地球内部物质运动的物理学和化学问题研讨会简讯

地球内部物质运动的物理学和化学问题研讨会于 2 0 0 1年 1月 2 0日在中国高等科学技术中心举行 .出席研讨会的有来自南开大学、北京大学、中国科学院高能物理研究所、化学研究所、国家地震局地质研究所、中国地质学会、中国地质科学院地质研究所、中国地质科学院矿产资源研究所、国土资源部(原地质矿产部 )地球化学动力学开放实验室等单位的 16名代表 .此次研讨会同时是国土资源部地球化学动力学开放实验室学术年会 .研讨会不仅安排了学术报告 ,而且在发言过程中展开了热烈的讨论 ,内容涉及地球内部极端条件下的物质基本性质 ,高温高压对物…     

高温高压下NaCl热力学特性的分子动力学模拟

欲了解固体物理和地球内部特征就要弄清固体在高温高压的热力学特性，而碱金属卤化物的研究有利于在实验室难以接近的高温高压条件下建立金属氧化物的相转变模型。文中应用分子动力学方法模拟NaCl离子晶体的高压熔化、高温高压下热力学参数，如热容、等压体膨胀系数、等温体模量、Gruneisen参数等。     

高压物理研究在地球科学中的应用

高压物理是研究高压下物质状态、结构、特性及变化规律的学科，地球本身是一个巨大的高压实验室，其内部物质无不经受高压作用，应用高压物理研究的新成就来探讨地球内部物质的相变和物性，是一项重要课题，该文从地球层圈结构、地球内部物性分析入手，重点阐明高压物理与地球科学的密切联系和发展交叉学科的重大意义。     

高温高压模拟实验技术

一、引 言 高温高压实验研究是近代发展起来的一门新科学.目前采用的手段和解决的课题愈来愈多.从所研究的内容看,有高压物理,如高压下物质的行为和性质的变化;有高压化学和高温化学,如在高温高压条件下,物质的相变和体系的相平衡,新矿物和贵重工业矿物的合成;在高压下,X射线衍射研究;地质领域中利用高温高压模拟实验,研究矿物、岩石形成的物理化学条件,以及地壳深部过程和岩浆演化等.最近几年来,国外有利用爆炸丝产生高温和高能密度对爆炸的化学环境进行模拟,利用爆炸丝对水下爆炸现象进行模拟等. 我们进行的高温高压模拟实验是为研究地下…     

欢迎投稿

正《高压物理学报》是我国高压物理领域唯一的专业性学术刊物。征稿内容为:高温高压下材料的力、热、光、电、磁等特性,高温高压下材料的微观结构和相变,高温高压物态方程,高压合成新材料,高压地球和行星科学,动态及静态高压加载和测试技术,高压下物质的动态响应,冲击和爆轰现象等。《高压物理学报》接受中、英文稿件。     

液态碳

碳原子的化学结构是以它的4个键与其他原子稳定地结合，这一能力对地球上的物质与生命都是起着重要作用的．但如果将碳原子放在高温高压的状态下，即加热到它的融熔温度5000K和加压到100Pa以上时，它将会发生什么情况呢?虽然在海王星与天王星的内部存在着液态碳，但科学家们还是更想研究能在地球上存在的液态碳的性质．因为它可以间接地提供在常温常压下的碳和设想的高温高压态下的碳原子的键结构之间的差别的信息．     

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正《高压物理学报》是我国高压物理领域唯一的专业性学术刊物。征稿内容为:高温高压下材料的力、热、光、电、磁等特性,高温高压下材料的微观结构和相变,高温高压物态方程,高压合成新材料,高压地球和行星科学,动态及静态高压加载和测试技术,高压下物质的动态响应,冲击和爆轰现象等。《高压物理学报》接受中、英文稿件。自1987年创刊以来,《高压物理学报》取得了较大的成就。     

高温高压下硬水铝石状态方程研究

 在金刚石压砧装置上,用氧化铝膜作绝热层,借助同步辐射和双面激光加温系统,分析了硬水铝石在高温高压下的结构变化,并分别用理论和实验的方法得出了其结构参数,得到了样品在不同压力温度下的体模量。这对于人们认识和研究地壳结构和地球内部物质的演化具有重要意义。研究发现,在常温和高温时其压缩率有明显不同,在高温高压范围内,其晶格常数和晶胞体积的变化非常接近样品在高压常温下的情况;而在高温低压范围内,情形和常温时有较大差别。在实验过程中并没有发现相变的产生。     

