Experimental Study of Pressure-induced Structural Changes in Silicate Glasses to >100 GPa

压力引起的硅酸盐玻璃结构变化的实验研究

基本信息

  • 批准号:
    1722495
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-07-15 至 2022-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Silicate magmas are the most efficient carriers of heat and matter throughout Earth's reservoirs, and play an important role in a wide range of geological processes. Silicate magmas are high pressure objects, formed at depth in the present Earth beneath volcanoes, mid-ocean ridges, subduction zones, and hotspots, or in the deep magma ocean in the early Earth. Silicate magmas undergo structural changes at high pressure conditions, and knowledge of the pressure-induced structural changes in silicate magmas is important to understand behavior of silicate magmas in the Earth's deep interior. The investigator developed new double-stage high-pressure apparatus combined with synchrotron X-ray measurement, to study pressure-induced structural changes in silicate glasses, which is an analogue material of silicate magmas, at high pressure conditions to 100 GPa corresponding to the lowermost part of the Earth's mantle. Establishing the new high-pressure experimental technique in a user facility (the beamline 16-BM-B, HPCAT in the Advanced Photon Source) contributes to researches not only in Earth and planetary sciences but also in various scientific fields such as physics and material sciences as well as engineering, and to educational activities for graduate students and young postdoctoral researchers.This project aims to experimentally investigate pressure-induced structural changes in SiO2 and silicate glasses at high pressure conditions to 100 GPa. Large volume sample is vital for accurate measurement of the structure of silicate glasses at high pressure conditions using X-ray diffraction measurement. The investigator developed a new double-stage Paris-Edinburgh type large volume press to generate high pressures to 100 GPa with large sample volume. Structure of silicate glasses will be measured by in situ multi-angle energy dispersive X-ray diffraction at high pressures. This project will provide vital experimental constraints on understanding pressure-induced structural changes in silicate magmas at the pressure conditions of the Earth's deep mantle to the core-mantle boundary by (1) obtaining the first experimental data for structure of silicate glasses to 100 GPa, and (2) establishing relationship between Si-O coordination number and oxygen packing fraction to generalize the pressure-induced structural changes in silicate glasses for application to silicate magmas in the Earth?s deep interior.
硅酸盐岩浆是整个地球储层中最有效的热和物质载体,并且在广泛的地质过程中起着重要作用。 硅酸盐岩浆是高压物体,在火山,中山山脊,俯冲带和热点处的地球深处形成,或者在地球早期的深岩浆海洋中形成。 硅酸盐岩浆在高压条件下经历结构变化,并且了解硅酸盐岩浆中压力诱导的结构变化对于理解地球深内部硅酸盐岩浆的行为很重要。 研究者开发了新的双阶段高压设备,结合了同步X射线测量,以研究压力诱导的硅酸盐玻璃中的结构变化,硅酸盐玻璃是硅酸盐岩浆的模拟材料,在高压条件下,对应于100 GPA,对应于地球最低部分。 在用户设施(梁线16-BM-B,高级光子源中的HPCAT)中建立新的高压实验技术,不仅有助于研究地球和行星科学中的研究,而且还有助于各种科学领域,例如物理和物质科学,例如工程以及对研究生和年轻的研究人员进行教育活动。在高压条件下至100 GPA的硅酸盐玻璃。 大容量样品对于使用X射线衍射测量在高压条件下精确测量硅酸盐玻璃的结构至关重要。 研究人员开发了一种新的双阶段巴黎 - 埃德伯格型大型压力机,以产生高的压力到100 GPA,样品体积较大。 硅酸盐玻璃的结构将通过在高压下的原位多角度分散X射线衍射来测量。 该项目将通过(1)通过(1)获得第一个实验性数据,以在地球深层向核心膜边界的压力条件下进行压力引起的硅酸盐岩浆结构变化提供重要的实验限制地球深内部。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Deformation of ZrSiO4 -MgO aggregates: Deviatoric stress as a control on deformation mechanisms
ZrSiO4 -MgO 聚集体的变形:偏应力作为变形机制的控制
  • DOI:
    10.1103/physrevb.105.l220101
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Zhou, Xiaoling;Chen, Lianyang;Yuan, Mingzhi;Lin, Feng;Ye, Tian;Zhao, Feng;Kunz, Martin;Miyagi, Lowell
  • 通讯作者:
    Miyagi, Lowell
Nature of polyamorphic transformations in H2O under isothermal compression and decompression
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  • DOI:
    10.1103/physrevmaterials.3.073404
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Shen, Guoyin;Smith, Jesse S.;Kenney-Benson, Curtis
  • 通讯作者:
    Kenney-Benson, Curtis
Properties of molten CaCO3 at high pressure
  • DOI:
    10.7185/geochemlet.1813
  • 发表时间:
    2018-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    J. Hudspeth;C. Sanloup;Y. Kono
  • 通讯作者:
    J. Hudspeth;C. Sanloup;Y. Kono
In situ x-ray diffraction study of polyamorphism in H 2 O under isothermal compression and decompression
等温压缩和减压下H 2 O多晶形的原位X射线衍射研究
  • DOI:
    10.1063/1.5100958
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Shen, Guoyin;Smith, Jesse S.;Kenney-Benson, Curtis;Ferry, Richard A.
  • 通讯作者:
    Ferry, Richard A.
Compressed glassy carbon maintaining graphite-like structure with linkage formation between graphene layers
  • DOI:
    10.1038/s41598-019-43954-5
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Y. Shibazaki;Y. Kono;G. Shen
  • 通讯作者:
    Y. Shibazaki;Y. Kono;G. Shen
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Phase relations and formation of K-bearing Al-10 angstrom phase in the MORB+H2O system: Implications for H2O- and K-cycles in subduction zones
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
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    0
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