)SiO3后钙钛矿在135 GPa和2500 K的反极图;
                               C. 环太平洋边缘下D"层剪切波速各项异性的成因示意图。

  4月18日,地质过程与矿产资源国家重点实验室巫翔教授及国际研究合作团队在《自然》子刊《自然通讯》杂志发表题为《D′′层地震波的各向异性源于后钙钛矿(001)变形》的论文,首次通过高温高压实验,获得了核幔边界主要物质(Mg,Fe)SiO3后钙钛矿的变形组构,揭示了下地幔底部地震波速传播的各向异性机理。

  地球经历漫长演化过程形成了圈层的内部结构:地壳、地幔和地核。下地幔底部D′′层(距离地表2700-2900公里),作为固态地幔和液态外核的过渡区,控制着核幔边界物质和能量的交换、地幔对流等动力学过程,呈现了丰富的物理化学现象。如,剪切波在D′′层特定区域存在水平方向传播速度比垂直方向的快1-2%,推测与其主要物质(Mg,Fe)SiO3后钙钛矿晶体的定向排列相关。这种(Mg,Fe)SiO3后钙钛矿在常温常压条件下会转变为非晶质,它只能在压力大于120万个大气压和温度大于2000度条件下才能稳定存在。因此,如何通过高温高压实验方法获得后钙钛矿在如此极端条件下的变形机制,成为地球深部物质过程研究的难点。

  金刚石是自然界最硬的材料,将两颗金刚石压砧对顶,能够产生上百万个大气压,同时在压砧面上产生的差应力,会诱导物质发生变形。这种变形过程可以通过X射线衍射技术进行时时监控。利用这些技术的特性,地质过程与矿产资源国家重点实验室深部物质研究团队巫翔教授和美国德克萨斯大学林俊孚教授合作的国际研究小组设计了一套系统,能原位地监测了后钙钛矿在D′′层温压条件下的变形过程(图A, B),获得了其滑移面为(001)。此滑移属于后钙钛矿的变形产生而非布里奇曼石到后钙钛矿的相变产生。这种变形机制会引起剪切波速波在水平偏振方向快于垂直偏振方向(~3.7%) (图C),合理地解释环太平洋边缘下D′′层剪切波速传播行为,对我们理解下地幔底部物质过程、地幔对流等动力学机制有重要意义。

  巫翔教授为第一作者,他和林俊孚教授同为通讯作者,Pamela Kaercher博士、毛竹教授、刘锦博士、Hans-Rudolf Wenk教授和Vitali Prakapenka博士参与了此项研究。项目得到了国家自然科学基金重点项目资助和美国阿贡国家实验室先进光子光源研究项目支持。(来源:地大要闻)

  论文链接:“https://www.nature.com/articles/ncomms14669”


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