Kvantemekaniske simuleringer af jordens lavere kappemineraler

Den teoretiske mineralfysikgruppe på Ehime University ledet af Dr. Taku Tsuchiya har udviklet højpræcisionsberegningsteknikker til at studere Jorden og planetariske materialer baseret på kvantemekanisk teori og rapporteret adskillige resultater for Jordens lavere kappemineraler og højtryksvandfaser. Deres indsigt og opdagelser tydeliggør mineralogien af ​​Jordens nedre kappe og nye mineralske faser stabiliseret ved den dybe kappe.

De seneste fremskridt inden for teoretisk mineralfysik baseret på ab initio kvantemekaniske beregningsmetode har været dramatisk i forbindelse med computerteknologiernes hurtige fremskridt. Det er nu muligt at forudsige stabilitet, elasticitet, og transportegenskaber for komplekse mineraler kvantitativt med usikkerheder, der er sammenlignelige eller endda mindre end dem, der er knyttet til eksperimentelle data. Disse beregninger under in situ højtryk (P) og høj temperatur (T) betingelser er af særlig interesse, da de tillader os at konstruere a priori mineralogiske modeller af den dybe Jord. I denne artikel, vi gennemgår kort vores seneste resultater med at studere høj-P fase relationer, elasticitet, termisk ledningsevne og rheologiske egenskaber af større silikat- og oxidmineraler med nedre kappe, herunder (Mg, Fe)SiO ₃ bridgemanit, dets højtryksform post-perovskit, CaSiO ₃ perovskite, (Mg, Fe) O ferroplericlase, og nogle vandholdige faser (AlOOH, MgSiO ₄ H ₂ , FeOOH). Vores analyser tyder på, at den pyrolitiske sammensætning kan bruges til at beskrive Jordens egenskaber ganske godt med hensyn til alle tætheder, og P- og S-bølgehastighed. Beregninger tyder også på nogle nye vandholdige forbindelser, som kunne vare ved ned til den dybeste kappe, og at post-perovskit-fasegrænsen ikke kun er grænsen for mineralogien, men også for den termiske ledningsevne.