Автор: Кантор Анастасия Петровна
Название работы: Изучение упругих свойств минералов при высоких давлении и температуре на примере вюстита и железо-никелевого сплава
|
Присвоенная ученая степень: кандидат геолого-минералогических наук
Специальность: 25.00.05 - минералогия, кристаллография.
Классификационный индекс:
Ведущая организация:
Руководитель:
академик РАН, профессор доктор химических наук Урусов Вадим Сергеевич;
Оппонент:
профессор доктор химических наук Кусков Олег Львович;
доктор геолого-минералогических наук Дорогокупец Петр Иванович .;
Место защиты:
Дата защиты:
Издательство: Москва
Количество страниц:
Язык: русский
Содержание работы:
# Общая характеристика работы.
# Введение.
# Глава 1. Литературный обзор. Теория упругости в применении к минеральным фазам Земли.
# Глава 2. Разработанные и усовершенствованные методы измерения упругих свойств минеральных фаз.
# Глава 3. Упругие и магнитные свойства вюстита.
# Глава 4. Скорости волн в Fe-Ni сплаве при высоких давлении и температуре.
# Основные результаты работы.
# Список цитируемой литературы.
|
Реферат:
Общая характеристика работы.
Актуальность темы. Информация о глубинах Земли поступает к нам главным образом в виде скоростей сейсмических волн из геофизических данных. Для того чтобы построить адекватную
минералогическую модель строения Земли, необходимо знать свойства отдельных породообразующих минералов при соответствующих термодинамических условиях. Сами по себе упругие
свойства играют важнейшую роль в физике твердого тела. Константы упругости характеризуют межатомные взаимодействия, макроскопическую анизотропию кристаллов. Изучение констант
упругости позволяет выявить многие фундаментальные особенности взаимодействия частиц в веществе, определять P,T области фононной нестабильности кристаллической решетки и многое
другое. С точки зрения термодинамики константы упругости имеют физический смысл вторых производных внутренней энергии по соответствующему вектору смещения, и являются, таким
образом, важным критерием для проверки любой теоретической модели кристалла в отношении глубины и кривизны межатомных потенциалов. Экспериментальное изучение упругих свойств
остается на сегодняшний день сложной и актуальной задачей в области минералогии, физической химии, физики твердого тела. Особую сложность представляет экспериментальное измерение
упругих свойств при высоких давлении и температуре, поэтому прямых измерений в этой важнейшей области наук о Земле чрезвычайно мало.
Цели и задачи работы. Все вышесказанное и определило круг вопросов, составивших предмет настоящей работы:
- разработка методики экспериментального измерения констант (модулей) упругости минеральных фаз при высоких давлении и температуре. Главная задача стоит в развитии метода
высокочастотной интерферометрии с использованием ячеек с алмазными наковальнями;
- измерение упругих свойств фаз, имеющих отношение к глубинным геосферам. Установление зависимости структурных и электронных переходов от констант упругости и их изменения.
Методы исследования. Основными методами измерения констант упругости в представленной работе являются метод сверхвысокочастотной интерферометрии и метод неупругого рассеяния
рентгеновских лучей в ячейках с алмазными наковальнями. Развитие и совершенствование первого из упомянутых методов являлось одной из основных задач работы. Дополнительно были
использованы методы монокристальной рентгеновской и порошковой нейтронной дифракции.
Научная новизна. В результате проведенных исследований разработана методика измерения упругих свойств минеральных фаз при высоких давлении и температуре. Впервые получен полный
тензор упругости синтетического аналога минерала вюстита до давления около 18 ГПа. Показано взаимоотношение между магнитным и структурным переходом в вюстите и соответствующее
изменение констант упругости.
Практическая значимость. Разработанный и усовершенствованный экспериментальный метод измерения констант упругости может применяться для высокобарных и высокотемпературных
исследований минеральных фаз Земли и является уникальным методом высокой точности для исследования непрозрачных образцов. Метод также удачно опробован для исследования нанокристаллических
и жидких фаз, что в дальнейшем может быть использовано при изучении новых наноматериалов, потребность в которых все возрастает.
Основные защищаемые положения:
1. Экспериментальная методика измерения упругости при высоких давлении и температуре одновременно.
2. Возможность применения метода высокочастотной интерферометрии для определения модулей упругости жидких, аморфных и нанокристаллических фаз.
