岩浆洋金属-硅酸盐熔体的钾元素分配和同位素分馏研究
批准号:
42073020
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
许英奎
依托单位:
学科分类:
同位素地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
许英奎
中文摘要
类地行星最重要的初始分异是核幔分异,这个行星尺度过程决定了行星地幔的基本成分和结构。核幔分异过程中Fe-Ni金属由于密度较大下沉到岩浆洋底部形成地核,亲铁元素分配到地核中。随着研究的深入,除了亲铁元素外,其他元素(如碱金属)也可以分配到地核中。作为碱金属之一,K在地核中的分配可以提供解决地核发电机的能量来源问题。然而,地核中的K含量是个具有争议的问题。尽管争议存在,高温高压实验观察事实在金属-硅酸盐相平衡的金属相中检测到K的分配,而两相平衡下的K同位素分馏尚未研究。K元素和同位素在金属-硅酸盐相平衡中的地球化学行为,是应用K元素和同位素研究行星核幔分异的基础。本项目拟开展高温高压实验,研究K在复杂成分金属相-硅酸盐相中的分配和同位素分馏,获得不同实验条件下K元素和同位素在硅酸盐和金属相的分配系数,评估金属相成分对分配系数的影响,为核幔分异过程提供K元素地球化学制约。
英文摘要
The most important process for early terrestrial planets is core-mantle differentiation, which determines the basic composition and structure of the mantle. The iron and nickel sank to the bottom of magma ocean to form the core. Siderophile elements were also participated to the core. Besides the siderophile elements, other light elements such as alkaline elements, also have the possibility to enter the core. Potassium, as one of the alkaline elements, is thought to exist in the early core. Potassium existence in the core may play a key role in driving the geodynamo. The content of K in the core is under debate, although K has been detected in the metal phase after high pressure-temperature experiments. Until now, the K isotopes have not been studied during metal-silicates melts and it should be a critical factor to assess core-mantle differentiation process. The project aims to carry out series of high pressure-temperature experiments to study the coefficient of K and K isotopes between metal and silicate melts under complex systems. The obtained data would be used to trace core-mantle differentiation process of terrestrial planets.
本项目围绕岩浆洋条件下水含量对钾(K)在金属-硅酸盐相之间分配的影响开展了系统研究,旨在制约地球核幔分异过程中K的行为及其对核形成的潜在影响。K作为一种弱亲铁的中等挥发性元素,传统观点认为其主要分布在地幔中,而进入地核的比例较低。然而,近年来的研究表明,K可能在核中具有一定丰度,并可能对地核的放射性加热和热演化产生重要作用。本项目通过高温高压实验,结合热力学计算和行星演化模型,探讨了水含量对K在核-幔分配中的作用机制,并获得了以下主要结论:1.水的增加会促进K向金属相的分配,提高K进入地核的比例,而非滞留在地幔中。实验结果表明,在岩浆洋条件下,随着水含量的升高,K的金属-硅酸盐分配系数显著增加,说明水能够增强K在金属相中的溶解度。这一结果挑战了传统认为K主要分布在地幔中的观点,为解释地核中可能存在的K提供了新的证据。2.水含量的变化可能通过降低硅酸盐熔体的聚合度、改变K⁺的配位环境,进而影响K的分配行为。在富水条件下,硅酸盐熔体的非桥氧(NBO)含量增加,使得K⁺更易于进入金属相。此外,水的存在可能改变金属相的电子结构,使得K的溶解能力增强,从而导致更高的金属-硅酸盐分配系数。3.水含量的变化不仅影响K的分配,还可能影响地核的最终大小。由于K的进入能够降低核的密度,同时提供放射性热源,实验数据表明,在较高水含量的条件下,核形成过程中K的富集程度可能更高,从而影响地核的总体质量和热演化路径。这一发现对地球及其他类地行星的核幔结构演化具有重要意义。.本研究为理解地球及其他类地行星的K同位素组成、核幔分异机制及地核的形成条件提供了新的实验约束。研究结果表明,水的存在可能是影响K在行星内部分布的重要因素,这对于地球早期演化、月球和火星等天体的地球化学特征,以及地外行星的核形成机制均具有广泛的科学意义。
星子碰撞过程中的钾同位素分馏研究
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批准号:42373020
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2023
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负责人:许英奎
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依托单位:
岩浆洋金属-硅酸盐熔体的钾元素分配和同位素分馏研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:61万元
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批准年份:2020
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负责人:许英奎
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依托单位:
月球-地球样品钾同位素研究
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批准号:41773064
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2017
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负责人:许英奎
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依托单位:
月球岩浆洋在温度梯度下的演化与月壳成因研究
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批准号:41503065
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2015
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负责人:许英奎
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依托单位:
国内基金
海外基金