作為重要的揮發(fā)性元素,氮不僅是大氣的主要成分,而且是組成生命形式的必需元素。將地球的揮發(fā)份組成與球粒隕石對(duì)比發(fā)現(xiàn),硅酸鹽地球中的氮相對(duì)于其他揮發(fā)性元素表現(xiàn)出數(shù)量級(jí)的貧化。這一現(xiàn)象暗示著地幔深部可能存在著潛在的氮的儲(chǔ)庫(kù),但其總量與具體存在形式還存在著很大爭(zhēng)議。氮氧硅石(Sinoite,Si_2N_2O)是頑火輝石球粒隕石中常見(jiàn)的含氮礦物,而地球的初始物質(zhì)中可能含有大量的頑火輝石球粒隕石組分,因此,氮氧硅石在高溫高壓條件下的穩(wěn)定性和相行為直接影響了地球歷史過(guò)程中氮的演化,對(duì)制約深部氮的儲(chǔ)庫(kù)和全球氮循環(huán)行為具有重要意義。本研究中,我們利用活塞圓筒壓機(jī)合成了高質(zhì)量的氮氧硅石初始樣品,結(jié)合金剛石壓腔原位拉曼光譜測(cè)試技術(shù)和密度泛函第一性原理計(jì)算對(duì)高壓條件(61 GPa)下的氮氧硅石的拉曼光譜進(jìn)行了系統(tǒng)研究;并進(jìn)一步利用激光加熱實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)氮氧硅石在地幔條件下的的高溫高壓穩(wěn)定性進(jìn)行了深入探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,常溫下的氮氧硅石晶胞具有較強(qiáng)的可壓縮性,隨著壓力的增加,其拉曼譜峰強(qiáng)度隨鍵長(zhǎng)鍵角的變化發(fā)生規(guī)律性的變化。在較高的壓力條件下(35.5 GPa),氮氧硅石的拉曼峰強(qiáng)度隨壓力增大逐漸降低,表現(xiàn)出典型的壓致無(wú)定形化的特征,直至壓力高達(dá)~55.8 GPa時(shí),拉曼峰完全消失,氮氧硅石已轉(zhuǎn)變成完全的無(wú)定形態(tài)。另一方面,一系列激光加熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)氮氧硅石具有寬廣的穩(wěn)定溫壓范圍,其最高穩(wěn)定溫壓超過(guò)25 GPa,3000 K。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了氮氧硅石或其無(wú)定形態(tài)能夠穩(wěn)定存在于上地幔甚至下地幔的溫度壓力條件下。氮氧硅石可能是地球深部氮的重要儲(chǔ)存形式,從而為解釋深部氮相對(duì)于其它揮發(fā)性元素的虧損現(xiàn)象提供新的思路。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P579
【部分圖文】：

地幔中的 N 表現(xiàn)出數(shù)量級(jí)的貧化，如圖1-1 所示，這一問(wèn)題被稱之為地幔“N 缺失”(Marty, 2012; Zedgenizov and Litasov, 2017)；特別地，已知硅酸鹽地球中的碳氮比幾乎高于所有球粒隕石中的測(cè)量值，特別是頑火輝石

5×10K., 2016)，在材料領(lǐng)域有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值(Studenikin and Grachev, 2012）。不少材料學(xué)家致力于氮氧硅石的合成工藝研究與性能優(yōu)化研究(Tong 俊寶等, 2001)。多項(xiàng)研究表明，氮氧硅石的合成溫度通常高于 1700 ℃(Lino et al., 2013; Wu and Li, 2012)。發(fā)現(xiàn)，不論是在隕石研究還是材料科學(xué)研究，都指示氮氧硅石具有良好的慮到其宿主——頑火輝石球粒隕石的同位素組成與地球具有高度的相似期地球重要的組成物質(zhì)(Dauphas, 2017; Javoy et al., 2010)，同時(shí)考慮到氮氧性(Ding et al., 2012)，可以預(yù)期，如果該礦物中的 N 能夠在早期地球的高溫存并進(jìn)入地球內(nèi)部，同時(shí)在高溫高壓條件下保持類似的高溫穩(wěn)定性，那么有可能能夠存留于地球深部，并成為重要的 N 儲(chǔ)庫(kù)。因此，氮氧硅石的穩(wěn)地球早期的演化過(guò)程具有重要意義。

筒壓機(jī)圓筒壓機(jī)工作原理產(chǎn)生靜高壓的原理如圖 2-1 所示，該裝置通過(guò)向上運(yùn)動(dòng)的活塞質(zhì)，從而使腔體內(nèi)產(chǎn)生高壓，樣品組裝整體受壓，組裝中心態(tài)。活塞上的壓強(qiáng)源于液壓系統(tǒng)，通過(guò)傳壓介質(zhì)傳遞給樣品體內(nèi)部材料的抗張強(qiáng)度的影響，樣品所受壓力可以根據(jù)油壓部通常以碳化鎢為原材料制作而成，能夠承受較大的壓力，。一般情況下，活塞圓筒的工作壓力可高達(dá) 5 GPa（謝鴻森等熱方式一般為電阻加熱，在樣品組裝的外圈配備一個(gè)金屬或通過(guò)活塞供電產(chǎn)生熱，由熱電偶完成溫度測(cè)量，經(jīng)常使用的熱

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2820092