3. Наличие корреляции между магнитными взаимодействиями и константами упругости в вюстите. Начало магнитного перехода в Fe0,94O при 5 ГПа.
4. Независимость друг от друга магнитного и структурного превращений в вюстите, в отличие от манганозита MnO.
5. Измерение скоростей сейсмических волн и получение изотропных модулей упругости сплава Fe0,78Ni0,22 при высоких давлении и температуре.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 32-ом Международном Геологическом Конгрессе (Флоренция, Италия, 2004); Международном конгрессе по применению
высокого давления в науке и технике 20-th AIRAPT 43-th EHPRG (Карлсруэ, Германия, 2005); осеннем съезде Американского Геофизического Союза (Сан-Франциско, США, 2005); на
7-м семинаре по физике минералов при высоких давлениях HPMPS-7 (Мацусима, Япония, 2007); на международных конференциях: Ломоносовские чтения (МГУ, Москва, 2004), Кристаллография
высоких давлений (Дубна, 2006). По теме диссертации опубликовано 6 статей (еще 2 работы находятся в печати) и 6 тезисов докладов на международных конференциях.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии. Общий объем работы составляет страниц машинописного текста, включая __ формул,
__ таблиц, __ рисунков.
Благодарности. В первую очередь автор выражает благодарность своему научному руководителю Вадиму Сергеевичу Урусову и научному консультанту Леониду Семеновичу Дубровинскому,
который курировал экспериментальную работу в Баварском Геологическом Институте. Автор также признателен своим учителям Егорову-Тисменко Ю.К., Пущаровскому Д.Ю., Ямновой Н.А.
и многим другим преподавателям и профессорам Московского Университета, сформировавшим научные интересы и базовые знания, на основе которых строилась вся последующая исследовательская
деятельность автора. Хотелось бы также поблагодарить многих научных сотрудников и технический персонал Баварского геологического института и Европейского синхротрона в Гренобле
(Франция) за неоценимую помощь в подготовке и проведении экспериментальной части работы и полезные дискуссии в процессе подготовки печатных статей по теме данной диссертации.
|
Библиография:
[1] Y. Sumino, M. Kumazawa, O. Nishizawa, W. Pluschkell, The elastic constants of single-crystal Fe1-xO, MnO and CoO, and the elasticity of stoichiometric magnesiowьstite, J. Phys. Earth 28 (1980) 475-495. [2] J.-F. Lin, V.V. Struzhkin, W. Sturhahn, E. Huang, J. Zhao, M.Y. Hu, E.E. Alp, H.K. Mao, N. Boctor, R.J. Hemley, Sound velocities of iron-nickel and iron-silicon alloys at high pressures, Geophys. Res. Lett. 30 (2003) 2112. [3] D. Antonangeli, F. Occelli, H. Requardt, J. Badro, G. Fiquet, M. Krisch, Elastic anisotropy in textured hcp-iron to 112 GPa from sound wave propagation measurements, Earth and Planet. Sci. Lett. 225 (2004) 243-251. [4] D. Antonangeli, F. Occelli, H. Requardt, J. Badro, G. Fiquet, M. Krisch, Elastic anisotropy in textured hcp-iron to 112 GPa from sound wave propagation measurements, Earth and Planet. Sci. Lett. 225 (2004) 243-251. [5] A.M. Dziewonski, D.L. Anderson, Preliminary reference Earth model, Phys. Earth Planet. Inter. 25 (1981) 297356. [6] W.L. Mao, A.J. Campbell, D.L. Heinz, G. Shen, Phase relations of Fe-Ni alloys at high pressure and temperature, Phys. Earth Planet. Int. 155 (2005) 146-151. [7] E. Huang, W. Basset, M.S. Weathers, Phase diagram and elastic properties of Fe 30 % Ni alloy by synchrotron radiation, J. Geophys. Res. 97 (1992) 4497-4502. Список работ по теме диссертации: 1. Kantor A.P., Jacobsen S.D., Kantor I.Yu., Dubrovinsky L.S., McCammon C.A., Reichmann H.J., Goncharenko I.N. Pressure-induced magnetization in FeO: Evidence from elasticity and Mцssbauer spectroscopy // Physical Review Letters 93 (2004) 215502. 