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项目年度编号
0701210089
中图分类号
P597.2 P599
成果公布年份
2006
成果简介
地质测温和源区示踪是地球科学基础研究的最重要目标之一，其中稳定同位素测温和地球化学示踪则是其中发展最为成熟的领域。中国科学技术大学郑永飞教授等在国家自然科学基金(批准号49453003，49903001，40033010)的持续资助下，将量子力学与结晶化学原理相结合，建立了能够实际用于计算地球矿物氧同位素分馏系数的增量方法，并得到了系统的地球化学热力学配分函数，首次对金属氧化物和氢氧化物、硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐和钨酸盐矿物以及岩浆岩的氧同位素分馏系数进行了系统、准确的理论计算，并对同质多象变体的晶体结构效应进行了定量评价。发展了流体参与条件下的高温高压同位素交换反应技术，实验测定了方解石-橄榄石和方解石-角闪石体系的氧同位素分馏系数。在低温条件下应用化学合成方法，实验校准了水镁石-水体系和文石-水体系氧同位素分馏系数。增量方法的主要创新点是：①除考虑矿物中Si-O和Al-O键外，还考虑其他阳离子-O键对氧同位素配分的影响；②考虑不同晶体结构位置上阳离子-O键的结晶化学效应；③考虑量子效应，将约化质量与键强度相结合来度量矿物晶体结构和化学成分与氧同位素配分之间的定量函数关系。计算的分馏系数涵盖了地质上所需要的所有温度范围，尤其对实验测定较为困难的低温段提供一级近似，为地球化学应用和实验研究提供了理论基础。这是迄今为止稳定同位素地球化学界唯一能够系统准确地进行矿物和岩石稳定同位素分馏系数计算的理论方法，国际上尚无与该方法相媲美的计算方法。所有计算的分馏系数不仅与当时的实验测定和自然观察相吻合，而且不断被后续的实验测定和自然观察所证实，并被广泛用于同位素地质测温和地球化学示踪。该项成果获2004年度国家自然科学奖二等奖。26篇系列论义发表在国际地学核心期刊上，得到国际SCI检索他人引用528次(Nature和Science论文引用6次)，其中3篇论文引用次数超过100次。美国哥伦比亚大学出版社1997年出版的《地球化学原理》一书以7页篇幅详细介绍了该项增量方法的理论原理、计算方法以及主要计算结果。2001年美国矿物学会和美圈地球化学学会联合出版的系列评述论著第43卷《稳定吲位素地球化学》中引用了该系列成果中的18篇论文并给予正面评述。
完成单位
中国科学技术大学
完成人
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