地球內(nèi)部物質(zhì)的循環(huán),行星的形成以及演化歷程是地球科學(xué)中關(guān)鍵問題。穩(wěn)定同位素是研究這些問題很好的工具,其理論完備,分析討論廣泛而有深度,已經(jīng)形成了一門獨(dú)立的學(xué)科:穩(wěn)定同位素地球化學(xué)。自然界樣品中的同位素分餾是否平衡對分析結(jié)果至關(guān)重要,而實(shí)驗(yàn)上由于很難實(shí)現(xiàn)礦物間同位素交換平衡,測量平衡分餾系數(shù)非常困難。近些年,第一性原理計(jì)算方法以其高精度,高穩(wěn)定性的表現(xiàn),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于理論預(yù)測多種穩(wěn)定同位素（如C,O,Mg,Si,Ca,Fe等）在各礦物間的平衡分餾系數(shù)。本論文主要利用基于密度泛函理論（Density functional theory,DFT）的第一性原理計(jì)算軟件 QE（Quantum ESPRESSO）,對礦物間的K,Ca以及N同位素平衡分餾進(jìn)行理論預(yù)測,這對幫助我們理解地球上的物質(zhì)循環(huán),行星的形成以及演化都有很大的幫助。K同位素的研究方興未艾,關(guān)于其分餾機(jī)制尚不明確,且K特殊的性質(zhì)使得K同位素在星體形成與演化,地殼風(fēng)化以及物質(zhì)循環(huán)等方面都有重要的應(yīng)用。理論預(yù)測有助于我們理解K同位素在自然界的分餾機(jī)制。Ca同位素研究由來已久,地幔礦物如橄欖石,斜方輝石以及單斜輝石之間的Ca同位素平衡分... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 穩(wěn)定同位素地球化學(xué)概述
        1.1.1 同位素及豐度
        1.1.2 同位素效應(yīng)及分餾
        1.1.3 同位素組成的表達(dá)
        1.1.4 R,α,δ以及△之間的關(guān)系
        1.1.5 小結(jié)
    1.2 K同位素地球化學(xué)簡介
        1.2.1 早期(2016年以前)K同位素研究
        1.2.2 K同位素測量精度的提高
        1.2.3 高溫K同位素行為
        1.2.4 低溫K同位素行為
        1.2.5 理論預(yù)測K同位素分餾系數(shù)
    1.3 Ca同位素地球化學(xué)簡介
        1.3.1 Ca同位素歷史
        1.3.2 Ca同位素在高溫地球化學(xué)與宇宙化學(xué)中的應(yīng)用
        1.3.3 Ca同位素低溫下應(yīng)用
    1.4 N同位素地球化學(xué)簡介
        1.4.1 N在礦物中的一般形式
        1.4.2 全球N循環(huán)
        1.4.3 水巖相互作用與部分熔融
        1.4.4 小結(jié)
第2章 理論方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 Hohenberg-Kohn理論
        2.1.2 Kohn-Sham方程
        2.1.3 交換關(guān)聯(lián)能
        2.1.4 贗勢
        2.1.5 Quantum ESPRESSO
    2.2 理論計(jì)算同位素分餾
第3章 含K礦物間K同位素平衡分餾系數(shù)
    3.1 背景介紹
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 堿性長石系中K同位素濃度效應(yīng)
        3.3.1 計(jì)算結(jié)果
        3.3.2 意義討論
    3.4 常見含K礦物間K同位素平衡分餾系數(shù)
        3.4.1 計(jì)算結(jié)果
        3.4.2 意義討論
    3.5 小結(jié)
第4章 石榴子石中的鈣同位素及其對熔體凝結(jié)過程中鈣同位素的影響
    4.1 背景介紹
    4.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
        4.2.1 第一性原理計(jì)算與10~3lnβ
        4.2.2 初始晶體結(jié)構(gòu)
    4.3 結(jié)果
        4.3.1 晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果以及Ca-O鍵長
        4.3.2 Ca同位素平衡分餾
    4.4 意義討論
        4.4.1 兩種不同的濃度效應(yīng)
        4.4.2 自然樣品中的Ca同位素分餾應(yīng)用
        4.4.3 巖漿凝結(jié)過程中Ca同位素行為
    4.5 小結(jié)
第5章 礦物中的N同位素
    5.1 背景介紹
    5.2 計(jì)算細(xì)節(jié)
    5.3 結(jié)果
        5.3.1 優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)以及平均鍵長
        5.3.2 晶格振動(dòng)頻率以及計(jì)算不確定度
        5.3.3 簡約配分函數(shù)
    5.4 意義討論
        5.4.1 N的濃度以及鍵長效應(yīng)
        5.4.2 自然界樣品的δ~(15)N
    5.5 小結(jié)
第6章 總結(jié)和展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Geological cycling of potassium and the K isotopic response:insights from loess and shales[J]. Weiqiang Li,Shilei Li,Brian L.Beard.  Acta Geochimica. 2019(04)
[2]阿爾泰可可托海3號(hào)脈偉晶巖型稀有金屬礦床云母和長石的礦物學(xué)研究及意義[J]. 周起鳳,秦克章,唐冬梅,丁建剛,郭正林.  巖石學(xué)報(bào). 2013(09)



本文編號(hào)：3449609