2. Jacobsen S.D., Reichmann H.J., Kantor A.P., Spetzler H.A. A gigahertz ultrasonic interferometer for the diamond-anvil cell and high-pressure elasticity of some iron-oxide minerals. In: J. Chen et al. (Eds.) Advances in High-Pressure Technology for Geophysical Applications, pp. 25-48, Elsevier, Amsterdam, 2005. 3. Kantor A.P., Dubrovinsky L.S., Dubrovinskaia N.A., Kantor I.Yu., Goncharenko I.N. Phase transitions in MnO and FeO at low temperatures: a neutron powder diffraction study // Journal of Alloys and Compounds 402 (2005) 42-45. 4. И.Ю. Кантор, А.П. Кантор, В.С. Урусов. Фазовые и структурные превращения в системе вюстит-периклаз при высоком давлении // Вестник Московского Университета, Сер. 4 (Геология), 1, с. 33 (2006). 5. А.П. Кантор, И.Ю. Кантор, Л.С. Дубровинский, М. Криш, А. Босак, В.П. Дмитриев, В.С. Урусов. Измерение скоростей звука в железо-никелевом сплаве при высоком давлении посредством неупругого рассеяния рентгеновских лучей // Доклады Российской Академии Наук. Сер. Физика. Т. 411. 1. с. 1 (2006). 6. Kantor I.Yu., Kantor A.P., Dubrovinsky L.S., McCammon C.A. High-pressure phase transformations in the system FeO-MgO. In: E. Ohtani (ed.) High Pressure Mineralogy (в печати). 7. I. Kantor, L. Dubrovinsky, C. McCammon, N. Dubrovinskaia, I. Goncharenko, A. Kantor, A. Kuznetsov, W. Crichton. FeO and MnO high-pressure phase diagrams: relations between structural and magnetic properties // Phase Transitions (в печати). 8. Kantor A.P., Kantor I.Yu., Kurnosov A.V., Kuznetsov A.Yu., Dubrovinskaia N.A., Krisch M., Bossak A.A., DmitrievV.P., Urusov V.S., Dubrovinsky L.S. Sound wave velocities of fcc Fe-Ni alloy at high pressure and temperature by mean of inelastic x-ray scattering // Physics of The Earth and Planetary Interiors 164 (2007) 83-89. 9. A.P. Kantor, I.Yu. Kantor, A.V. Kurnosov, M.H. Krisch, A.A. Bossak, S.D. Jacobsen, L.S. Dubrovinsky. Colossal anelasticity of FexO at high pressure // (в печати). Тезисы докладов 1. Кантор А.П., Джекобсен С.Д., Кантор И.Ю., МакКэммон К.А., Дубровинский Л.С. Магнитное упорядочение в вюстите при давлении около 5 ГПа: данные из упругих свойств и мёссбауэровской спектроскопии. Ломоносов 2004, МГУ, Москва, 2004 г. 2. Kantor A.P., Kantor I.Yu., Dubrovinsky L.S., Goncharenko I.N. Magnetization of MnO and FeO at high pressures: a powder neutron diffraction study. Международный конгресс по применению высокого давления в науке и технике (Joint 20th AIRAPT 43th EHPRG), Карлсруэ, Германия, 2005 г. 3. A.Kantor, S.D.Jacobsen, I.Yu.Kantor, C.A.McCammon, L.S.Dubrovinsky. Magnetization of FeO at about 5 GPa: evidence from elasticity and Mцssbauer spectroscopy. 32й Международный геологический конгресс, Флоренция, Италия, 2004 г. 4. A.Kantor, L. Dubrovinsky, I. Kantor, S. Jacobsen. New Experimental Setup for High-Pressure High-Temperature Gigahertz Ultrasonic Interferometry. Осенний съезд Американского Геофизического Союза. Сан-Франциско, США, 2005 г. 5. A.P. Kantor, I.Yu. Kantor, A.V. Kurnosov, A.Yu. Kuznetsov, N.A. Dubrovinskaia, M. Krisch, A.A. Bossak, V.P. Dmitriev, V.S. Urusov, L.S. Dubrovinsky. Sound wave velocities in fcc Fe-Ni alloy at high pressure and temperature by mean of inelastic x-ray scattering. Международная конференция Кристаллография высоких давлений, Дубна, 2006 г. 6. A.P. Kantor, I.Yu. Kantor, A.V. Kurnosov, M.H. Krisch, A.A. Bossak, L.S. Dubrovinsky. Anelasticity of FexO under high pressure. 7й семинар по физике минералов при высоких давлениях. Мацусима, Япония, 2007 г.
|
|
