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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：
07J40001
负责人：
土屋旬
金额：
--
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J40001/
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

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を行った。その結果、最も安定である構造は以前より提唱されていた構造とは異なることが判明した。さらにその構造は実験により報告されている(1)斜方晶から単斜晶への低対称化,(2)軸比の変化,(3)体積弾性率の減少率,(4)OH伸縮振動特性,等多くの測定事実を説明できることがわかった。次に得られた安定構造を用いて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%まで含む揚合,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・剛性率はそれぞれ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。

The first-principles electronic state calculation method was used to determine the composition of 1.65, 3.3 wt % water in the high-pressure phase (β-phase) of hydrous Kanlan stone, which is related to the determination of the water-elemental structure. As a result, the most stable structure is different from the previous structure. The structure of the crystal is described in detail in this paper: (1) low symmetry of orthorhombic crystal,(2) axial ratio change,(3) reduction rate of volume resistivity,(4)OH stretching vibration characteristics, etc. The stability of the structure was improved by the use of the new method. The quantity of water contained in the structure is reduced in proportion to the quantity of water contained in the structure. In this paper, the author reports the calculation of seismic wave velocity of aqueous β phase under the condition of migration layer pressure. As a result, due to the pressure in the upper part of the Mantle migration layer (about 15GPa) and the maximum water solid solubility of 3.3 wt %, the velocity of the aqueous β phase is-3.9% and the velocity of the water-free phase is-4.8% lower than that of the p-wave and s-wave. For example, when the temperature rises from 340 to 430K and from 290 to 350K, the volume resistivity and rigidity of the β phase decrease by 1wt% water. Low velocity field, high temperature anomaly and water concentration field indicate possible migration.