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Computer simulation of the structural and physical properties of silicate crystals and melts at high temperatures and high pressures

高温高压下硅酸盐晶体和熔体的结构和物理性质的计算机模拟

基本信息

批准号：
16540442
负责人：
MATSUI Masanori
金额：
$ 2.37万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

Crystals and melts in the Na_2O-CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2 (NCMAS) system are important components of the earth's crust and mantle. Both molecular dynamics (MD) and lattice dynamics (LD) methods are used to calculate the properties of crystals, while the MD technique is applied to simulate melts. The interionic potential is taken to be the sum of pairwise additive Coulomb, van der Waals attraction, and repulsive interactions. In addition, in order to take account of many-body forces in crystals and melts, the breathing shell model is developed for simulation, in which the repulsive radii of 0 ions are allowed to deform isotropically under the effects of other ions in the system concerned. The net charges of the ions are constrained to be 2q(Na)=q(Ca)=q(Mg)=2/3q(A1)=1/2q(Si)=-q(0) to apply the potential to both crystals and melts with any composition in the NCMAS system. Required energy parameters, including the oxygen charge, repulsive radii, van der Waals coefficients of ions, and the oxygen breathing parameters, were derived empirically to reproduce the observed temperature-pressure-volume (T-P-V) equations of state of a wide structural. variety of crystals in the NCMAS system, as well as the measured volumes of enstatite, wollastonite, diopside, albite, and anorthite melts at high temperatures. In spite of a wide variety of crystals and melts studied, the LD and MD simulations are quite successful in reproducing accurately the measured structural and physical properties of both crystals and melts in the NCMAS system.

Na_2 O-CaO-MgO-Al_2 O_3-SiO_2（NCMAS）系统中的晶体和熔体是地壳和地幔的重要组成部分。分子动力学（MD）和晶格动力学（LD）的方法被用来计算晶体的性质，而MD技术被应用于模拟熔体。电子势是两两相加的库仑、货车德瓦耳斯吸引和排斥相互作用的总和。此外，为了考虑晶体和熔体中的多体力，本文发展了呼吸壳层模型进行模拟，在该模型中，零离子的排斥半径在有关体系中其它离子的作用下发生各向同性变形。离子的净电荷被限制为2 q（Na）=q（Ca）=q（Mg）=2/3q（Al）=1/2 q（Si）=-q（0），以将电势施加到NCMAS系统中具有任何组成的晶体和熔体两者。所需的能量参数，包括氧电荷，排斥半径，离子的货车德瓦耳斯系数，和氧气呼吸参数，推导出经验再现观察到的温度-压力-体积（T-P-V）状态方程的宽结构。NCMAS系统中的各种晶体，以及顽火辉石，硅灰石，透辉石，钠长石和钙长石熔体在高温下的测量体积。尽管各种各样的晶体和熔体的研究，LD和MD模拟是相当成功的精确再现测量的结构和物理性质的晶体和熔体在NCMAS系统。

项目成果

期刊论文数量（36）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

The crystal data and stability of calcite III at high pressures based on single-crystal X-ray experiments.

基于单晶 X 射线实验的方解石 III 在高压下的晶体数据和稳定性。

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
J. of Miner. and Petrol. Sci. 100
影响因子：
0
作者：
Hyun;S.;N.Ahagon H.Yoon;K.Hagiya et al.
通讯作者：
K.Hagiya et al.

Equations of state of CaSiO3 perovskite: a molecular dynamics study

CaSiO3 钙钛矿的状态方程：分子动力学研究

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Phys.Chem.Minerals 33
影响因子：
0
作者：
平野弘通;海保邦夫;K.Hagiya;K.Hagiya;Y.Zhang;M.E.Zolensky;M.Matsui;M.Matsui;M.Matsui;M.E.Zolensky;Y.Zhang
通讯作者：
Y.Zhang

The temperature-pressure-volume equation of state of γ-Mg2SiO4