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美國耶魯大學Shun-ichiro Karato教授訪問地化所
發布時間:2019-05-17

應中國科學院地球化學研究所代立東研究員的邀請,在中國科學院海外評審專家項目資助下,美國耶魯大學地質與地球物理系Shun-ichiro Karato教授來地化所進行學術交流與訪問,并于5月12日-13日,在高壓室會議室作了題為“Water in Earth’s interior”和“Composition and origin of the Moon”兩場精彩的學術報告。報告會現場座無虛席和反響強烈,報告會由代立東研究員主持。

眾所周知,水是生命之源,地球圈層的重要揮發分,關于水在地球內部的含量、賦存形式及其物理化學性質等,一直是固體地球科學領域的研究熱點。表生地球環境條件下,水通常以自由水和結構水的形式存在,而幔源深度范圍內,主要以晶格缺陷的形式存在于名義無水礦物中。報告中,Shun-ichiro Karato教授有機結合地球化學、野外地球物理學觀測、實驗室高溫高壓實驗模擬等眾多研究手段,提出地幔中儲存大量的水,是巨大的水庫。Shun-ichiro Karato教授通過上地幔橄欖石電導率與擴散的理論計算結果,在世界上首次提出名義無水礦物中的水對電導率具有顯著影響,并對上地幔和地幔轉換帶區域的水含量和水遷移機制進行了有效的約束。此外,最近Shun-ichiro Karato教授還對月球和其他行星起源開展了大量的原創性研究工作,提出月球起源和成因模型。

在“Water in Earth’s interior”的報告中,基于地球內部、大氣和海洋中水存在的動力學平衡,著重闡述了地球內部水循環和地幔對流的成因機制,認為地球內部存在水的主要證據包括:火山噴發過程中噴出的水氣、來源于地球深部礦物中的流體包裹體、天然名義無水礦物中存在的氫質子等。前人高溫高壓下名義無水礦物中水的溶解度實驗結果表明:水在地幔橄欖石中的溶解度值高達數千ppm,而地幔過渡帶中天然的林伍德石中其水含量可達1.5 wt%。在名義無水礦物中,氫以晶格缺陷的形式存在,依據不同的晶格占位,可劃分出很多不同的晶格點缺陷類型,通過傅里葉變換紅外光譜的吸收峰,可對水含量進行精確標定。通過高溫高壓實驗模擬、標定已有的天然礦物中的含水量、野外地球物理物性參數 (地震波速和電導率) 的解析反演等多種手段,探測地球內部圈層的水含量和遷移機制,同時指出地幔轉換帶及上地幔中水是動態平衡存在的,是世界上首次通過能斯特-愛因斯坦方程理論計算獲得礦物電導率和高壓模擬實驗提出地球內部是含水的,多篇成果發表在Nature刊物上。

在“Composition and origin of the Moon”的報告中,介紹了月球的基本特征,包括體積、質量、組成等。關于地球的形成機制,列舉了前人研究得出的多種模型,包括:裂解模型、捕獲模型和碰撞模型。Shun-ichiro Karato認為最為合理的模型為碰撞模型,并對該模型進行了詳細講解。關于月球成因的研究尚存在不足之處,Shun-ichiro Karato引入了電導率證據,認為月幔的溫度比地幔的溫度要低,但是水含量與地球軟流圈接近,且月球的形成是氣體凝結為液體的過程,而地球的形成是氣體凝結為固體的過程。通過同位素研究,發現月球中鐵含量顯著高于地球,而其他元素的含量則非常相近,相關成果發表在2019年5月份的Nature Geoscience上。

會上,Shun-ichiro Karato教授與會者親切友好地交流,并對大家提出的問題逐一進行了解答;會后,Shun-ichiro Karato教授參觀了中科院地球內部物質高溫高壓重點實驗室。

Shun-ichiro Karato教授簡介:

Shun-ichiro Karato,博士,教授,國際著名的高壓礦物物理學家。于1972、1974和1977年分別獲得日本東京大學學士、碩士和博士學位;1978-1988年曾先后在東京大學、京都大學、澳大利亞國立大學、美國科羅拉多大學工作;1989-2000年在明尼蘇達大學任副教授和教授;2001年起任耶魯大學教授。研究方向:高壓礦物物理、地球與行星內部物理、高壓實驗與理論計算等眾多的高壓科學前沿領域。曾擔任Nature、JGR、Pure and Applied Geophysics等雜志的主編、副主編和編委。發表論文257篇,其中包括12篇Nature和7篇Science,被引用21634次。獲得日本學士院獎、洪堡獎、萊曼獎、Augustus Love獎章等榮譽,入選美國地球物理學會、美國礦物學會、日本地球科學聯合會、歐洲地球物理學會等的會士和中科院海外評審專家(2018)。

 

代立東研究員為Shun-ichiro Karato教授頒發中國科學院海外評審專家聘書

Shun-ichiro Karato教授參觀中國科學院地球內部物質高溫高壓重點實驗室

(高壓室 代立東課題組/供稿)

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