超高压高温下三价铁和铝对布里奇曼石的化学缺陷和物理性质的影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    41902034
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    刘兆东
  • 依托单位：
    吉林大学
  • 学科分类：
    D0203.矿物学(含矿物物理学)
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Although bridgmanite (Brg) mainly consist of Si4+, Mg2+ and Fe2+, it also contains trivalent cations, Al3+ and Fe3+. Al3+ is contained as the AlAlO3 (charged-coupled, CC) and MgAlO2.5 (oxygen vacancy, OV) components. Fe3+ could be contained similarly as FeFeO3 (CC) and MgFeO2.5 (OV). When both Fe3+ and Al3+ are contained, FeAlO3 forms even at a reduced enviroment. Among these components, the OV component should have special significance in geoscience because the presence of OV will enhance creep, and therefore decrease lower-mantle viscosity. Moreover, OV in bridgmanite may transport volatiles such as H2O and noble gas (Ar，He and Xe) into the lower mantle. Hence, the OV and CC contents in bridgmanite under given conditions are vital for understanding dynamics and geochemical cycling in the lower mantle. For these reasons, we investigated the effect of Al3+ and Fe3+ on the chemistry defect of bridgmanite under lower-mantle conditions. Here, we will develop ultrahigh-pressure and high temperature technique in a large volume press to investigate the stability and solubility of the FeAlO3 component in bridgmanite and ternary phase relations in the system MgO-FeAlO3-SiO2。Finally, we will discuss the chemistry and thermoelastic properties of bridgmanite and implication for the FeAlO3 component， slab stagnation and volatiles storage in the lower mantle.
下地幔一直是地球内部最复杂的区域之一，其物理结构和化学组成一直存在科学争议。布里奇曼石，此区域最主要的矿物，可以储存大量的Al3+和Fe3+。Al3+和Fe3+的掺杂不仅可以显著改变布里奇曼石的物理和化学性质，而且可以创造氧缺位的化学缺陷，从而可以引入挥发性成分（惰性气体和水）到下地幔中。本项目将发展和利用大腔体压机的超高压高温实验技术，通过调控初始物的Mg/Si比值、Al3+和Fe3+含量以及合成的氧化还原环境，获得可以达到化学平衡的毫米级别的布里奇曼石，研究Al3+和Fe3+的掺杂对布里奇曼石的氧缺位和密度的影响，探索布里奇曼石中的FeAlO3含量，建立MgSiO3-FeAlO3体系的布里奇曼石的热力学计算模型和下地幔温压条件下的MgO-FeAlO3-SiO2体系的三相图。从而帮助了解下地幔的物质组成和储存挥发性成分的能力，同时为下地幔中部观测到的俯冲带的滞留提供新的解释角度。

结项摘要

布里奇曼石是下地幔最主要的矿物，可以储存大量的Al3+和Fe3+，其化学性质的研究可以帮助了解地球下地幔的物质组成和性质。通过本项目的资助，开发了国产碳化钨压砧组装体，发展了商用大腔体压机的超高压高温实验技术，在室温和高温下，毫米级样品仓均超过35GPa;利用硼掺杂金刚石加热器将温度产生进一步达到4300K以上；通过调控初始物的Mg/Si比值、Al3+和Fe3+含量以及合成氧化还原环境，在27GPa和1700-2000K进行了系列高温高压实验，获得了与刚玉、三氧化二铁、方镁石或者富Al/Fe相共存的布里奇曼石，发现Al3+和Fe3+主要以电荷耦合替代形式FeAlO3存在布里奇曼石中，其FeAlO3最大固溶量大约在67mol%，发现Al3+和Fe3+的掺杂可以降低布里奇曼石的氧缺位含量，增加其摩尔体积；进一步建立了下地幔顶部温压条件下的MgO-FeAlO3-SiO2体系的三相图，阐明了在地幔模型pyrolite和玄武岩MORB 中FeAlO3成分的含量的差异性；本项目的研究有助于了解下地幔最主要矿物布里奇曼石的物理和化学性质，进一步帮助了解下地幔的物质组成和性质。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene
来自塌陷富勒烯的超硬块状无定形碳
  • DOI：
    10.1038/s41586-021-03882-9
  • 发表时间：
    2021-11-25
  • 期刊：
    NATURE
  • 影响因子：
    64.8
  • 作者：
    Shang, Yuchen;Liu, Zhaodong;Liu, Bingbing
  • 通讯作者：
    Liu, Bingbing
Stabili and Solubility of the FeAlO3 Component in Bridgmanite at Uppermost Lower Mantle Conditions
上层下地幔条件下桥锰矿中 FeAlO3 组分的稳定性和溶解度
  • DOI：
    10.1029/2019jb018447
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH-SOLID EARTH
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Liu Zhaodong;McCammon Catherine;Wang Biao;Dubrovinsky Leonid;Ishii Takayuki;Bondar Dmitry;Nakajima Ayano;Tange Yoshinori;Higo Yuji;Cui Tian;Liu Bingbing;Katsura Tomoo
  • 通讯作者：
    Katsura Tomoo
Bridgmanite is nearly dry at the top of the lower mantle
布里奇曼石在下地幔顶部几乎是干燥的
  • DOI：
    10.1016/j.epsl.2021.117088
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Earth and Planetary Science Letters
  • 影响因子：
    5.3
  • 作者：
    Liu Zhaodong;Fei Hongzhan;Chen Luyao;McCammon Catherine;Wang Lin;Liu Ran;Wang Fei;Liu Bingbing;Katsura Tomoo
  • 通讯作者：
    Katsura Tomoo
Pressure Generation above 35GPa in a Walker-Type Large-Volume Press
Walker 型大容量压力机中产生 35GPa 以上的压力
  • DOI：
    10.1088/0256-307x/37/8/080701
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    CHINESE PHYSICS LETTERS
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Shang Yuchen;Shen Fangren;Hou Xuyuan;Chen Luyao;Hu Kuo;Li Xin;Liu Ran;Tao Qiang;Zhu Pinwen;Liu Zhaodong;Yao Mingguang;Zhou Qiang;Cui Tian;Liu Bingbing
  • 通讯作者：
    Liu Bingbing

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京津冀及周边地区冬季能见度与PM_(2.5)浓度和环境湿度的多元回归分析
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    罗军

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下地幔顶部主要名义无水矿物含水量的高温高压实验研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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