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硅酸盐液体和玻璃在动态和静态压缩至兆巴压力下的原位X射线衍射

      在宽的压力-温度范围内的硅酸盐液体的物理特性有助于理解发生在地球和其他岩石行星上的早期分化事件,包括模拟早期地球岩浆海洋的动力学和凝固机制,以及限制地幔和现今地核地幔边界的熔体夹带。      MgSiO3地球地幔许多矿物得端元,液体MgSiO3被认为是地幔液体硅酸盐的研究替代物。理解硅酸盐熔体在地幔的压力、温度范围内所经历的结构变化,一直是地球科学中一个重大而长期的挑战。然而实验研究是 极其困难的,因为在高压下熔融硅酸盐需要超过4000 K的温度。
      近日,索邦大学的研究人员在《PNAS》上发表的一篇论文中指出可以由主要地幔成分组成的硅酸盐玻璃作为相应硅酸盐液体的结构类似物。通过X射线衍射对选定的非晶态硅酸盐(MgSiO3,Mg3Si2O7,SiO2进行原位结构测量,这些非晶态硅酸盐在金刚石顶槽中被静态压缩(室温下最高达157 GPa),或通过激光产生的冲击压缩(沿着MgSiO3玻璃冲击绝热线被压缩至130 GPa和6000 K)进行动态压缩,揭示了玻璃和液体硅酸盐的常见高压结构演变规律。研究人员发现硅酸盐玻璃和液体硅酸盐的X射线衍射图在较宽的压力和温度范围内显示出类似的特征,出峰位置的比值Q1/Q2变化趋势相同。而且除了在20 GPa压力下观察到的Si配位增加之外,并没有发现在压力和温度超过地球核心地幔边界条件的硅酸盐熔体中发生重大结构变化的证据。分子动力学模拟的结果支持了这一观点。
       这一发现强化了广泛使用的假设,即硅酸盐玻璃研究是恰当的结构类似物,能用于理解在这些高压下硅酸盐液体的原子排列。(来源:QYIM&AMSC JQ ZHONG 编报)

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