高达12GPa的高压下氦在石英和科氏体中扩散的第一性原理研究,Geoscience Frontiers
高达12GPa的高压下氦在石英和科氏体中扩散的第一性原理研究
Geoscience Frontiers ( IF 8.5 ) Pub Date : 2020-10-02 , DOI: 10.1016/j.gsf.2020.09.009
Hong Liu , Lingling Wang , Shuchen Li , Yaochun Yang , Hua Tian , Fengxia Sun , Chaowen Xu , Lei Liu , Yi Li , Yueju Cui , Ying Li , Jijun Zhao
氦在地幔矿物中的扩散对于了解地幔结构和地球除气的动态过程至关重要。在本文中，我们报告了氦的掺入及其在石英和堇青石的完美晶体中扩散的机理。利用密度泛函理论（DFT）和爬升微动弹性带（CI-NEB）方法计算了氦在环境和高压条件下的扩散途径，活化能（E a）和频率因子。计算得出的不同方向上He在石英中的扩散系数为：
D [100] = 1.24×10 -6 exp。（-26.83kJ / mol / RT） m 2 / s。
D [010] = 1.11×10 -6 exp。（−31.60 kJ / mol / RT） m 2 / s。
并在coesite中：
D [100] = 3.00×10 -7 exp。（-33.79 kJ / mol / RT） m 2 / s。
D [001] = 2.21×10 -6 exp。（−18.33 kJ / mol / RT） m 2 / s。
计算结果表明，氦在石英和柯石英中的扩散率都是各向异性的，并且各向异性程度在柯石英中更为明显。
研究了高压条件下氦在钴铝矿中的扩散行为。活化能随压力增加：随着压力从0 GPa增加到12 GPa，E a [100]从33.79 kJ / mol增加到58.36 kJ / mol，E a [001]从18.33 kJ / mol增加到48.87 kJ / mol 。我们的计算表明，在地球上典型的表面温度下，氦气不能定量保留在二氧化硅中，这与以前的研究结果是一致的。这些结果对讨论地球的地幔演化以及对超高压（UHP）变质地层的热历史的认识具有启示意义。
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更新日期：2020-10-02
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