光散射谱学在地球内部物质弹性波速测量中的应用与展望

高温高压下地球内部物质弹性波速的实验测量数据,可直接与地震波观测结果相结合,对地球内部的组成、状态和物质运移方式等进行反演,是了解地球深部信息的重要手段。在金刚石压砧(diamond anvil cell, DAC) 中利用布里渊散射对矿物波速进行原位测量,是人们研究地球各圈层弹性性质的重要方法。随着DAC实验技术发展,一方面,可以获得模拟地球各圈层的极高温压条件;另一方面,DAC的光学特性使得各种光学分析和测试方法得到了广泛的应用。要获得高温高压下的弹性波速,首先需要对样品腔中的实验压力和加热温度进行精确的标定和测量;其次需对散射信号进行处理,通过布里渊散射频移,求出样品中的波速;最后结合X射线技术获得的晶格常数,可由固体弹性理论解出矿物的各弹性参数。重点介绍了布里渊散射和拉曼散射等光谱学方法在弹性波速实验研究中的应用,阐述了它们在波速测量、压力和温度标定等方面的基本原理和研究进展。分析了两种光谱学定压方法(荧光光谱压标和拉曼光谱压标) 的定压方式和适用范围,以及两种主要的光谱学温标(黑体辐射温标和拉曼光谱温标) 在温度测量中的应用。最后,回顾了基于光谱学测量建立起来的布里渊散射系统对下地幔主要矿物(钙钛矿、方镁铁矿、斯石英等) 弹性波速测量取得的新成果,深入讨论了它们的地球物理意义,并对其未来的发展进行了展望。     

石榴子石族矿物状态方程研究进展

石榴子石是重要的造岩矿物,是上地幔、地幔转换带以及(超)高压变质岩中最重要的造岩矿物之一,研究其状态方程对于约束地球内部物质组成和状态、正确理解大洋岩石圈俯冲板块和地幔动力学过程具有重要意义。文中综述了20世纪70年代以来石榴子石p-V(压强-晶胞体积)和p-V-T(压强-晶胞体积-温度)状态方程的研究进展,重点讨论高温高压条件下石榴子石的稳定性以及组分变化和含水对热弹性参数的影响。最后简略概括石榴子石状态方程研究存在的问题,并指出发展方向。     

高温高压下液态水声速的研究——不同状态方程的准确性验证

 研究水的热力学状态方程,对于理解地球及行星科学等起着重要作用,但由于高温高压区域的实验数据较少,该区域的状态方程主要依赖于由低压部分外延或分子动力学模拟计算得到。采用布里渊散射技术测量熔解曲线附近液态水的声速,低温区采用电加热系统,高温区采用激光加热布里渊散射系统,分析比较了由实验测量得到的声速值与用经验状态方程计算的结果之间的差别。结果表明,在温度不超过673 K、压力不超过6.0 GPa的范围内,Abramson方程的计算结果与实验测量结果在误差范围内一致,而Saul 和IAPWS-95的预言值比实验测量值偏高,并且温度越高偏差越大。在压力为21 GPa、温度为890~1 100 K时,实验测量出的水的声速比状态方程预言的结果偏高。     

LaOBr:Tb3+，Dy3+的发光特性及高压研究

 采用高温常压方法合成了稀土发光材料LaOBr:Tb³⁺，Dy³⁺，采用高温高压方法对材料进行了处理，研究了高温高压处理前后样品发光特性的变化，并进行了发光衰减测量。结果表明，Dy³⁺的掺杂可以将Tb³⁺的⁵D₃能级的激发能有效地驰豫到⁵D₄能级，从而使⁵D₄~⁷F_J（J＝0, 1,…,6）的发射，尤其是⁵D₄~⁷F₅的发射明显增强，使得样品的发光亮度大大提高。Dy³⁺，Tb³⁺间存在交叉驰豫共振能量传递。高压处理过程引入的杂质、材料氧化及压致晶场变化都对材料的发光特性产生影响。     

压力及高压增氧对La2-xSmxCuO4结构及输运性质的影响

 对常压、高压、高压增氧条件下合成的La_2-xSm_xCuO₄（0≤x≤2.0）结构进行了研究。常压合成样品清晰地反应出样品由T→T+T′→T′相的变化，其中，T相：0相似文献   

