论文摘要
原始地球的吸积过程、内地核各向异性、地磁场起源与演化、地球深部碳循环等前沿热点问题都与地核的组分和状态密切相关。经六十多年的研究,现已确认内地核主要成分是铁镍合金,同时存在少量轻元素。碳（C）元素作为一种重要的候选轻元素,受到地球物理学家和地球化学家的广泛关注。虽然利用静高压实验技术对Fe-C合金的状态方程和声速进行了大量研究,但是有关内地核中C的含量还存在争议。同静高压实验技术相比,动高压实验技术能够提供更高的温度和压强,即更接近于内地核的环境。为了限定内地核中C元素的含量,本文采用动高压实验装置测量了Fe3C在冲击加载下的物态方程,并与静高压实验测量结果相比,对其相关热力学参数进行讨论。根据动高压实验数据,计算内地核环境下Fe3C和Fe的状态方程,对内地核中C的含量进行了限定。本文主要的研究内容和创新点如下:1、利用大腔体压机成功制备大块、密实高纯的Fe3C样品。探索了烧结温度、压强、粉末颗粒大小对烧结样品的影响。发现烧结样品的最优条件压强为4GPa,温度为1000?C,样品颗粒在1.3μm9μm。经XRD图谱、电子探针元素分析和超声分析等,制备的Fe3C样品成分均匀、无杂质、孔隙度很小。样品的平均密度为7.53（0.07）g/cm3,略小于单晶密度7.68 g/cm3。2、在动高压实验装置——二级气体炮上,利用阻滞法和电探针技术,在250GPa压力范围下测量了Fe3C的冲击压缩数据。其Hugoniot参数为C0=4.669（0.088）km/s,λ=1.68（0.037）。根据动静高压实验数据,对Fe3C的热力学参数进行了讨论,发现晶格Grüneisen参数为γl=2.8（7.86/ρ）0.8,电子的Grüneisen参数γe=2时,动静高压实验数据一致,证明了本文采用的热力学参数是自恰的。3、根据Fe和Fe3C的热力学参数和Grüneisen状态方程,计算了内地核环境下Fe和Fe3C的密度,发现Fe3C的密度要低于内地核的密度,而纯铁的密度要高于内地核的密度。根据理想混合法则,计算了Fe和Fe3C混合物的密度,发现Fe-36 wt%Fe3C（2.4 wt%C）混合物密度与内地核的密度相匹配。假设C是内地核中唯一的轻元素,通过密度约束,其含量不超过2.4 wt%。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 杨俊
导师: 黄海军
关键词: 高温高压,状态方程,内地核
来源: 武汉理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学,地质学
单位: 武汉理工大学
分类号: P542.5
DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.000430
总页数: 74
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