[00335145]下地幔主要矿物的熔化、弹性和热力学特性研究

①课题来源与背景 A.课题来源 教育部科学技术研究重点项目（209127） B.背景 地球是人类共同居住的家园,为人类生存提供了各种必需的资源和外层空间的保护条件。但是,地球上许多自然灾害的暴发又时时刻刻威胁着人类的生命安全。究其原因,这种自然现象与地球深部物质的组分、物质、状态,以及由此诱发的物质运动密切相关。它给我们的一个重要启示是：深化对地球深部物质的性质及其运动规律的认识,有助于提高人类改善生活质量,增强人类改造世界、造福自身的能力。 ②研究目的与意义 目的是借助凝聚态物理学科中的热力学唯象模型计算、第一性原理及分子动力学模拟计算技术,为研究下地幔区的热结构问题提供部分的基础物理数据,并对现有的理论和实验研究结果中存在的岐见进行分析和澄清,为深化对下地幔物质、对流和热演化等科学问题的认识提供部分的支持性论据。 ③主要论点与论据 A.地球下地幔主要候选矿物的高压熔化线研究。获得地球深部物质的高压熔化温度数据,可以推测地球深部物质的粘性和对流,限定深部地热线等有用信息。本项目提出了判断复杂物质熔化的判据,确定了MgSiO3钙钛矿、CaSiO3钙钛矿等的高压熔化线,为深化对下地幔物质热物理性质的理解,为建立下地幔物质的地球物理和地球化学模型提供了重要的物理参数。 B.地球下地幔主要候选矿物的热力学特性研究。在地球物理学中,对地球内部组分及其高温高压物性的研究,是认识、理解地球内部动力学过程的基础。 ⑴在准谐近似和Debye模型基础上,发展了计算高温高压条件下热力学特性的准谐近似Debye模型,系统地研究了CaSiO3钙钛矿、MgSiO3钙钛矿和MgSiO3后钙钛矿的热力学特性; ⑵利用分子动力学模拟技术,研究了MgO和MgF2的热力学性质。通过上述的研究,给出了有关矿物热力学物性参量随温度和压强变化的规律性认识,为提供它们的物态方程研究提供了必要的理论数据。 C.地球下地幔主要候选矿物的高压弹性研究。地球科学研究中弹性常数的重要性源于深部地球的主要信息主要是通过地震学中测量地震波经过地球速度得到的。利用先进的第一性原理方法,本项目预测了CaSiO3钙钛矿、MgSiO3钙钛矿和MgSiO3后钙钛矿的高压弹性行为,研究了它们在地球中的各向异性性质,并讨论了它们的地球物理意义。这对通过与地震学和地球物理模型的对比来建立约束地球内部的组分模型具有关键的作用。 ④创见与创新 通过考虑地球内部复杂系统的结构特征,建立了一套有效研究地球下地幔主要候选矿物高压特性的理论方法。 ⑤社会经济效益,存在的问题 部分地球下地幔主要候选矿物也是陶瓷材料,在人造骨头和牙根材料、高频绝缘材料、树脂制品以及整形外科的填充材料等方面,均有实际的应用价值,故在国民经济的市场渗透或扩散中的潜在意义亦是不可忽视的,至于它在发展凝聚态学科自身的理论模型构建和计算机模拟技术中的重要作用则更是毋庸置疑的事了。 ⑥历年获奖情况。 A.科研成果《下地幔主要矿物的熔化、弹性和热力学特性》荣获2008年甘肃省高等学校科技进步二等奖 B.科研成果《地球下地幔主要候选矿物的高压物性研究》荣获2012年甘肃省高等学校科技进步二等奖