石墨、菱铁矿与超临界水反应的实验研究

 为研究地球深部无机成烃的机制，在金刚石压腔（DAC，温度为800~1 500 ℃，压力略大于1 GPa）中进行了石墨和菱铁矿分别与超临界水反应的实验研究。用气相色谱法分析了气体产物的组成，发现其中均有大量的甲烷生成，并伴有CO₂和CO；此外还有少量其它烃类。上述结果意味着在地球深部高温高压条件下，含碳物质与超临界水反应可能是一种新的、重要的成烃机制。     

Fe2+取代对MgSiO3钙钛矿高温高压物性的影响

(Mg, Fe)SiO₃钙钛矿是下地幔中最主要的候选矿物成分之一, 关于其高温高压特性的研究对于深层地幔状态的理解和地震波变化规律的探索具有重要意义. 应用第一性原理计算了MgSiO₃和(Mg_0.75, Fe_0.25)SiO₃在0–140 GPa静水压范围内的晶体结构和弹性模量, 并由Voigt-Reuss-Hill方程计算了地震波速随压力的变化, 利用准简谐近似下的Debye模型模拟了高温效应, 分析了Fe²⁺取代Mg²⁺后镁铁钙钛矿弹性和热学性质的变化, 推断Fe²⁺取代行为软化了MgSiO₃等含镁的地球深部矿物的地震波速. 为解释地幔中某些区域的地震波速软化现象提供了一个有力的理论依据. 关键词： 钙钛矿 铁 高压 波速     

钙钛矿CaTiO3的超高压结构研究

利用同步辐射x射线衍射和 DAC 高压技术在室温下测量了钙钛矿CaTiO₃在压力0—44.53 GPa下的结构变化.结果表明，随着压力的增加CaTiO₃的三个晶轴都受到不同程度的压缩，a,b的压缩率相近且相对比较大，c的压缩率最小，但没有证据表明有相变的发生.在压力范围内CaTiO₃的P-V关系用Murnaghan状态方程表示，设定K′0=4，得到V0=0.2245(6)nm3和K0=222(9) GPa.应用赝立方角γpc与压力的关系，初 关键词： 3')" href="#">CaTiO₃ 结构 超高压 状态方程     

A finite element study of a high-pressure/high-temperature cell for simultaneous X-ray and ultrasonic measurement

In this study, we measured the viscosity of liquid sulfur at 4.5 GPa in the L and L′ regions at 1000 K and 1373 K, respectively, in a 1000-ton cubic anvil press using modified falling sphere viscometry. The viscosity values in the L and L′ regions are 0.140±0.023 Pa s and 0.050±0.006 Pa s, respectively. The lower viscosity in the L′ region may be due to the effect of higher temperature alone or in addition to a hidden contribution from the L–L′ transition.     

高压下Na5Tb(WO4)4单晶的光谱

研究了Na5Tb(WO4)4单晶的高压发光规律,化学计量的Na5Tb(WO4)4基质发光单晶的发光来源于基质中高浓度Tb3+.用金刚石对顶砧显微光谱系统在0-4GPa范围内研究了Na5Tb(WO4)4的室温高压光谱,确定了各发射谱线的高压移动率.对Tb3+的5D4→7Fj(j=0,1,2,3,4,5),测到18条谱线高压移动率中除一条(5D4→7F2,常压峰值15509cm-1)蓝移外,都红移,红移率最大为-19.5cm-1/GPa(对应谱线5D4→7F4,常压峰值16876cm-1),与Tb3+在其它基质中相比,此移动率很大.     

一种计算剪切模量温度系数的方法

采用理论计算与动高压实验相结合的方法，提出了一个计算剪切模量温度系数G′T的新方法.首先用理论方法计算一个中间数据G(PS)，然后再与动高压实验数据G(PH)结合在一起计算出G′T,并针对93钨合金材料进行了计算.计算结果表明剪切模量温度系数G′T开始是随温度和压力变化的，但在高温高压下，它趋近于一常数.对于93钨合金，这个常数约为-004GPa／℃.同时，这也是对Steinberg本构模型中的剪切模量温度系数为常数的一个证明.并且，当把这一常数代入剪切模量温度系数的计算式中，将重新计算出的剪切模量与实验测得的剪切模量结果进行了比较，结果表明二者符合得很好，从而证明了本计算的剪切模量温度系数的正确性. 关键词： 有限应变物态方程 剪切模量温度系数 Steinberg本构模型 动高压实验