铁的自旋转变对铁方镁石弹性的影响及对认识下地幔成分的意义

项目名称： 铁的自旋转变对铁方镁石弹性的影响及对认识下地幔成分的意义

项目编号： No.41274087

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 天文学、地球科学

项目作者： 吴忠庆

作者单位： 中国科学技术大学

项目金额： 90万元

中文摘要： 铁的自旋转变导致铁方镁石体模量和体波波速的显著降低。该自旋转变发生在下地幔的大部分区域，是一个用来限定下地幔铁方镁石含量的有效手段。但前提是我们必须对地幔温压下，自旋转变对铁方镁石弹性的影响有清楚的认识。由于实验困难，目前我们只有室温下的结果。本项目将利用第一性原理计算在矿物高温高压弹性方面的优势，研究自旋转变对铁方镁石弹性的不寻常效果，提供弹性反常随温度、压强、铁含量变化的系统知识；利用自旋转变效应更好的限定下地幔中铁方镁石及铁方镁石中铁的含量。分析温度和铁含量变化引起的波速反常变化的特点，为区分下地幔波速侧向变化的成因提供必要的基础。考虑到自旋转变对铁方镁石弹性的不同寻常的影响，我们极有可能从这些新结果中得到一些重要发现，深化我们对下地幔的一些认识。

中文关键词： 第一性原理计算；弹性；下地幔成分；波速横向变化；铁方镁石

英文摘要： Spin transition of iron dramatically reduce the bulk modulus and bulk velocity of ferropericlase. The spin transition covers most of areas of lower mantle and hence is an effective way to constrain tighter the ratio of ferropericlase in lower mantle. However, this can not be done unless we know very clear about the effect of the spin transition on elasticity of ferropericlase at pressure and temperature of lower mantle. Currently, because of technology challenge, we only know the effect of the spin transition on elasticity of ferropericlase at room temperature. Here we will make use of the advantage of first-principles calculations on the elasticity of minerals at high temperature and pressure to inverstigate the unusual effects of spin transition on the elasticity of ferropericlase and provide systematic data and features of the dependence of elasticity anomalies on temperature, pressure, and iron concentration. We will take advantage of spin transition effect to constrain tighter the ratio of ferropericalse and the iron concentration in ferropericlase of lower mantle. We will analyze the characteristics of the anomalous variation of wave velocity of ferropericlase casued by change of temperature and iron concentration. These characteristics will provide useful knowledge to distinguish the origin of lateral vel

英文关键词： first-principles calculations；elasticity；lower mantle composition；velocity heterogeneity；ferropericlase