Ca и Mg-перовскитовые фазы мантии Земли как возможный резервуар Al по данным компьютерного моделирования
Аннотация
В статье представлены полуэмпирические и квантовохимические исследования энергетики вхождения атомов Al в CaSiO3 и MgSiO3 со структурами перовскитов применительно к значениям давления и температуры мантии Земли. Воспроизведена и уточнена фазовая диаграмма для CaSiO3. Рассмотрены возможные механизмы вхождения алюминия в исследуемые структуры. По результатам расчетов Al предпочтительнее входит в структуру MgSiO3, чем в CaSiO3. Оценка изоморфной емкости перовскитовых фаз по Al показала, что для MgSiO3 она может достигать 2,4 мол.% при 120 ГПа и 2400 К. CaSiO3 не может являться контейнером для атомов алюминия в мантии Земли.
Об авторах
Е. И. Марченко
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет
Россия
Россия
Н. Н. Еремин
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет
Россия
Россия
А. Ю. Бычков
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет
Россия
Россия
А. Е. Гречановский
Институт геохимии, минералогии и рудообразования имени Н.П. Семененко НАН Украины
Россия
Россия
Список литературы
1. Пущаровский Ю.М., Пущаровский Д.Ю. Геология мантии Земли. М.: ГЕОС, 2010. 140 с.
2. Урусов В.С., Еремин Н.Н. Атомистическое компьютерное моделирование структуры и свойств неорганических кристаллов и минералов, их дефектов и твердых растворов. М.: ГЕОС, 2012. С. 18-29.
3. Akber-Knutson S., Steinle-Neumann G., Asimow P.D. Effect of Al on the sharpness of the MgSiO3 perovskite to post-perovskite phase transition // Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32. L14303.
4. Caracas R., Wentzcovitch R. CaSiO3 perovskite at lower mantle pressures // Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32. L06306.
5. Chibisov A.N. Computer simulation of the point defect formation in MgSiO3-based ceramic materials // J. Struct. Chem. 2015. Vol. 56, N 3. P. 454-457.
6. Eremin N.N., Grechanovsky A.E., Marchenko E.I. Аtomistic and ab-initio modeling of СaAl2O4 high-pressure polymorphs under Earth’s mantle conditions // Crys. Rep. Vol. 61, N 3. P. 432-442.
7. Gale J.D. GULP: Capabilities and prospects // Z. Krist. 2005. Vol. 220. P. 552-554.
8. Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. Quantum Espresso: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials // J. Phys. Condens. Matter. 2009. Vol. 21, N 39. P. 395-502.
9. Irifune T. Absence of an aluminous phase in the upper part of the Earth’s lower mantle // Lett. Nature. 1994. Vol. 370. P. 131-133.
10. Irifune T., Tsuchiya T. Mineralogy of the Earth - phase transitions and mineralogy of the lower mantle // Treatise on Geophysics. Vol. 2. Elsevier, 2007. P. 33-62.
11. Jung D.Y., Oganov A.R. Ab initio study of the high-pressure behavior of CaSiO3 perovskite // Phys. Chem. Minerals. 2005. Vol. 32. P. 146-153.
12. Kurashina T., Hirose K., Ono S. et al. Phase transition in Al-bearing CaSiO3 perovskite: implicationsfor seismic discontinuities in the lower mantle // Phys. Earth and Planet. Inter. 2004. Vol. 145. P. 67-74.
13. Li L., Weidner D.J., Brodholt J. et al. Phase stability of CaSiO3 perovskite at high pressure and temperature: Insights from ab initio molecular dynamics // Phys. Earth and Planet. Inter. 2006. Vol. 155. P. 260-268.
14. Magyari-Köpe B., Vitos L., Grimvall G. et al. Low-temperature crystal structure of CaSiO3 perovskite: An abinitio total energy study // Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. 193107.
15. Ono S., Ohishi Y., Mibe K. Phase transition of Caperovskite and stability of Al-bearing Mg-perovskite in the lower Mantle // Amer. Mineral. 2004. Vol. 89. P. 1480-1485.
16. Pedone A., Malavasi G., Menziani M.C. et al. A new self-consistent empirical interatomic potential model for oxides, silicates, and silica-based glasses // J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. P. 11780-11795.
17. Perdew J.P., Wang Y. Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy // Phys. Rev. B. 1992. Vol. 45. 13244.
18. Ringwood A.E. Composition and Petrology of the Earth’s Mantle. McGraw-Hill Company, US, 1975. 672 p.
19. Shim S.-H., Jeanloz R., Duffy T.S. Tetragonal structure of CaSiO3 perovskite above 20 GPa // Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29, N 24. P. 21-66.
20. Stixrude L., Cohen R.E., Rici Y., Krakauer A. Prediction of phase transition in CaSiO3 perovskite and implications for lower mantle structure // Amer. Mineral. 1996. Vol. 81. P. 1293-1296.
21. Swamy V., Dubrovinsky L.S. Thermodynamic data for the phases in the CaSiO3 system // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1997. Vol. 61. P. 1181-1191.
22. Vanderbilt D. Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism // Phys. Rev. B. 1990. Vol. 41. P. 7892-7895.
23. Yamamoto T., Yuen D.A., Ebisuzaki T. Substitution mechanism of Al ions in MgSiO3 perovskite under high pressure conditions from ferst-principles calculations // Earth and Planet. Science Lett. 2003. Vol. 206. P. 617-625.
24. Zhang J., Weidner D.J. Thermal Equation of State of Aluminum-Enriched Silicate Perovskite // Sci. 1999. Vol. 284. P. 782-784.
Для цитирования:
Марченко Е.И., Еремин Н.Н., Бычков А.Ю., Гречановский А.Е. Ca и Mg-перовскитовые фазы мантии Земли как возможный резервуар Al по данным компьютерного моделирования. ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 4. ГЕОЛОГИЯ. 2017;(4):3-7. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-4-3-7
For citation:
Marchenko E.I., Eremin N.N., Bychkov A.Y., Grechanovsky A.E. Caand Mg-perovskites phases of mantle of the Earth as a possible reservoir for Al by computer simulation. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2017;(4):3-7. (In Russ.) https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-4-3-7
Просмотров: 51
Послать статью по эл. почте 