第一性原理计算钙同位素平衡分馏系数

论文摘要

钙是内太阳系中地球、月球、类地行星和石质陨石的主要组成元素。我们的工作是通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法获得常见含钙矿物间的平衡钙同位素分馏系数。重钙同位素在矿物间的富集顺序依次是橄榄石>斜方辉石>钙铝榴石～易变辉石>碳酸钾钙>石灰石>萤石>含F透闪石～透辉石>硬石膏～白云石～榍石>钙长石>钙钛矿～钙黄长石～文石～钾闪石>镁黄长石>陨硫钙石。从晶体化学角度,矿物间的钙同位素分馏主要受控于平均键长,同时配位数和多面体畸变对分馏也有不可忽略的影响。根据我们的计算,陨硫钙石相对其他硅酸盐矿物富集轻钙同位素,但是有文献报道在顽火辉石球粒陨石中陨硫钙石相对其共存的硅酸盐部分富集重的钙同位素,这表明陨硫钙石可能形成于太阳系星云的直接凝聚,而且顽火辉石球粒陨石没有经历过足以改造陨硫钙石钙同位素组成的火成事件。月球早期经历过岩浆海的冷却阶段,根据前人的冷却模型和我们计算得到的钙同位素平衡分馏系数,我们模拟了月球岩浆海冷却结晶过程中的钙同位素演化。我们的模拟结果显示月球斜长岩壳的844/40 Ca 比平均月球低0.09‰～0.11‰。考虑两种极端的月幔翻转情形,月幔完全翻转时,月幔的δ44/40Ca比平均月球高0.17‰～0.26‰,而月幔完全混合时,月幔的δ44/40Ca比平均月球高0.069‰～0.08‰。因此月球斜长岩壳和月幔之间可以有显著的钙同位素分馏,对月球样品钙同位素组成的精确测量可以用来约束月球岩浆海冷却的过程。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周陈

导师: 黄方

关键词: 第一性原理计算,钙同位素,平衡分馏,顽火辉石球粒陨石,月球岩浆海

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P597

总页数: 88

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