第一原理電子状態計算法による含水カンラン石高圧相の構造と弾性特性の解明

利用第一性原理电子结构计算方法阐明水合橄榄石高压相的结构和弹性性质

基本信息

批准号：
06J40001
负责人：
土屋旬
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J40001/
关键词：
マントル遷移層弾性含水量高圧第一原理計算

项目摘要

前年度に引き続き、第一原理電子状態計算法を用いて含水カンラン石高圧相(β相)構造中に1.65,3.3wt%の水を含んだ組成に関し水素欠陥構造の決定とその弾性特性を調べた。弾性定数は構造中に含まれる水の量に比例して減少し、実測とのよい一致が得られた。さらにまだ実験的に報告されていない含水β相の弾性定数の圧力変化を計算し、マントル遷移層圧力条件下における含水β相の地震波速度を見積もった。その結果、マントル遷移層上部圧力(約15GPa)において最大水固溶量3.3wt%まで含む場合、含水β相の速度は無水の速度に対しp波,s波それぞれ-3.9%,-4.8%程度減少するという結果が得られた。さらにこのβ相に1wt%の水が含まれることによって減少する体積弾性率・剛比率はそれぞれ340-430K,290-350Kの温度上昇によって引き起こされる体積弾性率・剛性率の減少と同等であるということが見積もられた。すなわち、マントル遷移層における低速度領域は、高温異常と水の濃集の両方によって説明可能である。またwadsleyiteのVp/Vs比や異方性に与える水の影響についても調べ、地震波の観測によって報告されている結果との比較により、マントル遷移層における水の効果について包括的な議論を行った。

延续去年，我们采用第一性原理电子结构计算方法，确定了水合橄榄石高压相（β相）结构中含水量为1.65和3.3 wt%的组合物的氢缺陷结构，并研究了其弹性性能。塔。弹性常数与结构中含水量成比例地减小，并且与实际测量结果吻合良好。此外，我们还计算了实验中未报道过的含水β相弹性常数的压力变化，并估算了地幔过渡层压力条件下含水β相的地震波速度。结果表明，当地幔过渡层上部压力（约15 GPa）下水固溶体最大含量为3.3 wt%时，含水β相的速度分别约为-3.9%和-4.8% ，纵波和横波速度相对于无水速度的结果是降低。此外，由于在该β相中含有1wt％的水而导致的体积模量和刚度比的降低分别相当于温度升高340-430K和290-350K引起的体积模量和刚度比的降低。估计。也就是说，地幔过渡层的低速区可以通过高温异常和水富集来解释。我们还研究了水对瓦兹利石Vp/Vs比值和各向异性的影响，并通过与地震波观测结果的比较，全面讨论了水对地幔过渡层的影响。